(57)【要約】      （修正有）【課題】極端紫外光源において、極端紫外光エネルギーへの変換効率の向上と極端紫外光の出力増加を図ること。【解決手段】放電管１３に、光軸１に対して径方向に、放電空間１３１に通ずる放電ガスを供給するためのガス供給空間１３２が設けられる。放電ガス２５は、放電空間１３１内に供給され、陽極１１の中心孔を通って放電部の外側に出た後、排気口４から排気される。陽極１１および陰極１２はパルス電源３３と接続され、パルス電源３３から大電流パルスを出力することにより、放電管１３の放電空間１３１内部で放電プラズマが生成され、極端紫外光２が発生する。発生した極端紫外光２は陽極１１の貫通孔を通して放電構造体１０の外に放射される。放電ガスは放電空間１３１の光軸方向のぼぼ全域に亘って高い圧力で均一な分布し、また初期ガス圧の値自体も高くできるため、変換効率が向上し、極端紫外光の出力も大きくなる。【選択図】図１
2005190904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に放電空間を有する絶縁体と、当該絶縁体の一端側に配置された第１の電極と、当該絶縁体の他端側に配置された第２の電極とを有し、
前記放電空間に発光ガスを流入させ、前記第１、第２の電極にパルス電圧を印加して、前記放電空間内で発生した極端紫外光を、前記第１の電極側から放射させる極端紫外光源であって、
前記放電空間の一端側は前記第２の電極によって閉塞されており、
前記絶縁体内部には、前記放電空間に通じる放電ガスを供給するためのガス供給空間を有し、
前記ガス供給空間は、前記第１の電極側から放電空間の光軸方向中央を越えて前記第２の電極側に渡って、光軸に対して径方向に設けられていることを特徴とする極端紫外光源。
【請求項２】
内部に放電空間を有する絶縁体と、当該絶縁体の一端側に配置された第１の電極と、当該絶縁体の他端側に配置された第２の電極とを有し、
前記放電空間に発光ガスを流入させ、前記第１、第２の電極にパルス電圧を印加して、前記放電空間内で発生した極端紫外光を、前記第１の電極側から放射させる極端紫外光源であって、
前記放電空間の一端側は前記第２の電極によって閉塞されており、
前記絶縁体内部には、前記放電空間に通じる放電ガスを供給するためのガス供給空間を有し、
前記ガス供給空間は、放電空間の光軸方向中央よりも前記第１の電極側に、光軸に対して径方向に設けられていることを特徴とする極端紫外光源。
【請求項３】
内部に放電空間を有する絶縁体と、当該絶縁体の一端側に配置された第１の電極と、当該絶縁体の他端側に配置された第２の電極とを有し、
前記放電空間に発光ガスを流入させ、前記第１、第２の電極にパルス電圧を印加して、前記放電空間内で発生した極端紫外光を、前記第１の電極側から放射させる極端紫外光源であって、
前記放電空間の一端側は前記第2 の電極によって閉塞されており、
前記絶縁体内部には、前記放電空間に通じる放電ガスを供給するためのガス供給空間を有し、
前記ガス供給空間は、放電空間の光軸方向中央に、光軸に対して径方向に設けられていることを特徴とする極端紫外光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電によって生成された高温プラズマから極端紫外光を発生させる極端紫外光源に関し、例えば半導体リソグラフィ装置、生体分析、物質の構造解析などに利用される極端紫外光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体リソグラフィなどに用いられる、波長が１０〜１５ｎｍ程度の極端紫外光を発生させる光源として、例えば、特許文献１に示されているように、陽極と陰極との間の空間にキセノンガスなどの発光ガスを導入した後に、陽極と陰極との間に高エネルギーの電気パルスを印加して放電電流を流し、その際に発生する自己磁場によって電流をその中心軸に向かって収縮（ピンチ）させ、高温高密度のプラズマを生成して極端紫外光を発生させる、いわゆるＺピンチ方式の極端紫外光源が知られている。
また、特許文献２や特許文献３には、細孔を有する絶縁体（細管）の両端に陰極と陽極をそれぞれ配置し、これら電極間にパルス電圧を印加して、この際に流れる放電電流を細管の壁で閉じ込めることによって電流密度を上げ、高温プラズマを生成して極端紫外光を発生させる、いわゆる細管放電による方法が示されている。
上記の極端紫外光源は、いずれも放電によって生成する高温プラズマから極端紫外光を放射するもので、発生した極端紫外光は放電部から外に取り出され、例えば半導体リソグラフィ用の露光装置へと導かれ、利用に供される。
【０００３】
極端紫外光は物質に吸収されやすく、その進路に残留ガスなどが存在するとそれに吸収されて強度が低下してしまう。例えば、波長１３ｎｍの極端紫外光が、圧力１０Ｐａのキセノンガス中を１ｍ進むと、その強度は約５００分の１にまで低下してしまう。残留ガスの種類によって極端紫外光の減衰率は異なるが、極端紫外光の進路にあたる領域の残留ガス圧力ができるだけ低くなるように、例えばおよそ１Ｐａ以下になるように排気する必要がある。
従来技術においては、気密な容器の内部に放電部が配置され、陰極と陽極の間の空間（放電空間）の一方側から放電ガスを供給し、他方側から放電ガスが排出される。放電空間の外に排出された放電ガスは、残留ガスによる極端紫外光の減衰を極力抑えるためにポンプによって気密容器の外に排気される。
【０００４】
図４は従来技術による放電部構造の一例を示す。
図４において、１１は第１の電極（陽極）、１２は第２の電極（陰極）、１３は放電管であり、絶縁体である放電管１３を第１の電極１１と第２の電極とで挟むように配置し、第１の電極１１と第２の電極１２にはパルス電源３３に接続され、パルス電源３３から大電流パルスが供給される。
放電ガス２５は一方の電極１２の孔を通して放電管（絶縁体）１３に導入され、他方の電極１１の孔を通して排出される。このとき、放電が開始する前に放電空間に導入されている放電ガスの圧力（初期ガス圧）の光軸方向の分布は、図４の下側のグラフ中の曲線Ｃ１のようで、ガス供給側が高く、ガス排出側が低くなっていると考えられる。前述のように、極端紫外光の進行領域の残留ガス圧が低いほうが吸収による損失が少ないので、通常、極端紫外光はガス排出側から取り出され、利用に供される。
【特許文献１】特表２００２−５０７８３２号公報
【特許文献２】米国特許第６１８８０７６号明細書
【特許文献３】特表２００３−５１８３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図４の放電部構造において、初期ガス圧の放電空間内での光軸方向の勾配が大きいと、入力電気エネルギーから、所望する波長領域の極端紫外光エネルギーへの変換効率（以下、単に変換効率と記す）が低くなるという問題点が生ずる。放電に費やされる電気エネルギーが同一であっても、生成されるプラズマの温度と密度が異なれば、放射されやすい波長領域も異なる。
したがって、所望する波長の極端紫外光を効率よく得るためには、プラズマの温度と密度が適当なパラメータ範囲である必要がある。このパラメータ範囲内のプラズマが生成される領域が広いほど、必要な波長領域の光強度が強い極端紫外光が得られ、変換効率が高くなる。
ところが、初期ガス圧に勾配があり、初期ガス密度が空間的に不均一であると、放電によって加熱されたプラズマの温度と密度も空間的に不均一となり、最適なパラメータ範囲にあるプラズマの領域が狭くなる結果、変換効率の低下を招く。
【０００６】
初期ガス圧の勾配を小さくすればプラズマの均一性は向上するが、従来の放電部構造において、初期ガス圧の勾配を小さくするには供給するガスの流量を減らし、ガス供給側の圧力を下げざるを得ない。
なぜならば、上述のように、残留ガスによる極端紫外光の損失を防止するために、ガス排出側は実質的に真空排気される必要があり、ガス排出側の圧力を上げることによって初期ガス圧の勾配を小さくすることはできないからである。ガス供給側の圧力を下げると、初期ガス圧の光軸方向の分布は図４下側のグラフ中の曲線Ｃ２のようになり、勾配は小さくなるが圧力の値も全体的に小さくなるため、放電で生成されるプラズマの絶対的な密度が低くなり、必要な大きさの極端紫外光出力が得られないという問題点が生ずる。
以上のように、従来技術の放電部構造では、変換効率の向上と光出力の増加とを両立させることは困難である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、放電によって生成した高温プラズマから極端紫外光を発生させる極端紫外光源において、放電管内の初期ガス密度の空間的な均一化を図り、電気エネルギーから極端紫外光エネルギーへの変換効率の向上と極端紫外光の出力増加とを両立させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明においては、上記課題を次のように解決する。
（１）内部に放電空間を有する絶縁体と、当該絶縁体の一端側に配置された第１の電極と、当該絶縁体の他端側に配置された第２の電極とを有し、前記放電空間に発光ガスを流入させ、前記第１、第２の電極にパルス電圧を印加して、前記放電空間内で発生した極端紫外光を、前記第１の電極側から放射させる極端紫外光源において、前記放電空間の一端側を前記第２の電極によって閉塞し、前記絶縁体内部に、前記放電空間に通じる放電ガスを供給するためのガス供給空間を設ける。
そして、上記ガス供給空間を、前記第１の電極側から放電空間の光軸方向中央を越えて前記第２の電極側に渡って、光軸に対して径方向に設ける。
（２）上記構成の極端紫外光源において、前記ガス供給空間を、放電空間の光軸方向中央よりも前記第１の電極側に、光軸に対して径方向に設ける。
（３）上記構成の極端紫外光源において、前記ガス供給空間を、放電空間の光軸方向中央に、光軸に対して径方向に設ける。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高温プラズマから極端紫外光を発生させる極端紫外光源において、放電管内の初期ガス密度を空間的に均一化することができる。このため、電気エネルギーから極端紫外光エネルギーへの変換効率が高くすることができ、極端紫外光の出力が大きな極端紫外光源を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明の実施例に係わる極端紫外光源の説明図である。
真空排気が可能な容器３の中に、絶縁体である放電管１３を第１の電極である陽極１１と第２の電極である陰極１２とで挟むように配置した放電構造体１０が設けられている。  陽極１１および放電管１３は軸中心に貫通孔を有しており、これらの貫通孔の中心軸は一致して配置され、光軸１となる。なお、放電管１３の貫通孔は放電空間１３１である。  陰極１２には貫通孔はなく、放電管１３の放電空間１３１の陰極側端部は陰極１２によって閉塞される。放電管１３には、光軸１に対して径方向に、放電空間１３１に通ずる放電ガスを供給するためのガス供給空間１３２が設けられている。
この実施例では、ガス供給空間１３２は、第１の電極である陽極１１側から放電空間１３１の光軸方向中央Ｘを越えて第２の電極である陰極１２側に渡って、光軸１に対して径方向に設けられている。
【００１０】
放電ガス２５は、ガスボンベ２４からガス流量制御器２３を経て、放電ガス導入管２１および２２を通して放電管１３の放電空間１３１内に供給できるようになっている。供給された放電ガス２５は陽極１１の中心孔を通って放電部の外側に出た後、排気口４から排気され、容器３の内部は実質的に真空状態とされる。
陽極１１および陰極１２はそれぞれ陽極用電気導線３１および陰極用電気導線３２によってパルス電源３３と電気的に接続される。パルス電源３３から大電流パルスを出力することにより、放電管１３の放電空間１３１内部で放電プラズマが生成され、極端紫外光２が発生する。発生した極端紫外光２は陽極１１の貫通孔を通して放電構造体１０の外に放射され、例えば、リソグラフィ装置のウエハ露光光学系などへ導かれて利用に供される。    
【００１１】
図２（ａ）は放電構造体１０の断面図および光軸上の初期ガス圧分布を示す図であり、、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ矢示断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の光軸方向の初期ガス圧分布図である。
放電管１３は、軸方向に設けられた貫通孔を有し、これが放電空間１３１を形成する。放電空間１３１はガス供給空間１３２に通じており、図中の矢印で示すような経路で放電ガス２５が放電空間１３１に供給される。
図２（ｃ）に示すＱ１〜Ｑ５は、その上に示された図２（ａ）の放電管１３の光軸方向の位置に対応している。
放電空間１３１は光軸方向の位置Ｑ１とＱ４に相当し、放電プラズマはＱ１とＱ４の間に形成される。図２（ｃ）からわかるように、初期ガス圧は放電空間１３１の光軸方向のぼぼ全域に亘って、高い圧力で均一な分布をする。
【００１２】
上記のように、初期ガス圧の光軸方向の圧力勾配がほとんどないため、放電によって加熱されたプラズマの温度と密度が空間的に均一となり、最適なパラメータ範囲にあるプラズマの領域が広くなる結果、変換効率が向上する。
加えて、初期ガス圧の値自体も高くできるため、生成されるプラズマの絶対的な密度が高くなり、極端紫外光の出力も大きくなる。すなわち、変換効率の向上と光出力の増加との両立が可能となった。
なお、放電空間１３１において、光軸と垂直な方向（径方向）には初期ガス圧の分布が生ずるが、これは変換効率にはほとんど影響を与えない。なぜならば、放電時には、程度の差はあるが、ピンチ効果によってプラズマが光軸中心に向かって収縮するため、プラズマの密度は初期ガス圧の径方向の積分値に依存すると考えられるからである。
【００１３】
図３は、極端紫外光源の放電空間とガス供給空間の位置関係と、陽極１１および放電管１３の貫通孔におけるガス圧力を示すものである。
なお、図３（ａ）のグラフは、陽極１１の貫通孔の出口の圧力を０とした場合の貫通孔内のガス圧力を相対的に示すものである。
図３（ｂ）は、放電区間とガス供給空間の位置関係を複教変えた場合のパターン図である。なお、図３（ｂ）には、放電空間１３１と放電管１３、陽極１１、陰極１２の位置関係がわかる寸法を記入している。
図３（ａ）の横軸は、図３（ｂ）の光軸方向の位置に対応し、縦軸は貫通孔内のガス圧力の相対値である。また、図３（ａ）の一点鎖線は、図３（ｂ）の放電領域端を示し、一点鎖線の間の領域が放電空間域である。
【００１４】
図３（ａ）の曲線（１）〜（５）は、ガス供給空間１３２を図３（ｂ）のパターン（１）〜（５）のように配置した場合のそれぞれのガス圧分布を示したものである。
ガス供給空間１３２の配置に応じてガス圧分布は図３（ａ）の曲線（１）〜（５）に示すようになり、極端紫外光の変換効率は以下のようになる。
（１）曲線（１）
前記図１、図２に示した配置であり図３（ｂ）の（１）に示すように、ガス供給空間１３２を、第１の電極１１側から放電空間１３１の光軸方向中央を越えて第２の電極側１２に渡って配置した場合のガス圧分布を示す。
この場合は、図３（ａ）の曲線（１）に示すように、放電空間１３１の約半分の第２の電極側１２側において、ガス圧が均一で高い状態になっており、この領域が存在することにより、効率よく極端紫外光が取り出せる。                                        （２）曲線（２）
図３（ｂ）の（２）に示すように、ガス供給空間１３２を放電空間１３１の光軸方向より第１の電極１１側に配置した場合のガス圧分布を示す。
この場合は、図３（ａ）の曲線（２）に示すように、放電空間１３１内が高いガス圧状態で、ほぼ均一な圧力状態になっている。
（３）曲線（３）
図３（ｂ）の（３）に示すように、ガス供給空間１３２を放電空間１３１の光軸方向のほぼ中央に配置した場合のガス圧分布を示す。
この場合は、図３（ａ）の曲線（３）に示すように、放電空間１３１の約半分の第２の電極側１２側において、ガス圧が均一で高い状態になっており、この領域が存在することにより、効率よく極端紫外光が取り出せる。
【００１５】
（４）曲線（４）
図３（ｂ）の（４）に示すように、ガス供給空間１３２を放電空間１３１の光軸方向中央より第２の電極１２側に配置した場合のガス圧分布を示す。
この場合は、図３（ａ）の曲線（４）に示すように、従来のガス圧分布と同様、放電空間１３１内にガス圧が均一になる領域がなく、放電ガスの光変換効率が悪く、しかも所望の光が効率よくでない。
（５）曲線（５）
従来例であり、図３（ｂ）の（５）に示すように、ガス供給空間がなく、ガスが第２の電極１２から第１の電極１１側に向けてながれる。
この場合は、放電空間１３１内にガス圧が均一になる領域がなく、放電ガスの光変換効率が悪く、しかも所望の光が効率よくでない。
以上のように、ガス供給空間１３２を、少なくとも放電空間１３１の光軸方向中央より、第１の電極側１１側（極端紫外光取り出し側）に配置することにより、効率よく極端紫外光を取り出すことができるものと考えられる。
【００１６】
上記図１〜図３に示した実施例では、ガス導入空間１３２を光軸に対して、径方向に上下対称に設ける場合について示したが、ガス導入空間１３２を、径方向に、光軸を中心に放射状に複数（３以上）設けても同様の効果を得ることができる。
また、ガス導入空間１３２を一箇所のみに設けても同様の効果を期待することができる。例えば、図１〜図３においては、上側のみに、あるいは、下側のみにガス導入空間１３２を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例に係わる極端紫外光源の説明図である。
【図２】放電構造体の断面図および光軸上の初期ガス圧分布を示す図である。
【図３】極端紫外光源の放電空間とガス供給空間の位置関係と、陽極および放電管の貫通孔におけるガス圧力を示す図である。
【図４】従来技術による放電部構造の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１      光軸
２      極端紫外光
３      容器
４      排気口
１０    放電構造体
１１    第１の電極（陽極）
１２    第２の電極（陰極）
１３    放電管
１３１  放電空間
１３２  ガス供給空間
２１    放電ガス導入管
２２    放電ガス導入管
２３    ガス流量制御器
２４    ガスボンベ
２５    放電ガス
３１    陽極用電気導線
３２    陰極用電気導線
３３    パルス電源
【図１】
2005190904.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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