(57)【要約】  無電極放電型極紫外線（ＥＵＶ）放射（１０）においては、高温高密度、一様、軸安定なプラズマ柱が、磁気圧力及び誘導電流駆動で効果的にまとめられている。本発明では、磁気ミラーに閉じ込められたプラズマのシータピンチ型の圧縮が用いられている。磁気ミラーに閉じ込められたプラズマは、共鳴磁気圧縮によって放射が生じるようになっている。本装置は、放射源ガス投入ノズル（１）と、任意のバッファガス投入フロー（２）と、ミラー磁場コイル（９ａ、９ｂ）と、シータピンチコイル（８ａ、８ｂ）と、プラズマ及びデブリ集積部（１１）と、排出ポート（７）とを備える。円電流により、軸安定なプラズマ磁場構造と、再現性があり安定で対称性の高いＥＵＶ源が得られる。
2008508729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
或る軸に沿って前記真空容器内に配置され、前記軸に沿って放射が望まれる物質を投入するように設計された投入ノズルと、
前記軸に沿って配置され、前記投入ノズルから離隔された排出ポートと、
前記投入ノズル近傍の前記軸周りの半径方向に配置された第１シータピンチコイルと、
前記排出ポート近傍の前記軸周りの半径方向に配置された第２シータピンチコイルと、
前記投入ノズル近傍の前記軸周りの半径方向に配置された第１ミラー磁場コイルと、
前記排出ポート近傍の前記軸周りの半径方向に配置された第２ミラー磁場コイルとを備え、
前記第１シータピンチコイルは前記第１ミラー磁場コイルと前記軸との間に配置され、前記第２シータピンチコイルは前記第２ミラー磁場コイルと前記軸との間に配置され、
前記第１シータピンチコイルと前記第２シータピンチコイルと前記第１ミラー磁場コイルと前記第２ミラー磁場コイルは、前記投入ノズルと前記排出ポートとの間の中間位置にプラズマを生成及び加熱して前記中間位置で放射が生じるように駆動される無電極放電型極紫外線源。
【請求項２】
前記第１シータピンチコイルと前記第２シータピンチコイルと前記第１ミラー磁場コイルと前記第２ミラー磁場コイルは、前記プラズマを交互に圧縮及び膨張させることによって前記プラズマを加熱するように駆動される請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項３】
前記第１シータピンチコイル及び前記第２シータピンチコイルは、準球形に前記プラズマを圧縮する請求項２に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項４】
前記第１シータピンチコイル及び前記第２シータピンチコイルは、円筒形または準円筒形に前記プラズマを圧縮する請求項２に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項５】
前記第１シータピンチコイル及び前記第２シータピンチコイルは、パンケーキ状に前記プラズマを圧縮する請求項２に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項６】
シータピンチ加熱出力対プラズマ質量の比が、前記プラズマのオーム加熱が圧縮による加熱を超える比になっている請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項７】
放射の波長及び強度が放射物質の選択によって決められる請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項８】
１３ｎｍ付近の波長の極紫外線を生成するためのガスはリチウム、スズ、キセノンのいずれか一つを含む請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項９】
前記投入ノズルは、選択されたガスの流れの特性を生じさせるように調節されている請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項１０】
前記投入ノズルはラバルノズルである請求項４に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項１１】
前記投入ノズルはダイナミックガスパフバルブである請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項１２】
固体、液体、または多孔質物質からガスを生成するためのスパッタリング手段またはレーザ蒸着手段を更に備えた請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項１３】
前記ノズルは、ガスを提供するためのペレット注入器、滴注入器のいずれか一つを備える請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項１４】
ガスが中心部分に流入した際に前記ガスをプラズマに変換するためのプレイオン化装置を更に備えた請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項１５】
前記プレイオン化装置は、高電圧ピン、電子ビーム、レーザ、無線周波数源、紫外線源を含む組から選択されたものである請求項１４に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項１６】
プレイオン化装置が前記投入ノズルを取り囲むパッケージ内に組み込まれている請求項９に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項１７】
中心部分で初めにガスをプラズマに変換するためのプラズマ初期発生装置を更に備えた請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項１８】
プラズマ初期発生装置は、高電圧ピン、電子ビーム、レーザ、無線周波数源、紫外線源を含む組から選択されたものである請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項１９】
ガスはバッファガスによって覆われている請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項２０】
前記バッファガスはヘリウム又は他の希ガスである請求項１９に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項２１】
前記排出ポートよりも前記投入ノズルに向けてミラー磁場が強く、前記プラズマが前記排出ポートに穏やかに流れるようになっている請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項２２】
ミラープラズマ閉じ込めの安定性を増加させるためのヨッフェ電流発生手段を更に備えた請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項２３】
前記第１ミラー磁場コイル及び前記第２ミラー磁場コイルは超伝導体である請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項２４】
前記排出ポートはプラズマ及びデブリ集積部に取り付けられている請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項２５】
前記デブリ集積部は、前記プラズマから離して開口させた円錐体またはキャビティのいずれか一つの形状である請求項２４に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項２６】
前記プラズマ及びデブリ集積部を取り囲むパッケージ内に含まれた磁場生成装置を更に備えた請求項２５に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項２７】
前記装置は磁石を含む請求項２６に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項２８】
前記磁石は、電流通電コイル、強磁性物質、永久磁石の少なくとも一つである請求項２７に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項２９】
前記第１シータピンチコイル及び前記第２シータピンチコイルは高いＱ値を有するように設計されている請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項３０】
前記シータピンチコイルは、リッツ線または螺旋共振器のいずれか一つから構成されている請求項２９に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項３１】
前記シータピンチコイルは、大電流を効率的に流すことが可能な回路の一部分である請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項３２】
前記回路は、無線周波数駆動回路、共振ＬＣタンク回路、前記シータピンチコイルから反射されたエネルギーを回収する回路のいずれか一つである請求項３１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項３３】
シータピンチ周波数が、前記プラズマの振動及び圧縮を増強するために自然プラズマ反射周波数に同調されている請求項２１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項３４】
シータピンチ電流パルスの形状が前記プラズマの圧縮を最大化するように調節されている請求項３３に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項３５】
前記第１シータピンチコイルと前記第２シータピンチコイルのパッケージの内側と外側の両方に含まれた静電シールド手段を更に備えた請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項３６】
少なくとも前記第１シータピンチコイル及び前記第２シータピンチコイル、前記第１ミラー磁場コイル及び前記第２ミラー磁場コイル、前記投入ノズル、前記排出ポートを冷却するための冷却媒体が流入するヒートパイプを更に備えた請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項３７】
前記ヒートパイプは、マイクロチャネルと、多孔質で高熱伝導性の熱交換器のいずれか一つを有する熱を強力に除去する構造の領域に接続されている請求項３６に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項３８】
プラズマに直面する構成要素は、デブリを最小化し寿命を長くするためのプラズマ耐性物質で処理され又はコーティングが施されている請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項３９】
前記プラズマ耐性物質は、ダイアモンドとホウ素を含む組から選択されたものである請求項３８に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項４０】
極紫外線をまとめまた伝達する光学系を更に備えた請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項４１】
異なるようにポンピングされ及び／又はバッファガスを含むキャピラリー、プラズマ、ガスジェット、薄膜といったデブリ及び／又はスペクトルフィルタを、極紫外線がまとめられる方向に、更に備えた請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項４２】
反転分布及び極紫外線レーザ発光を生じさせる強強度ショートパルスレーザを更に備えた請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項４３】
強強度ショートパルスレーザは、線状スポットに集光されている請求項３４に記載の無電極放電型極紫外線源。
【請求項４４】
単一の組み合わせ極紫外線源となるように組み合わせられた極紫外線を発するアレイ状の光源とするために、一つ以上の同様の極紫外線源と組み合わせられた請求項１に記載の無電極放電型極紫外線源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極紫外線（ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ）に係り、特にプラズマが磁気ミラー内に閉じ込められ、共鳴磁気圧縮によって放射される無電極ガス放電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の構造のサイズは小さくなり続けており、リソグラフィプロセスで用いられる光の波長もこれに従って短くする必要がある。昨今の半導体技術の発展により、略１３．４５ｎｍの波長の極紫外線（ＥＵＶ）源に対する需要が生じてきた。例えば、特許文献１（Ｒ．  Ｂｒｉｓｔｏｌ、「ＥＵＶ  ｓｏｕｒｃｅ  ｂｏｘ」、２００４年１０月２６日）には、必要とされる光源のパラメータについて記載されている。
【０００３】
１３．４５ｎｍのＥＵＶを発生させる従来方法には、レーザ生成プラズマ源及び電極駆動型のガス放電が含まれていた。例えば、Ｂｉｓｓｃｈｏｐｓ外による特許文献２、Ｆｅｌｔｅｒ外による特許文献３、Ｆｉｅｄｏｒｏｗｉｃｚ外による特許文献４、Ｈｅｒｔｚ外による特許文献５、Ｏｒｓｉｎｉ外による特許文献６、Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎによる特許文献７には、レーザ生成プラズマが開示されている。
【０００４】
また、Ａｈｍａｄ外による特許文献８、Ａｓｍｕｓ外による特許文献９、Ｂａｈｎｓによる特許文献１０、Ｂｅｃｋｅｒ外による特許文献１１、Ｂｒｉｘによる特許文献１２、Ｃａｒｔｚ外による特許文献１３、Ｆｏｒｎａｃｉａｒｉ外による特許文献１４、Ｉｋｅｕｃｈｉによる特許文献１５、Ｍｅｌｎｙｃｈｕｋ外による特許文献１６、Ｎｅｆｆ外による特許文献１７、Ｒｏｃｃａによる特許文献１８、Ｓｃｈｒｉｅｖｅｒ外による特許文献１９、Ｓｉｌｆｖａｓｔによる特許文献２０、Ｓｐｅｎｃｅ外による特許文献２１、Ｗａｎｇによる特許文献２２、Ｙｏｕｎｇによる特許文献２３には、電極駆動型のガス放電が開示されている。
【０００５】
レーザシステムの欠点として、高出力が必要なこと、所有するのに高いコストがかかることが挙げられる。一方、ガス放電は、安価であり効率的である。しかしながら、電極駆動型のガス放電は、長寿命、クリーンな（特にデブリフリーな）動作及び安定性という要求には合致しそうにない。本技術分野において周知のように、電極は近接するプラズマによって徐々に破壊されて、デブリが発生し、寿命が限られている。更に、並流によって生じるプラズマ磁場の構造は不安定であり、再現性が限られている。
【０００６】
本発明は、高温高密度かつ一様かつ軸安定なプラズマ柱を、磁気圧力及び誘導電流駆動で効果的にまとめることによって、従来技術の欠点や制限を克服するものである。本発明は、磁気ミラーに閉じ込められたプラズマのシータピンチ型の圧縮を用いる。下記の特許文献には、関連する従来技術について開示されている。特許文献２４（Ｉ．Ｏ．Ｂｏｈａｃｈｅｖｓｋｙ、「Ｂｅａｍ  ｈｅａｔｅｄ  ｌｉｎｅａｒ  ｔｈｅｔａ−ｐｉｎｃｈ  ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｈｏｔ  ｐｌａｓｍａｓ」、１９８１年７月７日）等の線形シータピンチにおいては、プラズマは磁気圧縮によって加熱されるが、軸周りに閉じ込められておらず、磁場が減少した時に円筒容器にプラズマが衝突しないようにもなっていない。特許文献２５（Ｋ．Ｆｏｗｌｅｒ外、「Ｐｌａｓｍａ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｕｓｉｎｇ  ｓｏｌｅｎｏｉｄａｌ  ａｎｄ  ｍｉｒｒｏｒ  ｃｏｉｌｓ」、１９７９年９月４日）等のミラー装置においては、磁気ミラーを用いて、電子及びイオンを大容量低密度で閉じ込めている。壁面を離隔するためのバッファプラズマは用いられていないし、プラズマをデブリ集積部に流入させる不均等なミラー強度も用いられていない。特許文献２６（Ｒ．Ｍ．Ｈｒｕｄａ、「Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｌｅｓｓ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ａｄａｐｔｏｒ  ｓｙｓｔｅｍ」、１９７６年４月１３日）等の無電極プラズマ放電においては、高周波数で変動する磁場により、ガスをイオン化し電流を流す曲がった電場が誘導される。しかしながら、プラズマは磁気的に閉じ込められておらず、磁気圧縮によって加熱もされず、駆動場との磁気音響共鳴も生じない。
【０００７】
更に、本発明の好ましい実施例においては、例えば特許文献２７（Ｂ．Ｊ．Ｒｉｃｅ外、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｇａｓ  ｐｌａｓｍａ  ＥＵＶ  ｓｏｕｒｃｅ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ」、２００５年１月２５日）や特許文献２８（Ｎ．Ｗｅｓｔｅｒ、「Ｔｈｅｒｍｉｏｎｉｃ−ｃａｔｈｏｄｅ  ｆｏｒ  ｐｒｅ−ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  （ＥＵＶ）  ｓｏｕｒｃｅ  ｓｕｐｐｌｙ」、２００５年４月２６日）に開示されているような、特別の物質や補助システムが用いられる。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６８０９３２７号明細書
【特許文献２】米国特許第６３０４６３０号明細書
【特許文献３】米国特許第６００７９６３号明細書
【特許文献４】米国特許第６４６９３１０号明細書
【特許文献５】米国特許第６７６０４０６号明細書
【特許文献６】米国特許第６９１２２６７号明細書
【特許文献７】米国特許第６８６５２５５号明細書
【特許文献８】米国特許第６８９４２９８号明細書
【特許文献９】米国特許第４９９４７１５号明細書
【特許文献１０】米国特許第５３３５２３８号明細書
【特許文献１１】米国特許第６７０３７７１号明細書
【特許文献１２】米国特許第６１７２３２４号明細書
【特許文献１３】米国特許第４５０４９６４号明細書
【特許文献１４】米国特許第６３５６６１８号明細書
【特許文献１５】米国特許第６６７７６００号明細書
【特許文献１６】米国特許第６８１５７００号明細書
【特許文献１７】米国特許第６７８８７６３号明細書
【特許文献１８】米国特許第６１６７０６５号明細書
【特許文献１９】米国特許第６８０４３２７号明細書
【特許文献２０】米国特許第６５７６９１７号明細書
【特許文献２１】米国特許第６４９８８３２号明細書
【特許文献２２】米国特許第５３１７５７４号明細書
【特許文献２３】米国特許第６０２６０９９号明細書
【特許文献２４】米国特許第４２７７３０５号明細書
【特許文献２５】米国特許第４１６６７６０号明細書
【特許文献２６】米国特許第３９５０６７０号明細書
【特許文献２７】米国特許第６８４７０４４号明細書
【特許文献２８】米国特許第６８８５０１５号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、クリーン、長寿命、効率的、また、小容量から広範囲の波長と強度の放射を生じさせることができるＥＵＶ放射源を有する。本放射源を用いて、多種多様な応用のための放射を生じさせることができ、例えば、集積回路のリソグラフィ、物質のアニーリング、分光分析、顕微鏡分析、プラズマ診断等の応用が挙げられるが、これらに限定されない。応用に応じて、放射の空間と角度と時間のプロファイルは調節可能である。
【００１０】
本ＥＵＶ放射源は、放射源物質投入ノズルと、任意のバッファガス投入フローと、ミラー磁場およびシータピンチマグネットコイルと、プラズマ及びデブリ集積部と、排出ポートとを備える。磁気ミラーに閉じ込められたプラズマは、共鳴磁気圧縮によって放射が生じるようになっている。円電流により、軸安定なプラズマ磁場構造と、再現性があり安定で対称性の高いＥＵＶ源が得られる。放射源のクリーン性及び長寿命は、電極が存在しないことと、壁面からプラズマの距離を離して離隔することと、バッファプラズマと、強強度磁場とによって促進される。
【００１１】
繰り返し収縮及び膨張するミラー磁場は、磁気コイル、磁気材料、永久磁石の多種多様な構成を用いて形成可能である。単純かつ実用的な方法としては、二つの主な機能のそれぞれについて一組ずつのコイルが備わっている。即ち、磁場全体を生成するミラー磁場コイルと、ミラー磁場が収縮及び膨張するようにするシータピンチコイルである。この実施形態は、ここで説明する主な実施形態の一つである。
【００１２】
ミラー磁場コイルは、磁場が装置の端部において装置の中央平面よりも数倍大きいミラー磁場を生成する安定した（緩やかに変化する）電流を伝える。このミラー磁場がプラズマを閉じ込める。このミラー磁場は軸に対して幾分非対称にされ、プラズマの閉じ込めが、プラズマ及びデブリ集積部よりも投入ノズルに向けて効果的に行われ、プラズマが、プラズマ及びデブリ集積部と排出ポートに穏やかに流入するようになっている。これにより、（例えば、マイクロリソグラフィステーションの中間集光点に向けて）装置から出て光学系を損傷させるデブリの量が減少する。
【００１３】
シータピンチは急激に変化する（例えば、パルスや、振動等）電流を伝え、プラズマ内に反対方向を向いた電流を誘導し、また、プラズマを交互に圧縮及び膨張させる急激に変化するミラー磁場を形成する。磁気ポンピング及びシータピンチ圧縮により、効率的にプラズマが加熱され、またプラズマが高密度になり、効果的に放射が生じるようになる。シータピンチコイルは、大電流を効率的に流すことが可能な回路の一部分であり、例えば、無線周波数回路や共振ＬＣタンク回路が挙げられる。通常、振動またはパルス周波数は、自然プラズマ反射周波数に同調されていて、プラズマの振動及び圧縮を増強させる。
【００１４】
放射出力は大きな立体角の開口部を介し、ＥＵＶ伝達光学系が、有効的な全ての立体角で集められた放射を、プラズマからプラズマ外部の実質的なＥＵＶイメージソースに伝達できるようになっている。
【００１５】
放射バースト後毎にプラズマが廃棄される従来技術の反復源よりも、ここで説明される連続駆動プラズマ源においてはより大きな効率が予測される。これについては理由がいくつかある。第一に、準球形の衝撃圧縮と共鳴により、プラズマの並進エネルギーの損失が少ないこと。第二に、多価キセノンイオンの再利用により、複数のＥＵＶ放出サイクルに亘るイオン化のエネルギーコストが顕著に分散すること。最後に、電気回路により、サイクル毎に、プラズマからいくらかのエネルギーを戻すことができることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
当業者は、下記の説明が例示的なものであり、何らかの限定を行うものではないことを認識されたい。本発明の開示により、当業者は他の変形や修正について容易に連想し得る。下記の説明において、同じ参照符号が同様の構成要素全てに用いられる。
【００１７】
一般的に、開示される装置においては、磁場を用いてプラズマとして知られるイオン化された作動流体の閉じ込め及び制御を行うことによって、放射が生じる。プラズマは繰り返し衝撃圧縮され、放射が行われ、膨張させられる。このサイクルは、１秒間に数百万回程度で、例えば１年もの長期間に亘って、連続的に繰り返される。
【００１８】
図１は、本発明の開示する内容に従って設計された装置の概略的な側面図を示す。本装置は、（参照符号１から参照符号７に向かう）破線で示した軸に対して円筒対称である。ここで用いるように、この軸を“ｚ”軸または“軸”方向と称することにする。“半径”方向または“ｒ”方向は、このｚ軸に直交する。本装置の中心を、座標（ｒ，ｚ）＝（０，０）と決めてもよい。
【００１９】
図１に示すように、本装置は、放射源物質投入ノズル１と、任意のバッファガス投入フロー２と、参照符号３から参照符号６までのミラー磁場に閉じ込められたプラズマと、磁場４と、高温高密度の放射プラズマ５と、排出ポート７と、シータピンチコイル８ａ及び８ｂと、ミラー磁場コイル９ａ及び９ｂと、（ＥＵＶ反射器（図示せず）に向かう）放射出力１０と、ミラースロートプラズマ及びデブリ集積部１１とを有する。装置全体は真空容器（図示せず）内に存在する。投入ノズル１はｚ軸に沿って容器内部に配置され、投入ノズルはｚ軸に沿って物質を投入できるように設計されている。投入ノズル１からの物質の流れは、参照符号１及び３付近の矢印で示されている。任意のバッファガス投入フロー２は、投入ノズル１よりも大きな半径でｚ軸周りの半径方向に位置している。任意のバッファガス投入フロー２からの物質の流れは、参照符号２付近の矢印で示されている。排出ポート７はｚ軸に沿って配置されており、投入ノズル１から隔てられている。排出ポート７内部への物質の流れは、参照符号６及び７付近の矢印で示されている。第１シータピンチコイル８ａは、投入ノズル１に近接する軸周りの半径方向に配置されている。第２シータピンチコイルは、排出ポート７に近接する軸周りの半径方向に配置されている。第１ミラー磁場コイル９ａ及び第２ミラー磁場コイル９ｂは、磁気ミラー閉じ込めの磁場を形成する周知の配置になるように配置されて駆動する。ミラー磁場コイル９ａ及び９ｂからの磁場はプラズマ５を閉じ込める。第１シータピンチコイル８ａ及び第２シータピンチコイル８ｂは、磁気ミラー閉じ込めの追加的な磁場を形成するように配置されて駆動し、ミラー磁場コイル９ａ及び９ｂにより形成されたミラー磁場を強めたり弱めたりする。第１シータピンチコイル８ａは、第１ミラー磁場コイル９ａとｚ軸との間に配置され、第２ミラー磁場コイル８ｂは、第２ミラー磁場コイル９ｂとｚ軸との間に配置される。シータピンチコイルはミラー磁場コイルの内側に配置されており、シータピンチコイルからの磁束の急激な変化が、ミラー磁場コイルを介して拡散する必要がないようになっている。第１シータピンチコイル８ａ及び第２シータピンチコイル８ｂと第１ミラー磁場コイル９ａ及び第２ミラー磁場コイル９ｂは、投入ノズルと排出ポートとの中間位置の周りでプラズマを形成して加熱するように駆動するので、中間位置で放射が生じる。
【００２０】
デブリを最小限にして、また構成要素の寿命を長くするために、プラズマに直面する構成要素は、プラズマに耐性のある物質で処理またはコーティングされる。このような物質としてはダイアモンドやホウ素が周知であるが、これらに限定されるものではない。
【００２１】
繰り返し収縮及び膨張しまたプラズマを閉じ込めて制御するミラー磁場は、磁気コイル、磁気材料、永久磁石の周知の多種多様な構成を用いて形成可能である。例えば、極端な例の一つとして、緩急両方に変化する側面を有する電流（例えば、直流に加えられる振動電流等）によって駆動する適切な配置と適切な巻き間隔を備えた単一のコイルによって、このような磁場を形成することが可能である。他の極端な例としては、多量のコイルと磁石を用いて、このような磁場を形成することが可能である。説明を簡単にするため、ここで説明する主な構成においては、二つの主な機能のそれぞれについて一組ずつのコイルが備わっている。即ち、磁場全体を生成するミラー磁場コイル９ａ及び９ｂと、ミラー磁場が収縮及び膨張するようにするシータピンチコイル８ａ及び８ｂである。設計の際に、電気駆動、冷却、製造コスト、メンテナンス等を考慮すると、このように分けることが実用的であることも多い。
【００２２】
一実施例として、半径が略１ｃｍで長さが略４ｃｍの装置について、ここでは説明する。この説明や下記の説明はおおよそのものであり、装置のサイズと比率は用いられる応用によって異なる。本技術分野において周知のように、プラズマ閉じ込め及び加熱装置は、大きく作ることも小さく作ることもできる。ここで、その構成要素の大半は略比例するスケーリング則に従い、他の装置パラメータのスケーリング則は周知の物理法則に従う（例えば、シータピンチ装置の駆動パルス持続時間はサイズに比例するが、駆動エネルギーは体積に比例する）。
【００２３】
本技術分野において周知なように、本装置は、機械的なマウントによって支持され、電気的な接続によって電力が供給される。図２は、本装置の機械的に集積された実施例を示す。この図はプラズマ近傍の放射源部分の断面図である。図１同様に、本装置は、破線で示されたｚ軸周りについて円筒対称である。再び、放射源物質投入ノズル１、任意のバッファガス投入フロー２、ミラー磁場に閉じ込められたプラズマ、磁場４、高温高密度の放射プラズマ５、排出ポート７、シータピンチコイル８ａ及び８ｂ、ミラー磁場コイル９ａ及び９ｂが示されている。上述のように、物質の流れは、参照符号１、２、５及び７付近の矢印で示されている。更に、本装置は、プラズマ及び熱シールド１３と、絶縁体１４と、（例えば水用の）冷却チャネル１６とを備えている。二つのプラズマ及び熱シールド１３は、シータピンチコイル８ａ及び８ｂとプラズマとの間の、ｚ軸周りの半径方向に配置されている。プラズマ及び熱シールド１３はプラズマに直面しており、電流が流れるコイル８ａ、８ｂ、９ａ及び９ｂに対する熱負荷を減少させてデブリを最小限にするために用いられる。本技術分野において周知のように、また、上述のように、シールドは耐熱性材料から作られ、及び／又は、プラズマ耐性コーティングが施される。絶縁体１４はｚ軸周りの半径方向に配置され、コイル８ａ、８ｂ、９ａ及び９ｂを電気的に絶縁する。冷却チャネル１６の外側部分は、支持構造として用いられ、また、コイル８ａ、８ｂ、９ａ及び９ｂやシールド１３を冷却したり、電力を供給したりする。本実施例においては、ミラースロートプラズマ及びデブリ集積部は、単純に、排出ポート７に向かう開端の円錐体である。
【００２４】
真空フィードスルーや真空ポンプ、また、例えばガス圧、ガスの組成、ＥＵＶ放射強度、ＥＵＶスペクトル、磁場、プラズマの状態等の装置の入出力パラメータ（上記のものに限定されず）をモニタリングする周知のセンサまたは機器を用いて、真空気密チャンバ内で、本装置が動作してもよい。
【００２５】
好ましい実施形態において、本装置は、シータピンチコイル、ミラーコイル、インプットノズル、排出ポート、及び／又は、他の放射源構成要素を冷却するためのヒートパイプを更に備える。本技術分野において周知なように、このパイプを介して、例えば水、液体金属、液体窒素、ヘリウム等の冷却剤（上記のものに限定されず）が流れる。パイプは、例えば、マイクロチャネル、及び／又は、多孔質で高熱伝導性の熱交換器等といった熱を強力に除去する構造を有する領域（上記のものに限定されず）に接続されていてもよい。オーム加熱によって蓄積されたエネルギーを除去することに加えて、プラズマに直面する表面に対する放射による損傷は、強強度放射源において格別関心のあるものであり、数ｋＷ／ｃｍ２のエネルギーが表面から除去されることが好ましい。このように冷却される領域は、図１において、多数の小さな丸で埋められたパターンで示されている。
【００２６】
マイクロチャネル冷却の実施例が図３により詳細に示されている。図３は、図２に示された機械的に集積された実施例の３次元分解斜視図である。上述のように、放射源物質投入ノズル１と、任意のバッファガス投入フロー２と、磁場４と、高温高密度放射プラズマ５と、排出ポート７と、シータピンチコイル８ａ及び８ｂと、ミラー磁場コイル９ａ及び９ｂと、プラズマ及び熱シールド１３と、絶縁体１４と、冷却チャネル１６とが備わっている。加えて、キャピラリーの冷却チャネル１７が示されている。冷却チャネル１６を備えた支持構造は、磁気コイル及びシールドを支える。図の左側において、ガス（例えば、キセノン）が冷却されたラバル型のガスノズル１を介して流入し、高密度プラズマ領域５に向かって送られている。任意のバッファガス２（例えば、ヘリウム）が、外側の支持構造と投入ノズル１との間に送られる。更なる冷却手段が、追加のキャピラリー１７によって与えられており、無線周波数フィールドコイル８ａに埋め込まれている。無線周波数フィールドコイル８ｂにも埋め込まれているが図示していない。シールド１３とミラーコイル９ａ及び９ｂにも、キャピラリーを巻き付けることができる。ミラー磁場コイル９ａ及び９ｂからの磁場４はプラズマ５を閉じ込める。排出されるプラズマ７は、右側の支持構造を介して真空ポンプで除去される。
【００２７】
動作時には、放射源物質投入ノズル１は、放出が望まれる物質を流入させる。放射の波長及び強度は、本技術分野において周知なように、選択された物質によって調節される。例えば、キセノン（Ｘｅ）やスズ（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）を有する物質を用いて、波長が１３ｎｍのＥＵＶ放射を発生させることができる。
【００２８】
本装置は、放射源物質投入ノズル１から送り込まれる放射源物質が如何なる状態であっても動作可能であり、例えば、ガス状、原子や分子のクラスター状、ゾル（例えば、エアロゾル）状、塵状、液体ジェットや滴状、固体ペレット状、プラズマ状といった状態である。ＥＵＶ源は、流入させた放射源物質に対して、幅広い範囲の圧力及び密度で動作可能である。流入させた物質の様々な状態が都合良く用いられるかどうかは、選択した放射源物質に依る。全ての状態に対して、指向性の高い方法（他の方法もあるが）で流入させることができる。放射源物質投入ノズルをプラズマから離隔して配置して、デブリを最小さするためには、こうすると都合が良い。
【００２９】
実施例において、放射源物質投入ノズル１は、細かなガスジェット（例えば、サブミリメートルの直径）を流入させる。本技術分野において周知なように、投入ノズル及び関連するガス処理装備を適切に選択することにより、ガスの流れの特性が適切なものとなる。例えば、ラバルノズルにより、指向性があり超音速のガスの流れが与えられる。これにより、放射領域の中心からノズルの先端までの距離を最大限にしながらも、プラズマに対して高い割合のガスの流れが与えられる。また、補完的な実施例として、ガスの流れの時間発展を制御することが有効であり、例えば、ダイナミックガスパフバルブが用いられる。これにより、ガス圧のフィードバック制御及び／又はガス圧のバーストが与えられる。後者は、中心部のガス圧を高くしながらも、周辺部での圧力を低く維持するのに有効であり、例えばシータピンチフィードスルー等の高電圧に晒される周辺素子における好ましくないプラズマの形成（アーク放電）が回避される。ダイナミックガスパフバルブはラバルノズル等のノズルと組み合わせて使用することが可能であり、ノズルの上流に配置される。
【００３０】
他の実施例においては、放射源物質投入ノズル１は、本技術分野において周知のレーザやマグネトロンや他のスパッタリング源によって、固体、液体、または多孔質材料から生成したプラズマを流入させる。例えば、凹円錐面上に集光させた（例えばサブミリメートルのスポットに）レーザ光（例えば、ｎｓパルスでＭＷ出力のＮｄ：ガラスレーザ）によって、平行なプラズマジェットが形成される。緩やかなピッチの多数の細いワイヤ（例えばスズ）から形成することによって、凹円錐面が、多くのレーザパルスに亘って維持される。
【００３１】
ここで説明する実施例においては、半導体マイクロリソグラフィ用に、１３．４５ｎｍを中心とした２％波長バンド内の１１５ＷのＥＵＶ放射を中間集光点（ＩＦ：ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  ｆｏｃｕｓ）に伝達するためにキセノンが用いられる。本実施例においては、キセノンの流量は、装置の中心部で、摂氏２０度でキセノンの圧力が０．０１Ｔｏｒｒとなるように設定される。これは、キセノンの中性密度が３×１０１４ｃｍ−３となることに対応する。他のガスや環境を用いて、所望の波長を生じさせることもできる。
【００３２】
参照符号３と６との間のプラズマからの放射によって、ノズル１から出たキセノンはイオン化される。イオン化されたキセノンジェットは、装置の中心部において、その半径がサブミリメートルから略３ｍｍへ膨張する。
【００３３】
装置に最初に電源を入れた時には、プラズマ放射が存在していないため、キセノンがイオン化されるメカニズムは異なる。この場合、シータピンチコイル８ａ及び８ｂの誘導電場によって、キセノンガスはイオン化される。代わりに、フォトン、電子または電場の補助的なソースを用いてプラズマを発生させてもよい。このようなソースとして、高電圧ピン、電子ビーム、レーザ、無線周波数源、紫外線源等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３４】
追加として、本技術分野において周知なように、プレイオン化システムを連続的に（反復的に）用いて、投入物質を部分的にイオン化し、中心部分に流入するとプラズマに変換されるようにしてもよい。このようなプレイオン化装置は、フォトン、電子または電場のソースを含んでいる。このようなソースとして、高電圧ピン、電子ビーム、レーザ、無線周波数源、紫外線源等が挙げられるが、これらに限定されない。プレイオン化装置は、放射源材料投入ノズル１を取り囲むパッケージの一部に組み込むことが可能である。装置に最初に電源を入れた時やプラズマ衝撃圧縮サイクルが低い頻度で動作している時にプラズマを発生させる必要性に応じて、シータピンチコイル８ａ及び８ｂ用電気ドライバに要求されるピーク出力が決定されている場合には、物質のプレイオン化によりピーク出力が減少する。加えて、プレイオン化を用いて、プラズマ衝撃圧縮毎に初期状態を同じような好ましい状態にすることによって、ＥＵＶ源の再現性を改善したり、必要に応じて、プラズマジェットの指向性を強めたりすることが可能である。
【００３５】
磁場の形状を調節するために、磁場生成用装置は、放射源物質投入ノズル１を取り囲むパッケージ内に含まれていてもよい。このような装置は、電流通電コイル、及び／又は、強磁場材料、及び／又は、永久磁石を備えていることが好ましく、また、ミラースロート３の周りとノズル１での磁場を強め、これにより高温放射源５からノズル１へプラズマが逆流しないように設計されていることが好ましい。同様に、このような磁場生成用装置も、プラズマ及びデブリ集積部１１を取り囲むパッケージ内に組み込まれていてもよい。
【００３６】
任意のバッファガス投入フロー２は所望の放射に対して透過性を有するガスを流入させ、例えば、１３ｎｍのＥＵＶ放射に対してはヘリウム（Ｈｅ）を流入させる。ヘリウムやその他の希ガスは、化学的に不活性であるという利点を有する。実施例においては、ヘリウムの流量は、装置内のヘリウムの圧力が略０．０１Ｔｏｒｒ（摂氏２０度で）となるように設定される。これは、ヘリウムの中性密度が３×１０１４ｃｍ−３となることに対応する。キセノンガスをイオン化するために用いられたのと同じ方法によって、ヘリウムをイオン化することができる。ヘリウムイオンは、放射源キセノンイオンに衝突してこれを閉じ込め、領域１０を漂うキセノンによるＥＵＶ吸収が減少し、また、多価キセノンイオン（例えば、Ｘｅ１０＋）と８ａ及び８ｂの表面との相互作用によって生じるデブリが減少する。加えて、ヘリウムプラズマの衝突性を低くし抵抗性を低くすることによって、プラズマを介する磁場の拡散が減少して、磁場によるヘリウム‐キセノンプラズマの閉じ込め及び制御（圧縮／膨張）が改善される。
【００３７】
ミラー磁場コイル９ａ及び９ｂには、ミラー磁場を発生させる安定した（または変化の緩やかな）電流が流れる。実施例においては、このコイルは、装置の中央平面（ｚ＝０）４での強度が０．３Ｔの磁場を生じさせる。略０．６Ｔの更に強力な磁場をミラー磁場のネック部分に発生させてもよく、これにより、ヘリウム‐キセノンプラズマを閉じ込める磁気ミラー場が形成される。必要であるならば、本技術分野において周知なようにして、より強力な磁場を発生させてもよい。また、高い電気効率と低いオーム加熱が必要であるならば、ミラー磁場コイルを、本技術分野において周知の超伝導体とすることも可能である。
【００３８】
更に、コイル９ａが９ｂよりも強力な磁場を発生させるようにして（例えば、巻きを増やしたり、電流を増加したりして）、図１に示すように、磁場は軸方向に幾分非対称にされている。従って、プラズマの閉じ込めは、右側のミラースロート６よりも左側のミラースロート３においてより効果的に行われており、プラズマがミラースロートプラズマ及びデブリ集積部１１に流れ込み、排出ポート７を介して排出されるようになっている。
【００３９】
プラズマ及びデブリ集積部１１に向かうこの低速ではあるが安定したプラズマの流れによって、（中間集光点に向かって）装置から出るデブリが減少する。ミラースロートプラズマ及びデブリ集積部１１はプラズマから離して開口されており、集積部からプラズマに戻って拡散する粒子の数が減少するようになっている。デブリ集積部１１は図１に示すようなキャビティの形状であってもよいし、図２に示すような排出システムに接続する単純な開端の円錐体であってもよい。図１のより複雑な形状を用いて、集積部のキャビティの壁に入り込むプラズマの磁場ラインを電気的に接地することにより、ミラープラズマの不安定性が減少する。また、排出システムに向かう多価イオンやスパッタリングされた原子の数を減少させるためにも用いられる。
【００４０】
図４及び図５は、物質の投入部及びデブリの排出部を概略的に示す。図４及び図５は、図２及び図３に示された立体モデルの断面図である。図４は、図２に示された機械的に集積された実施例の図であるが、図２よりも縮小されている。図５は更に縮小されている。図１と同様に、本装置は、破線で示されたｚ軸周りに対して円筒対称である。上述のように、図４及び図５には、放射源物質投入ノズル１、任意のバッファガス投入フロー２、高温高密度放射プラズマ５、排出ポート７、シータピンチコイル８ａ及び８ｂ、ミラー磁場コイル９ａ及び９ｂ、プラズマ及び熱シールド１３、絶縁体１４、冷却チャネル１６が示されている。これに加えて、追加の排出ポート１５が示されている。コイル８ａ、８ｂ、９ａ及び９ｂと、絶縁体１４と、シールド１３用の支持構造は、ｚ軸周りの円錐状の形状となっており、熱シールド１３が、プラズマの中心部５からの熱負荷（例えば放射）のほとんどを引き受けるようになっている。ノズル１の先端にも、熱シールド及びキャピラリー冷却手段が備わっていてもよい。図にはまた、排出ポート１５用の追加の冷却手段１６が示されている。このポートは、排出ポート７の支持構造の外側の半径方向に配置されている。
【００４１】
ミラー磁場に閉じ込められたプラズマの安定性を改善する必要がある場合には、本技術分野において周知のヨッフェ棒によって流される軸流を加えることにより、方位角方向の磁場振動を与えてもよい。プラズマの閉じ込め時間は数マイクロ秒であり、プラズマの振動周期よりも長い。
【００４２】
実施例においては、シータピンチコイル８ａ及び８ｂは一巻きの（または複数回巻かれた）コイルであり、その直径は０．７ｃｍで、その軸方向の長さは１ｃｍである。これらはプラズマから絶縁されており、急激に変化する電流またはパルス電流を伝える。これにより、プラズマ内に電流と逆向きに誘導されて急激に変化するミラー磁場が生じ、プラズマの圧縮と膨張が交互に行われる。磁気ポンプ及びシータピンチ圧縮によって、効果的にプラズマが加熱され、また、プラズマが高密度になるので、下記で説明するように十分な放射が生じる。
【００４３】
シータピンチコイルのパッケージには、本技術分野において周知なように、コイルの内側と外側の両方に静電シールド手段が含まれてもよい。シールド手段はコイルからの電磁波を閉じ込めるので、ＦＣＣ（米国連邦通信委員会）によって産業用途向けに認められている周波数（６．７８ＭＨｚや１３．５６ＭＨｚ等）以外の周波数で動作させることができるようになる。また、シールド手段は、コイルのプラズマへの容量結合を大幅に減少させる。これにより、壁に対するプラズマの損失とエネルギー粒子の発生が減少するので、ＥＵＶ源のクリーン性及び効率が増加する。また、コイル内側のシールドは、コイル上でのプラズマの熱負荷を減少させるので、同じコイルの冷却速度に対してより大きな無線周波数出力が許されるようになる。
【００４４】
放射出力１０は、装置に設けられた３πｓｒの立体角の開口部を通り抜ける。ＥＵＶ伝達光学系を備えて、例えば立体角がπｓｒの放射が全て集められ、プラズマからプラズマ外部の実質的なＥＵＶイメージソース（例えば中間集光点）へ十分効果的に伝達されるようにしてもよい。ＥＵＶイメージソースは小さな空間的に固定された点であってもよいし、必要に応じて、異なる形状やサイズにすることもできる。
【００４５】
ＥＵＶ伝達光学系としては多種多様なものが採用可能である。例えば、多層ミラーや、壁面の滑らかなキャピラリーまたは他の斜入射反射器をまとめたものが挙げられる。キャピラリー光学系は残留デブリやプラズマイオンを妨げるという利点を有し、また、ヘリウムのバッファガスを流動させたり、及び／又は、異なるようにポンピングさせたりするようにして、漂うキセノンガスによるＥＵＶの吸収が最小化される。目的とする応用に応じて、最適な光学系が選択される。
【００４６】
本装置は一般に、本技術分野において周知のデブリ及び／又はスペクトルフィルタを、ＥＵＶが集められる方向に備えている。このようなものとして、例えば、バッファガスを含む及び／又は異なるようにポンピングさせるキャピラリー、プラズマ、ガスジェット、薄膜が挙げられるが、これらに限定されない。
【００４７】
シータピンチコイル８ａ及び８ｂは、無線周波数駆動共振ＬＣ回路や、大電流を効率的に伝えることができる回路を備えていてもよい。本技術分野において周知であるように、例えば、パルスの立ち上がり時間をプラズマの圧縮時間に一致させるようにして、シータピンチ電流パルスの形状をプラズマの圧縮を最大化するように調節することが可能である。シータピンチコイルは、ＦＣＣによって産業用途向けに認められている周波数（６．７８ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ等）で駆動されてもよいし、適切なシールド手段を備えることによって他の周波数で駆動されてもよい。例えば、リッツ線（Ｌｉｔｚｅｎｄｒａｈｔ）及び／又は螺旋共振器等の本技術分野において周知の方法（上記のものに限定されず）を用いて、シータピンチコイルを高いＱ値を有するような構成にすることが望ましい。電気効率を最大にするために、本技術分野において周知なように、シータピンチコイルを駆動させる回路は、シータピンチコイルから反射されたエネルギー、及び／又は、プラズマ圧縮後の膨張によって発生したエネルギーを回収できるようになっている。
【００４８】
上述の実施例について引き続いて説明するが、ここでは、コイルが無線周波数で駆動され、装置の中心に３ＭＨｚで変動する０．１８Ｔの磁場が生成されるものとする。下記の計算により、この磁場は中間集光点に１１５Ｗで１３．４５ｎｍのＥＵＶ放射を伝達するのに十分であることが示されている。代わりに、必要であるならば、数テスラのパルス磁場を発生させることも可能である。この変動する０．１８Ｔの磁場が、安定なミラー磁場（装置の中心で０．３Ｔ）に加わる結果として、装置の中心で０．１２Ｔから０．４８Ｔで振動する全磁場が生じる。磁場が増大すると、閉じ込められたプラズマは押しつぶされて加熱される。磁場の形状と変動は、半径方向に略４（＝［０．４８Ｔ］／［０．１２Ｔ］）倍の準球形の圧縮となるように選択される。
【００４９】
球形の圧縮によりその密度の増加は最大のものとなるが、他の形状の圧縮によっても放射が生じる。点状ではない放射源を得たい場合にはこのようにするとよい。プラズマの圧縮の形状は加えられた磁場の形状によって決まる。例えば、円筒形、準円筒形、パンケーキ型のプラズマの圧縮により、それぞれ、線状、線分状、ディスク状の放射源を得ることができる。更に、シータピンチ加熱出力対プラズマ質量の比を、プラズマのオーム加熱が圧縮による加熱を超えるものにする方法で放射源を操作することによって、ミラープラズマ形状放射源を作り出すことが可能である。この場合、プラズマはその形状を大きく変化させないが、プラズマ密度の二乗に比例した放射率で、加熱され、放射される。
【００５０】
上述の準球形の圧縮の場合の実施例に戻ると、半径方向の４倍の圧縮は、体積の圧縮が略５０倍になるものであると見積もられる。この見積もりは、理論的に得られる４３＝６４倍の圧縮という値を減少させたものとなっている。更に、この見積もりは、駆動周波数と自然プラズマ反射周波数との間の共鳴効果を無視したものとなっているが、例示目的であればこれで十分である。
【００５１】
圧縮時には、膨張の最大値１×１０１４ｃｍ−３から、圧縮の最大値５×１０１５ｃｍ−３へと、キセノンイオンの密度は５０倍に上昇する。同時に、キセノンプラズマの圧力ｐは、密度ｎｉの５／３乗で準断熱的に上昇するので、ｐ＝Ｃｎｉ５／３となる。温度Ｔはｐ／ｎｉ＝Ｃｎｉ２／３として上昇し、つまり、７ｅＶから７０ｅＶへと値が１０倍になる。１０倍とすることは、理論的に得られる５０２／３＝１４という値を減少させたものとなっているが、これは熱伝導及び放射による内部エネルギーの損失を考慮したものである。プラズマベータ値（β＝２μ０ｐ／Ｂ２）は、膨張での最大値０．２から、中心における圧縮での最大値６．７までで振動する。非線形な球形圧縮波の特徴として、プラズマベータ値は中心で１以上に過渡的に上昇する。
【００５２】
圧縮のピークには、キセノンプラズマには十分な放射が生じ、放射性崩壊が生じる。このプラズマにより生じる１３．４５ｎｍのＥＵＶ放射について、下記のように見積もってみる。電子ごと、イオンごとのキセノンプラズマの１３．４５ｎｍのＥＵＶの放射率は、イオン密度ｎｉ＜３×１０１６ｃｍ−３に対して、温度Ｔ＝７０ｅＶで最大値を取る。この温度と密度に対しては、１３．４５ｎｍの放射率はε＝（２×１０−２８Ｗｃｍ３／ｓｒ）ｎｅ  ｎｊである。ここで、ｎｅ、ｎｊはそれぞれ、電子とイオンの密度（立方ｃｍ当たりの個数）である。この条件下においては、キセノンの平均イオン化状態は１０倍であり、つまりｎｅ＝１０ｎｊである。プラズマは圧縮されているので、中心領域でのイオン密度は、１×１０１４ｃｍ−３から５×１０１５ｃｍ−３へと５０倍に上昇する。これに対応して、直径がｍｍ単位の中心領域から放射される１３．４５ｎｍのＥＵＶ放射の出力は、ワットレベルからキロワットレベルへと上昇する。圧縮の最後の２０ｎｓにおいては、圧縮されたプラズマの熱エネルギー（ミリジュール）の大半は、直径がｍｍ単位のプラズマの輝点からの（あらゆる波長の）放射として逃げる。放射による内部エネルギーの局所的な損失は、プラズマの中心領域の圧力を排出させ、放射性崩壊が生じる。この放射と圧縮との間の正のフィードバックにより、プラズマが放射しない場合よりも十分に大きな圧縮が生じる。圧縮における１３．４５ｎｍのＥＵＶ放射の平均出力は１ｋＷであり、サイクル全体に亘る平均出力はその半分である。１３．４５ｎｍのＥＵＶの平均出力は４６０Ｗに調節され、単位時間当たり３百万のパルスからなり、それぞれ０．１５ｍＪのＥＵＶエネルギーを有する。
【００５３】
当業者は理解されているであろうが、ここで開示された１３．４５ｎｍのＥＵＶ源においては、ＥＵＶは立体角πｓｒで有効的に集められ、中間集光点において３．３ｍｍ２ｓｒのエタンデュで１１５Ｗという、１３．４５ｎｍのＥＵＶ半導体マイクロリソグラフィの要求が満たされている。
【００５４】
代わりに、選択されたＥＵＶ波長に対して、ＥＵＶレーザ発光と反転分布を生じさせる媒体と装置のパラメータを選択したり、このような条件にするための補助的な強強度ショートパルスレーザを用いたりして、放射の効率と指向性を改善することが可能である。図６は追加のショートパルスレーザを備えた装置を示す。図１と同様に、メイン装置は、破線で示されたｚ軸周りに円筒対称である。レーザ光１２は高密度プラズマ５に集光されていて、好ましくは、ＥＵＶレーザ光出力１０を向けたい方向に沿った線状焦点を有する。レーザビームは一方から入射して来ており（回転対称ではない）、そのレーザビームを介した断面図が示されている。線状焦点は本技術分野において周知の方法により得られ、例えば、円筒形の光学系や球面収差を用いることが挙げられるが、これらに限られない。振動しているプラズマが圧縮のピークにある期間（数ナノ秒の長さ）に、レーザが発射されることが好ましい。一ナノ秒以下で、逆制動放射（ｉｎｖｅｒｓｅ  ｂｒｅｍｓｓｔｒａｈｌｕｎｇ）（衝突吸収）を介して、レーザ光は集められたプラズマ内の電子を加熱する。ホットエレクトロンはイオンを励起し、反転分布が生じる。ＥＵＶレーザ発光は、励起されたプラズマの最大長さに沿って、つまり、レーザの波数ベクトルに垂直である線状焦点に沿って、最大となる。図６の他の要素は、前述のように、放射源物質材料投入ノズル１、任意のバッファガス投入フロー２、参照符号３から参照符号６までのミラー磁場に閉じ込められたプラズマ、磁場４、排出ポート７、シータピンチコイル８ａ及び８ｂ、ミラー磁場コイル９ａ及び９ｂ、ミラースロートプラズマ及びデブリ集積部１１である。
【００５５】
圧縮と放射の後には、磁場は減少し、プラズマは膨張して、回路にエネルギーが戻る。膨張においては、プラズマはその初めの温度が７ｅＶ未満に冷えているが、抵抗加熱（オーム加熱）によってまたは補助的な加熱システム（例えば電子ビーム）によって、７ｅＶに加熱される。新しいプラズマ（前述のプレイオン化システムによって促されたものであってもよい）の部分的な流入によって、プラズマを再衝撃圧縮に最適な状態に復元させることが促進される。
【００５６】
電気回路の振動またはパルス周波数は、プラズマの自然反射周波数に整合されていて、例えば本実施例においては、３ＭＨｚの反復周期の反復パルスＥＵＶソースが効果的に生じる。３ＭＨｚとのプラズマの自然反射周波数は以下のようにして見積もられた。衝撃圧縮時間は〜（３ｍｍ）／ｖＡである。ここで平均アルヴェーン速度ｖＡはｖＡ＝Ｂ／（μ０ρ）１／２〜１８ｋｍ／ｓであり、磁場及びキセノンイオン密度（Ｂ，ｎｉ）は（０．１２Ｔ，１×１０１４ｃｍ−３）から（０．４８Ｔ，５×１０１５ｃｍ−３）に上昇する。ここで、ρ＝ＭＸｅｎｉはプラズマ質量密度であり、ＭＸｅはキセノン原子の質量である。往復時間（サイクル周期τ）は衝撃圧縮時間の２倍のτ〜（６ｍｍ）／ｖＡ〜０．３３μｓであり、プラズマ反射周波数はｆ＝１／τ〜３ＭＨｚである。駆動周波数と自然プラズマ反射周波数との共鳴により、同じ強度で駆動させた一回限りの圧縮に比較して、プラズマの圧縮が増大する。この理由は、ピーク密度からの膨張において、プラズマは外向きの運動量を獲得して、その平衡位置から外れるからである。これにより、プラズマ内に反磁性電流が誘導され、中心部での磁場が減少し、後続の再衝撃圧縮においてドライバに加えられる復元力が与えられる。
【００５７】
無線周波数駆動のシータピンチコイル８ａ及び８ｂに対する、電気回路のパラメータは以下の通りである。ＬＣタンク回路のインダクタとして機能するシータピンチコイルとキャパシタの間でエネルギーは振動する。Ｉ＝５．７ｋＡというピーク全電流は二つのコイルの間に分けられる。有効ソレノイド長がｌ〜４ｃｍであり、生成されるピーク磁場はＢ〜μ０Ｉ／ｌ〜０．１８Ｔである。半径がＲ〜７ｍｍであり、長さがｌ〜４ｃｍであるソレノイドに対して、二つのコイルの全インダクタンスはＬ〜μ０πＲ２／ｌ〜５ｎＨｙである。コイルによってピーク電流時に蓄えられる磁気エネルギーはＵ＝ＩＬ２／２〜８０ｍＪである。電流は、プラズマの自然反射周波数ｆ〜３ＭＨｚで振動するようにされる。Ｃ〜０．６μＦに変化したキャパシタは、ＬＣ回路の振動周期をτ＝２π（ＬＣ）１／２〜０．３３μｓ＝１／ｆに設定する。ＣＶ２／２〜８０ｍＪのエネルギー蓄積のため、キャパシタの電圧は、Ｖ＝５００Ｖというピークに振れる。サイクル毎に、この蓄えられたエネルギーの５％（つまり４ｍＪ）は抵抗によりコイル内の熱に変換される（インダクタの無線周波数のＱ値は３ＭＨｚにおいてＱ＝２π／０．０５＝１２６であり、螺旋共振器やリッツ線や本技術分野において周知の他の方法を用いて得られる）。この（４ｍＪ）／（３３３ｎｓ）＝１２ｋＷという無線周波数の熱負荷は、二つのコイルの１ｋＷ／ｃｍ２の冷却によって取り除かれる。ＬＣタンク回路に対する無線周波数入力電力は５０ｋＷ（２５ｍＪ／サイクル）であり、１２ｋＷは抵抗によってコイル内の熱に変換され、３０ｋＷはプラズマの加熱にいって（１５ｍＪ／サイクル）、８ｋＷはどこかで損失してしまう。高い割合のスループット電力により、無線周波数アンプの使用が適切なものになる。
【００５８】
この無線周波数の入力電力は、中間集光点に１１５Ｗで１３．４５ｎｍのＥＵＶを伝達するのに十分である。１３．４５ｎｍのＥＵＶ放射に対する変換効率が１．５％の３０ｋＷの無線周波数プラズマの加熱によって、４６０Ｗで１３．４５ｎｍのＥＵＶが発生する。πｓｒの立体角で有効的に集められたＥＵＶによって、１１５Ｗで１３．４５ｎｍのＥＵＶが中間集光点に伝達される。１．５％との変換効率の予測は、以下のように正当化される。従来技術の１３．４５ｎｍのＥＵＶ源において、１％（キセノンに対して）と３％（スズに対して）という効率が報告されている。しかしながら、放射バースト後毎にプラズマが廃棄される従来技術の反復源と比較して、ここで説明した連続駆動プラズマ源においてはより大きな効率が予測される。これについては理由がいくつかある。第一に、準球形の衝撃圧縮と共鳴により、プラズマの並進エネルギーの損失が少ないこと。第二に、多価キセノンイオンの再利用により、複数のＥＵＶ放出サイクルに亘るイオン化のエネルギーコストが顕著に分散すること。最後に、電気回路により、サイクル毎に、プラズマからいくらかのエネルギーが戻されることである。
【００５９】
単一の放射源として用いられることに加えて、ここで説明した無電極放電型ＥＵＶ源を一つ以上の同様のＥＵＶ源と、単一の組み合わせＥＵＶ光源となるように組み合わせて、ＥＵＶ光を発生させるアレイ状の光源としてしてもよい。これは例えば、集積回路のリソグラフィに応用される。
【００６０】
ここでは開示された実施例と応用について説明してきたが、当業者であれば、本発明の概念から逸脱せずに、多くの変更や改良が可能であるということは明らかである。従って、添付した特許請求の範囲の精神以外によって、本開示が限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の開示する内容に従って設計された無電極光源の概略図である。
【図２】本発明の開示する内容に従って設計された無電極光源の機械的に集積された実施例のプラズマ近傍部を示す図である。
【図３】マイクロチャネル冷却手段を備えた本発明の構成要素のプラズマ近傍の３次元分解斜視図である。
【図４】物質投入部とデブリ排出部の概略を示す図２の縮小図である。
【図５】物質投入部とデブリ排出部の概略を示す図４の縮小図である。
【図６】反転分布とＥＵＶ光のレーザ発光用の追加のショートパルスレーザを備えて設計された無電極光源の概略図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  放射源物質投入ノズル
２  バッファガス投入フロー
４  磁場
５  高温高密度放射プラズマ
７  排出ポート
８ａ、８ｂ  シータピンチコイル
９ａ、９ｂ  ミラー磁場コイル
１０  放射出力
１１  ミラースロートプラズマ及びデブリ集積部
１２  ショートパルスレーザ
１３  プラズマ及び熱シールド
１４  絶縁体
１５  追加排出ポート
１６  冷却チャネル
１７  キャピラリー
【図１】
2008508729.tif 000003
【図２】
2008508729.tif 000004
【図３】
2008508729.tif 000005
【図４】
2008508729.tif 000006
【図５】
2008508729.tif 000007
【図６】
2008508729.tif 000008
【国際調査報告】
2008508729.tif 000009