本発明は、極端紫外光（以下、単にＥＵＶ光ともいう）を放射させる極端紫外光光源装置（以下、単に、ＥＵＶ光源装置ともいう）に関する。 特に、次世代の半導体集積回路の露光用光源として期待される極端紫外光光源装置に関する。
半導体集積画路の微細化および高集積化が進むにつれて、その製造用の露光装置には解像度の向上が要求されている。 解像度を向上させるには、短波長の光を放射する露光用光源を使用することが一般的である。 短波長の光を放射する露光用光源としては、エキシマレーザ装置が使用されているが、それに代わる次世代の露光用光源として、特に波長１３．５ｎｍの極端紫外光を放射する極端紫外光光源装置の開発が進められている。
極端紫外光を発生させる方法の一つとして、極端紫外光放射源を含む放電ガスを加熱・励起することにより高密度高温プラズマを発生させ、このプラズマから放射させる極端紫外光を取出す方法がある。
このような方法を採用する極端紫外光光源装置は、高密度高温プラズマの生成方式により、ＬＰＰ（Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式と、ＤＰＰ（Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式とに大別される。 ＬＰＰ方式の極端紫外光光源装置は、極端紫外光放射を含む原料からなるターゲットに対してレーザー光を放射して、レーザアブレーションによって高密度高温プラズマを生成し、そこから放射される極端紫外光を利用するものである。
ＤＰＰ方式の極端紫外光光源装置は、極端紫外光放射源を含む放電ガスが供給された電極間に、高電圧を印加することで放電により高密度高温プラズマを生成し、そこから放射される極端紫外光を利用するものである。 このようなＤＰＰ方式の極端紫外光光源装置は、ＬＰＰ方式の極端紫外光光源装置に比して、光源装置を小型化することができ、さらに、光源システムの消費電力が小さいという利点があることから、実用化が期待されている。 上記した高密度高温プラズマを発生させる原料としては、１０価前後のＸｅ（キセノン）イオンが知られているが、より強い極端紫外光を放射させるための原料として、Ｌｉ（リチウム）イオン、Ｓｎ（スズ）イオンが注目されている。
例えば、Ｓｎは、高密度高温プラズマの発生に必要な電気入力と波長１３．５ｎｍの極端紫外光の放射強度との比で与えられる極端紫外光変換効率がＸｅよりも数倍大きいことから、大出力の極端紫外光を得るための放射源として期待されている。 例えば、特許文献１に示されるように、極端紫外光放射源として、例えばＳｎＨ 4 （スタナン）ガスを使用した極端紫外光光源装置の開発が進められている。
近年では、上記のＤＰＰ方式において、放電が発生する電極表面に供給された固体もしくは液体のＳｎやＬｉに対してレーザビーム等のエネルギービームを照射することにより気化し、その後、放電によって高温プラズマを生成する方法が非特許文献１に開示されている。 図１３は、非特許文献１に示すＥＵＶ光源装置を簡易的に説明するための図である。
ＥＵＶ光源装置は、一対の円板状の放電電極２ａ，２ｂが収容される放電部１ａと、ホイルトラップ４と集光反射鏡５とが収容されるＥＵＶ集光部１ｂと、ガス排気ユニット１ｃとを備えるチャンバ１を備えている。
放電部１ａには、一対の円盤状の放電電極２ａ、２ｂが配置されている。
一対の円盤状の電極２ａ，２ｂは、絶縁材２ｃを挟んで同図の紙面において上下に配置されている。
紙面の下方に位置する放電電極２ｂには、モータ２ｄの回転軸２ｅが取付けられている。 放電電極２ａ、２ｂは、摺動子２ｇ、２ｂを介してパルス電力供給部３に接続されている。
放電電極２ｂの周辺部には溝部２１ｂが設けられ、この溝部に、高温プラズマを発生させるための固体の原料Ｍ（ＬｉまたはＳｎ）が配置されている。 原料Ｍは、原料供給手段７から上記溝部２１ｂに供給される。 上記のＥＵＶ光源装置においては、放電電極２ｂの溝部２１ｂに配置された高温プラズマ用の原料に対し、エネルギービーム源１１とエネルギービーム源制御部１２とを備えるエネルギービーム照射機１０から、入射窓１ｅを介してレーザービーム等のエネルギービームが照射され、固体の原料が放電電極２ａと２ｂとの間で気化する。
この状態で、放電電極２ａと２ｂの間にパルス電力供給部３からパルス電力が供給され、放電電極２ａのエッジ部分と放電電極２ｂのエッジ部分との間で放電が発生し、ＥＵＶ光が放射される。
放射されたＥＵＶ光は、ホイルトラップ４を介してＥＵＶ集光部１ｂに入射し、集光反射鏡５によって、ＥＵＶ光源装置の集光点Ｐに集められ、ＥＵＶ光取出部１ｄから出射する。
特開２００４−２７９２４６号公報 「リソグラフィ用ＥＵＶ（極端紫外）光源研究の現状と将来展望」Ｊ. Ｐｌａｓｍａ Ｆｕｓｉｏｎ Ｒｅｓ. ２００３年３月, Ｖｏｌ. ７９. Ｎｏ. ３, Ｐ２１９−２６０
上述したＥＵＶ光源装置においては、半導体基板に対して所望の線幅のパターンを形成することのできる程度に十分な極端紫外光の出力を得ることができない、という実用化の面で課題を有している。
極端紫外光の出力を十分に得ることのできない理由は、定かではないが、例えば以下のように予想される。
従来のＥＵＶ光源装置においては、エネルギービームが照射されることによって気化した原料は、自由膨張することになる。 原料が自由膨張すると、原料が気化したことにより生成するガスの密度が低く、かつ、空間分布が広いことにより、一対の電極間に生成されるプラズマが大きくなる傾向にある。
そして、電極間に生成されるプラズマの空間的な広がりが大きいと、プラズマに流れる電流密度が低くなってプラズマが高温状態になることが阻害され、電離が阻害されてプラズマのイオン密度も低くなる。 さらに、空間的な広がりが大きくなることでプラズマによる自己吸収が増大する。
このように、気化した原料が自由膨張することで、空間的な広がりが大きいプラズマが生成すると、プラズマから放出される極端紫外光の出力が低下する要因となり得る。 以上のように従来のＥＵＶ光源装置は十分な極端紫外光出力を得ることができないといった問題を有していた。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明は、実用的に十分な極端紫外光の出力を確保することのできるＥＵＶ光源装置を提供することを目的とする。
電極上の原料にエネルギービームを照射して当該原料を気化させ、電極間に高電圧を印加することで放電により高密度高温プラズマを生成し、そこから放射される極端紫外光を放射させる極端紫外光光源装置において、本発明においては、原料に上記エネルギービームを照射して気化させる前に、電極上の原料のエネルギービーム照射面に凹所を形成しておく。
上記凹所に対してエネルギービームを照射することで、原料が気化するときに、原料の自由膨張が凹所の内壁面によって規制され指向性が高まる。 そのため、原料が気化することで生成するガスの密度が高いものとなると共に、狭い空間分布となるので、一対の放電電極間に生成するプラズマの空間的な広がりを従来のＥＵＶ光源装置よりも小さいものとすることができる。
このように、プラズマの空間的な広がりを小さくすることにより、プラズマに流れる電流の密度を大きくすることができ、プラズマを容易に高温状態にすることができ、プラズマのイオン密度が大きいものとなるとともに、プラズマの広がりを抑えることで、プラズマによる自己吸収が低減する。 このため、従来のＥＵＶ光源装置に比べＥＵＶ光の出力を高いものとすることができる。
上記凹所は、上記原料を気化させるためのエネルギービームを照射する前に、例えば上記電極上の原料に、上記エネルギービームとは独立にエネルギービームを照射して形成したり、棒状部材を原料に当接させることで形成することができる。
以上に基づき、本発明においては、次のようにして前記課題を解決する。
（１）互いに離間して配置される一対の放電電極と、前記放電電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段と、極端紫外光を放射させるための原料を前記放電電極上に供給する原料供給手段と、前記電極上の原料にエネルギービームを照射して当該原料を気化するエネルギービーム照射手段と、放電電極上に供給された原料に凹所を形成する手段と、制御部とを備える極端紫外光光源装置において、放電電極にパルス電力を供給することにより電極間電圧が立ちあがる前であって、かつ、前記エネルギービーム照射手段により電極上の原料にエネルギービームを照射する前に、上記凹所を形成する手段により、放電電極上に供給された原料に凹所を形成する。
（２）上記（１）において、上記原料を気化するエネルギービーム照射手段が上記凹所を形成するためのエネルギービーム照射手段を兼ねており、エネルギービームを照射して前記原料の表面に凹所を形成する。
（３）上記（１）（２）において、原料供給手段が前記原料の融液を充填した容器を備え、前記各放電電極が、回転しながら前記容器内に充填された原料融液を通過することで、原料を高密度高温プラズマを生成する箇所に供給する。
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）電極間電圧が立ちあがる前であって、エネルギービーム照射手段により電極上の原料にエネルギービームを照射して原料を気化する前に、電極上の原料に凹所を形成し、当該凹所に対して、エネルギービームが照射しているので、一対の放電電極間に生成するプラズマの空間的な広がりを従来のＥＵＶ光源装置よりも小さいものとすることができる。 このため、従来のＥＵＶ光源装置に比べＥＵＶ光の出力を高いものとすることができるものと期待される。
（２）電極上の原料に対して凹所を形成し、該凹所にエネルギービームを照射して原料を気化させているので、原料を電極外に配置し、当該原料にエネルギービームを照射して気化した原料を電極まで到達させる場合と比べ、気化した原料の広がりを小さくすることができる。 このため、原料を電極外に配置した場合に比べ、ＥＵＶ光の出力を高いものとすることができる。
（３）原料を気化するエネルギービーム照射手段と、凹所を形成するためのエネルギービーム照射手段を兼用することで、装置構成を簡単化することができる。
（１）第１の実施形態 図１は、本発明の第１の実施形態のＥＵＶ光源装置の概略構成を示す図である。
ＥＵＶ光源装置は、放電電極を収容する放電部１ａと、ホイルトラップ４と集光反射鏡５とを収容するＥＵＶ集光部１ｂとに区画され、ＥＵＶ光を露光装置に向けて出射するためのＥＵＶ取出部１ｄを有するチャンバ１を備える。
チャンバ１には、放電部１ａ、ＥＵＶ集光部１ｂを排気して、チャンバ１内を真空状態にするためのガス排気ユニット１ｃが設けられている。
一対の円板状の放電電極２ａ、２ｂは、絶縁部材２ｃを挟んで対向するよう配置され、各々の中心が同軸上に配置されている。
鉛直方向下方の放電電極２ｂは、モータ２ｄの回転軸２ｅが取付けられている。 回転軸２ｅは、放電電極２ａの中心と放電電極２ｂの中心とが回転軸２ｅの同軸上に位置している。 回転軸２ｅは、メカニカルシール２ｆを介してチャンバ１内に導入される。
メカニカルシール２ｆは、チャンバ１内の減圧雰囲気を維持しつつ、回転軸２ｅの回転を許容する。 放電電極２ｂの下方側には、例えばカーボンブラシ等で構成される摺動子２ｇおよび２ｈが設けられている。
摺動子２ｇは、放電電極２ｂに設けられた貫通孔を介して放電電極２ａと電気的に接続される。 摺動子２ｈは、放電電極２ｂと電気的に接続されている。
パルス電力供給部３は、摺動子２ｇ、２ｈを介して、それぞれ放電電極２ａ、２ｂにパルス電力を供給する。
円板状の放電電極２ａ，２ｂの周辺部は、エッジ形状に形成されている。
放電電極２ｂは、円環状の溝部２１ｂが回転軸２ｅに直交する平面の端部近傍に形成され、放電電極２ｂの近傍には、高温プラズマ生成用の原料Ｍを供給するための原料供給手段７が設けられる。
原料供給手段７から供給される高温プラズマ生成用の液体または固体の原料Ｍが当該溝部２１ｂの内部に配置される。 原料Ｍは、例えば、スズ（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）である。
鉛直方向上方の放電電極２ａの直径は、鉛直方向下方の放電電極２ｂの直径に比べて小さくなっている。 これによりエネルギービームを原料Ｍに対して上方から照射し易い。 パルス電力供給部３は、放電電極２ａ、２ｂ間に電力を供給する。 これにより、両電極のエッジ部分間には放電が発生する。
放電電極２ａ，２ｂは、タングステン、モリブデン、タンタルなどの高融点金属からなるので、放電電極２ａ，２ｂの周辺部が放電により高温となっても溶融することがない。 絶縁部材２ｃは、窒化珪素、窒化アルミニウム、ダイヤモンド等からなり、放電電極２ａと２ｂの間の絶縁が確保される。
チャンバ１には、原料Ｍに対してレーザービーム等のエネルギービームを照射して、原料Ｍを気化するためのエネルギービーム放射機１０が設けられている。
エネルギービーム照射機１０は、原料Ｍに対してエネルギービームＬＢ２を照射するエネルギービーム源１０１と、エネルギービーム源１０１の動作を制御するエネルギービーム源制御部１０２とを備える。 エネルギービーム源１０１から照射されたエネルギービームＬＢ２は、集光レンズ１０３によって集光され、窓部１ｅを透過して原料Ｍに対して照射される。 また、チャンバ１には、原料Ｍの表面に凹所を形成するために、エネルギービーム照射機１０と独立にエネルギービームＬＢ１を照射する凹所形成用エネルギ一ビーム照射機１１が設けられている。
凹所形成用エネルギービーム照射機１１は、原料Ｍに対してエネルギービームＬＢ１を照射するエネルギービーム源１１１と、エネルギービーム源１１１の動作を制御するエネルギービーム源制御部１１２とを備える。 エネルギービーム源１１１から照射されたエネルギービームＬＢ１は、集光レンズ１１３によって集光され、窓部１ｆを透過して原料Ｍに対して照射される。
なお、凹所形成用エネルギービーム照射機１１によるエネルギービームＬＢ１の照射は、エネルギービーム放射機１０によるエネルギービームＬＢ２の照射に先立って行われ、エネルギービームＬＢ１により形成された凹所にエネルギービームＬＢ２が照射される。 放電電極２ａ，２ｂは同図の矢印方向に回転しているので、エネルギービームＬＢ１の照射位置は、エネルギービーム放射機１０によるエネルギービームＬＢ２の照射位置より手前側であり、形成された凹所は放電電極２ａ，２ｂの回転によりエネルギービームＬＢ２の照射位置に移送される。
なお、エネルギービームＬＢ１の照射からエネルギービームＬＢ２の照射までの時間に対して、放電電極２ａ，２ｂの回転速度は遅いので、実際には、エネルギービームＬＢ１の照射位置とエネルギービームＬＢ２の照射位置は大きく変わらない。 図１では、エネルギービームＬＢ１の照射位置とエネルギービームＬＢ２の照射位置を、誇張して離して示している。 エネルギービーム源１０１および１１１としては、例えば、炭酸ガスレーザ源や、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ源、ＡｒＦレーザ、ＫｒＦレーザ等のエキシマレーザ源を用いることができる。 また、エネルギービーム源１０１および１１１として、レーザ源ではなく、イオンビーム、電子ビームを使用することもできる。 なお、以下では、エネルギービームがレーザービームであるとして説明する。 パルス電力供給手段であるパルス電力供給部３は、コンデンサと磁気スイッチとからなる磁気パルス圧縮回路部を介して、放電電極２ａおよび放電電極２ｂの間にパルス幅の短いパルス電力を印加する。
図１にパルス電力発生器の構成例を示す。 図１のパルス電力発生器は、可飽和リアクトルからなる２個の磁気スイッチＳＲ２、ＳＲ３を用いた２段の磁気パルス圧縮回路を有する。 コンデンサＣ１、第１の磁気スイッチＳＲ２、コンデンサＣ２、第２の磁気スイッチＳＲ３により２段の磁気パルス圧縮回路を構成している。
磁気スイッチＳＲ１は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子である固体スイッチＳＷでのスイッチングロスの低減用のものであり磁気アシストとも呼ばれる。 図１に従って回路の構成と動作を以下に説明する。 まず、充電器ＣＨの充電電圧が所定の値に調整され、主コンデンサＣ０が充電器ＣＨにより充電される。 このとき、ＩＧＢＴ等の固体スイッチＳＷはｏｆｆになっている。
主コンデンサＣ０の充電が完了し、固体スイッチＳＷがｏｎとなったとき、固体スイッチＳＷ両端にかかる電圧は主に磁気スイッチＳＲ１の両端にかかる。
磁気スイッチＳＲ１の両端にかかる主コンデンサＣ０の充電電圧Ｖ０の時間積分値が磁気スイッチＳＲ１の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ１が飽和して磁気スイッチが入り、主コンデンサＣ０、磁気スイッチＳＲ１、昇圧トランスＴｒ１の１次側、固体スイッチＳＷのループに電流が流れる。 同時に、昇圧トランスＴｒ１の２次側、コンデンサＣ１のループに電流が流れ、主コンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ１に充電される。 この後、コンデンサＣ１における電圧Ｖ１の時間積分値が磁気スイッチＳＲ２の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ２が飽和して磁気スイッチが入り、コンデンサＣ１、磁気スイッチＳＲ２、コンデンサＣ２のループに電流が流れ、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷が移行してコンデンサＣ２が充電される。
さらにこの後、コンデンサＣ２における電圧Ｖ２の時間積分値が磁気スイッチＳＲ３の特性で決まる限界値に達すると、磁気スイッチＳＲ３が飽和して磁気スイッチが入り、放電電極２ａと放電電極２ｂとの間に高電圧パルスが印加される。
ここで、磁気スイッチＳＲ２、ＳＲ３及びコンデンサＣ１、Ｃ２で構成される各段の容量移行型回路のインダクタンスを後段に行くにつれて小さくなるように設定することにより、各段を流れる電流パルスのパルス幅が順次狭くなるようなパルス圧縮動作が行われ、放電電極２ａと放電電極２ｂとの間において短パルスの強い放電を実現することが可能となり、プラズマへの入力パワーも大きくなる。 ホイルトラップ４は、隔壁４ａによってチャンバ１のＥＵＶ集光部１ｂに固定される。 ホイルトラップ４は、放電電極を構成する物質および高温プラズマ発生用の原料Ｍを主にして発生するデブリが集光反射鏡５に向けて飛散することを抑制する。
ホイルトラップ４は、放射状に伸びる複数の薄板により仕切られる複数の狭い空間が形成されている。
ＥＵＶ集光部１ｂに配置された集光反射鏡５は、高温プラズマから放射された波長１３．５ｍｍのＥＵＶ光を反射するための光反射面５ａが形成されている。
集光反射鏡５は、互いに接触することなく入れ子状に配置された複数の光反射面５ａにより構成されている。
各光反射面５ａは、Ｎｉ（ニッケル）などからなる平滑面を有する基体材料の反射面倒に、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｒｈ（ロジウム）などの金属を緻密にコーティングすることにより、０〜２５°の射入射角度の極端紫外光を良好に反射するように形成されている。
各光反射面５ａは、高温プラズマから放射されたＥＵＶ光を、集光点Ｐに集めるように構成される。 制御部６は、エネルギービーム照射機１０および１１から照射されるレーザービームの照射タイミング、並びに、パルス電力供給部３から放電電極２ａ，２ｂへのパルス電力の供給タイミングに関し、以下のように、エネルギービーム照射機１０，１１とパルス電力供給部３とを制御する。
すなわち、放電電極２ａ，２ｂにパルス電力を供給することにより電極間電圧が立ちあがる前であって、かつ、前記エネルギービーム照射機１０により電極上の原料にエネルギービームを照射する前に、エネルギービーム照射機１１からレーザービームを照射し、放電電極上に供給された原料に凹所を形成する。 図２は、図１の極端紫外光光源装置の部分説明図である。 図３は、エネルギービーム（レーザービーム）の照射タイミング、パルス電力の供給タイミング、およびＥＵＶ光の発生を示したタイムチャートであり、（ａ）は第１のレーザビームＬＢ１の照射タイミング、（ｂ）はスイッチＳＷをオンとするタイミング、（ｃ）はコンデンサＣ２の電圧、（ｄ）は第２のレーザビームＬＢ２の照射タイミング、（ｅ）は電極間に流れる放電電流、（ｆ）はＥＵＶ光の放射タイミングである。
図１の極端紫外光光源装置は、レーザービームの照射によって原料の表面に凹所が形成されることを特徴とし、具体的には制御部６により、以下の手順１〜３を実行する。
＜手順１＞
制御部６は、時刻Ｔ１において、エネルギービーム源制御部１１２に信号を送り、図２（ａ）に示すように、エネルギービーム源１１１から第１のレーザービームＬＢ１を放電電極２ｂ上に供給された原料Ｍの表面に照射させる（図３（ａ））。 原料Ｍの表面には、図２（ｂ）のように、第１のレーザービームが照射されて、凹所ＭＡが形成される。 ＜手順２＞
制御部６は、図３のように、時刻Ｔ２においてスイッチＳＷ（ＩＧＢＴ）をＯＮする（図３（ｂ））。 時刻Ｔ２は、時刻Ｔ１から所定時間が経過した後である。
スイッチＳＷがＯＮになると、磁気スイッチＳＲ１〜ＳＲ３に基づく遅れ時間後、放電電極２ａ，２ｂ間の電圧が立ち上がり、時間△ｔｄ後に、コンデンサＣ２の電圧が閾値Ｖｐに到達する（図３（ｃ））。
閾値Ｖｐは、放電が発生したときに流れる放電電流の値が閾値Ｉｐ以上となる場合の電圧値である。 閾値Ｉｐは、所望のＥＵＶ光強度を放射する高温プラズマを作るために必要とされる放電電流値の下限値である。 ＜手順３＞
スイッチＳＷをＯＮにしてから、コンデンサＣ２の電圧が立ち上がるまでの時間を△ｔｄとすると、制御部６は、図３に示すように、コンデンサＣ２の電圧が閾値Ｖｐに到達した時点以降の時点Ｔ３（Ｔ３≧Ｔ２＋△ｔｄ）において、エネルギービーム源制御部１０２に信号を送り、エネルギービーム源１０１から第２のレーザービームを照射させる。 これにより、図２（ｃ）に示すように、手順１で原料Ｍの表面に形成された凹所ＭＡに第２のレーザービームＬＢ２が照射され、原料Ｍが気化される（図３（ｄ））。
手順３で気化した原料は、原料Ｍ表面の法線方向を中心として３次元方向に広がって、原料Ｍが設けられた放電電極２ｂに対向する放電電極２ａに到達する。 第２のレーザビームを照射してから、気化した原料が放電電極２ａに到達するまでの時間を△ｔｉとすると、時点Ｔ４（Ｔ３＋△ｔｉ）で、放電電極２ａ，２ｂの周縁のエッジ部分間で放電が開始される。 これにより、放電電極２ａ，２ｂ間にプラズマが生成されるとともに、当該プラズマが放電電極２ａ，２ｂ間に流れる放電電流によって加熱される（図３（ｅ））。
プラズマがパルス状の放電電流により加熱されて高温になると、この高温プラズマから波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光が放射される（図３（ｆ））。
なお、上記では、手順２でスイッチＳＷ（ＩＧＢＴ）をＯＮにした後に、手順３でエネルギービーム源１０１から第２のレーザービームを照射しているが、例えば、パルス電力供給部３の遅れが小さいため前記△ｔｄが小さく、また、電極間距離が大きいため気化した原料が放電電極２ａに到達するまでの時間△ｔｉが大きく、△ｔｄ＜△ｔｉの場合、上記手順２と手順３の順序を逆にしてもよい。 本発明のＥＵＶ光源装置は、原料Ｍの表面に形成された凹所に第２のレーザービームを照射して原料を気化させているため、ＥＵＶ光の強度を向上させることができる。
しかも、電極間電圧が立ちあがる前であって、かつ、前記エネルギービーム照射手段により電極上の原料にエネルギービームを照射する前に、上記凹所を形成する手段により、放電電極上に供給された原料に凹所を形成しているので、凹所を形成するときに気化した原料によって放電電極２ａ，２ｂ間に放電が開始する惧れが無い。
言い換えると、放電電極２ａ，２ｂにパルス電力を供給した後に、凹所を形成するために第１のレーザビームを原料に照射すると、凹所を形成するときに気化した原料Ｍによって放電電極２ａと２ｂの間で放電を開始してしまう場合があり、適切なタイミングで放電が開始させることができない。 このような不具合を生じさせないために上記のように実行することが重要である。 なお、図１および図２の実施形態では、原料Ｍの表面に凹所ＭＡを形成するための凹所形成用エネルギービーム照射機と、原料Ｍに形成された凹所ＭＡにエネルギービームを照射して原料Ｍを気化させるための原料気化用のエネルギービーム照射機との双方を備えている。
しかし、本発明では、必ずしも独立した２以上のエネルギービーム照射機を使用することは必須ではなく、例えば、エネルギービーム照射機１０のみを使用して上記の手順１および手順３を実行してもよい。
図４に、１つのエネルギービーム照射機を備える極端紫外光光源装置の構成例を示す。 図４に示したものは、エネルギービーム照射機１０のみが設けられ、エネルギービーム照射機１１が省略されている以外、前記図１に示したものと同様の構成を有し、エネルギービーム照射機１０の使い方を除き、その動作も図１に示したものと同様である。
図４においては、前記手順１で、エネルギービーム照射機１０から第１のレーザービームを原料Ｍの表面に照射して凹所を形成して、前記したように手順２を行い、ついで、手順３で、コンデンサＣ２の電圧が閾値Ｖｐに到達した時点以降の時点Ｔ３において、エネルギービーム源１０から第２のレーザービームを、原料Ｍの表面に形成された凹所に照射して原料Ｍを気化させる。
気化した原料は、放電電極２ｂに対向する放電電極２ａに到達し、放電電極２ａ，２ｂの周縁のエッジ部分間で放電が開始されプラズマが生成されるとともに、ＥＵＶ光が発生する。 （２）第２の実施形態 図５は、本発明のＥＵＶ光源装置の第２の実施形態の概略構成を示す上面図、図６は、本発明のＥＵＶ光源装置の第２の実施形態の概略構成を示す正面図である。
同図に示すＥＵＶ光源装置は、放電容器であるチャンバ５１を有する。 チャンバ５１は、隔壁５４ａにより、一対の放電電極５２ａ、５２ｂが収容される放電空間５１ａと、集光反射鏡５５が収容されるＥＵＶ集光空間５１ｂとに区画され、ＥＵＶ光を露光装置に向けて出射するためのＥＵＶ取出部５１ｄを備えている。 チャンバ５１には、チャンバ５１内を真空状態にするためのガス排気ユニット５１ｃが設けられている。
放電空間５１ａには、各々独立に回転する一対の放電電極５２ａ，５２ｂが互いに離間して配置されている。 放電電極５２ａ，５２ｂは、原料Ｍを加熱して励起するための加熱励起手段である。
ＥＵＶ集光空間５１ｂには、一対の放電電極間に形成される高温プラズマから出射されるＥＵＶ光を集光するための集光反射鏡５５が配置されている。 放電電極５２ａ，５２ｂは、例えば、モリブデン、タングステン、タンタル等の高融点金属で構成され、互いに離間した状態で対向して配置されている。 放電電極５２ａ，５２ｂのうち一方が接地側電極であり、他方が高電圧側電極である。
放電電極５２ａ，５２ｂは、各放電電極表面を含む仮想平面が交差するように各放電電極を配置することが好ましい。 このように放電電極５２ａ，５２ｂを配置すれば、両電極５２ａ，５２ｂの周縁部のエッジ部分間距離が最短になる部分（放電領域）において多くの放電が発生するので、放電位置が安定する。
なお、放電電極５２ａ，５２ｂは、集光反射鏡５５に近付くに従って次第に接近するように配置されることが好ましい。 このように配置した場合は、一対の放電電極５２ａ，５２ｂ間の放電領域と集光反射鏡５５との距離が近くなるため、極端紫外光を効率良く集光させることができる。 図５、６に示すＥＵＶ光源装置の放電電極５２ａ，５２ｂは、円板形状を有し、制御部５６によって互いに独立して回転するよう制御される。 放電電極５２ａ，５２ｂを放電時に回転させることにより、両電極間に発生する高温プラズマの位置はパルス毎に変化するので、放電電極５２ａ，５２ｂが受ける熱的負荷が小さくなる。 そのため、放電電極５２ａ，５２ｂの使用寿命を長くすることができる。
放電電極５２ａ，５２ｂは、モータ５２ｄの回転軸５２ｅが各々の略中心部分に取付けられている。 各回転軸５２ｅは、メカニカルシール５２ｆを介してチャンバ５１の内部に導入されている。 メカニカルシール５２ｆは、チャンバ５１内の減圧雰囲気を維持しつつ、回転軸５２ｅの回転を許容する。 図５および図６に示すホイルトラップ５４と集光反射鏡５５は、それぞれ第１の実施形態のＥＵＶ光源装置のホイルトラップ４と集光反射鏡５と同じ構成である。 ホイルトラップ５４は、隔壁５４ａによってチャンバ５１のＥＵＶ集光部５１ｂに固定される。 集光反射鏡５５は、互いに接触することなく入れ子状に配置された複数の光反射面５５ａにより構成される。
図５、６に示すＥＵＶ光源装置は、原料Ｍの融液が充填されたコンテナ５７ａ、５７ｂを備える。 原料Ｍは、導電性物質の融液で構成され、例えばスズの融液である。 放電電極５２ａ，５２ｂは、それぞれコンテナ５７ａ，５７ｂに充填された原料Ｍの融液中を通過するように配置される。 つまり、放電電極５２ａ，５２ｂは、放電時に回転してそれぞれコンテナ５７ａ，５７ｂに充填された原料Ｍに浸されることにより、その表面に原料Ｍが塗布される。 なお、図示は省略しているが、コンテナ５７ａ，５７ｂは、原料Ｍを溶融した状態に維持するための温度調節手段が設けられている。 また、コンテナ５７ａ，５７ｂは、パルス電力供給部５３に電気的に接続されている。 コンテナ５７ａ，５７ｂは、電力導入部５８ａ，５８ｂを介してパルス電力供給部５３に電気的に接続される。 電力導入部５８ａ，５８ｂは、絶縁性を備えてチャンバ５１内の減圧雰囲気を維持する。 パルス電力供給部５３は、それぞれコンテナ５７ａ，５７ｂ内に充填された原料Ｍの融液を介して放電電極５２ａ，５２ｂにパルス電力を印加する。 図５および図６のＥＵＶ光源装置は、高温のプラズマを発生させる原料Ｍと放電領域の所定の地点とにレーザビームを照射するエネルギービーム照射機６０を備える。 エネルギービーム照射機６０は、エネルギービーム源６０１と、エネルギービーム源６０１の動作を制御するエネルギービーム源制御部６０２とで構成される。
エネルギービーム源６０１から照射されたレーザビームは、集光レンズ６０３によって集光され、窓部５１ｅを透過して放電電極５２ａの周縁部に対して照射される。 原料Ｍは、レーザービームによって放電電極５２ａと５２ｂとの間において気化する。
また、チャンバ５１には、原料Ｍの表面に凹所を形成するために、エネルギービーム照射機６０と独立にエネルギービームを照射する凹所形成用エネルギービーム照射機６１が設けられている。
凹所形成用エネルギービーム照射機６１は、原料Ｍに対してエネルギービームを照射するエネルギービーム源６１１と、エネルギービーム源６１１の動作を制御するエネルギービーム源制御部６１２とを備える。 エネルギービーム源６１１から照射されたレーザビームは、集光レンズ６１３によって集光され、窓部５１ｆを透過して原料Ｍに対して照射される。 レーザビームを放出するエネルギービーム源６０１，６１１としては、例えば、炭酸ガスレーザ源や、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ源、ＡｒＦレーザ、ＫｒＦレーザ等のエキシマレーザ源である。 また、エネルギービーム源６０１，６１１として、レーザ源ではなく、イオンビーム、電子ビームを使用することもできる。
パルス電力供給部５３は、図１の極端紫外光光源装置のものと同様に、可飽和リアクトルからなる２個の磁気スイッチＳＲ２、ＳＲ３を用いた２段の磁気パルス圧縮回路を有する。 コンデンサＣ１、第１の磁気スイッチＳＲ２、コンデンサＣ２、第２の磁気スイッチＳＲ３により２段の磁気パルス圧縮回路を構成している。
制御部５６は、エネルギービーム照射機６０および６１から照射されるレーザービームの照射タイミング、並びに、パルス電力供給部５３から放電電極５２ａ，５２ｂへのパルス電力の供給タイミングに関し、前記した手順１ないし３が以下の順番どおりに実行されるように、エネルギービーム照射機６０，６１とパルス電力供給部５３とを制御する。
すなわち、前記したように、電極間電圧が立ちあがる前であって、かつ、前記エネルギービーム照射機６０により電極上の原料にエネルギービームを照射する前に、エネルギービーム照射機６１からレーザービームを照射し、放電電極上に供給された原料に凹所を形成する。 図７は、図５および図６のＥＵＶ光源装置の部分説明図を示す。 図７を用いて、上記の手順１ないし３について具体的に説明する。
放電電極５２ａの周縁部には、放電電極５２ａがコンテナ５７ａ中に充填された原料Ｍの融液を通過することにより原料Ｍが付着する。 放電電極５２ａの周縁部に付着した原料Ｍは、固体状態になっている。
＜手順１＞
図７に示すように、エネルギービーム源６１１から放出される第１のレーザービームが、放電電極５２ａの周縁部に付着した原料Ｍのエネルギービーム照射面に対して照射される。 第１のレーザービームが照射された原料Ｍのエネルギービーム照射面には、凹所ＭＡが形成される。
＜手順２＞
前述した図３のタイムチャートの（ｂ）に示すようにパルス電力供給部３のスイッチＳＷをＯＮする。
＜手順３＞
前述した図３のタイムチャートの（ｃ）（ｄ）に示すようにコンデンサＣ２の電圧が閾値Ｖｐを超えた後に、エネルギービーム源６０１から放出される第２のレーザービームを原料Ｍの凹所ＭＡに照射する。
手順３で気化した原料は、前記したように放電電極５２ａに対向する放電電極５２ｂに到達し、放電電極５２ａ，５２ｂの周縁のエッジ部分間で放電が開始し、プラズマが加熱されて高温になり、この高温プラズマから波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光が放射される。 図７に示すように、エネルギービーム源６０１から照射される第２のレーザービームが到達する原料Ｍのエリアは、エネルギービーム源６１１から照射される第１のレーザービームが到達する原料Ｍのエリアから離れている。 これは、放電電極５２ａが所定の速度で円周方向に回転することに伴って放電電極５２ａの周縁部に付着した原料Ｍに形成された凹所ＭＡも円周方向に移動するので、エネルギービーム源６１１から放出されるレーザービームが、放電電極５２ａに塗布された原料Ｍに形成された凹所ＭＡに照射されるようにするためである。
なお、第１のレーザービームの照射から、第２のレーザービームの照射までの時間に対して、放電電極５２ａ，５２ｂの回転速度は遅いので、実際には、第１のレーザービームの照射位置と第２のレーザービームの照射位置は大きく変わらず、図７では、第１、第２のレーザービームＬＢ１，ＬＢ２の照射位置を誇張して離して示している。 上記の図５ないし図７の極端紫外光光源装置は、原料Ｍの表面に凹所ＭＡを形成するために、エネルギービーム照射機６０と独立にエネルギービームを照射する凹所形成用エネルギービーム照射機６１を備える。
しかし、前記したように、本発明の極端紫外光光源装置は、必ずしも２つのエネルギービーム照射機を備える必要はない。 例えば、エネルギービーム照射機６０のみによって、原料Ｍの表面に凹所ＭＡを形成する手順（上記の手順１）と、凹所ＭＡにエネルギービームを照射する手順（上記の手順３）とを実行するようにしても良い。 図８は、図５および図６のＥＵＶ光源装置に係る凹所形成手段の他の例について鋭明するための部分説明図を示す。
図８に示すＥＵＶ光源装置は、放電電極５２ａが回転駆動され、コンテナ５７ａに充填された原料Ｍの融液中を通過して、放電電極５２ａの周縁部に原料Ｍが固体状態で付着する。
凹所形成手段８５は、所定の手段により固定された金属製の棒状部材よりなり、放電電極５２ａの周縁部に付着した原料Ｍに当接する先端が鋭利に形成された尖頭部８６を有している。 凹所形成手段８５は、図５に示した制御部５６によって、放電電極５２ａの接線方向に対し直交する方向に進退するように制御される。 すなわち、凹所形成手段８５は、尖頭部８６が放電電極５２ａの周縁部に付着した原料Ｍに当接する動作と、尖頭部８６が放電電極５２ａの周縁部に付着した原料Ｍから退避する動作とを交互に繰り返す。 図８のＥＵＶ光源装置は、図５，６の極端紫外光光源装置が備える制御部５６により、具体的には次のようにして前述の手順１ないし３が実行される。
＜手順１＞
制御部５６は、凹所形成手段８５を駆動して尖頭部８６を回転状態の放電電極５２ａに接近させ、尖頭部８６を放電電極５２ａの周縁部に付着した原料Ｍの表面に当接させる。 原料Ｍの表面には、放電電極５２ａの円周方向に互いに離間する複数の穴状の凹所ＭＡが形成される。
＜手順２＞
前述した図３のタイムチャートの（ｂ）に示すようにパルス電力供給部３のスイッチＳＷをＯＮする。
＜手順３＞
制御部５６は、前述した図３のタイムチャートの（ｃ）（ｄ）に示すようにコンデンサＣ２の電圧が閾値Ｖｐを超えた後に、エネルギービーム源制御部６０２に信号を送りエネルギービーム源６０１を駆動して第２のレーザービームを原料Ｍの凹所ＭＡに照射する。 手順３で気化した原料は、前記したように放電電極５２ａに対向する放電電極５２ｂに到達し、放電電極５２ａ，５２ｂの周縁のエッジ部分間で放電が開始し、プラズマが加熱されて高温になり、この高温プラズマから波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光が放射される。 図９は、図５および図６のＥＵＶ光源装置に係る凹所形成手段の他の例について説明するための部分説明図を示す。
図９のＥＵＶ光源装置は、放電電極５２ａが制御部５６により回転駆動され、コンテナ５７ａに充填された原料Ｍの融液中を通過して、放電電極５２ａの周縁部に原料Ｍが固体状態で付着する。
凹所形成手段９５は、図９に示すように、所定の手段により固定された金属製の棒状部材よりなるもので、放電電極５２ａの周縁部に付着した原料Ｍに当接する尖頭部９６を有する。 図９のＥＵＶ光源装置は、図５、６の極端紫外光光源装置が備える制御部５６により、具体的には次のようにして前述の手順１ないし３が実行される。
＜手順１＞
制御部５６は、凹所形成手段９５を駆動して尖頭部９６を回転状態の放電電極５２ａに接近させ、尖頭部９６を放電電極５２ａの周縁部に付着した原料Ｍに当接させる。 原料Ｍの表面には、放電電極５２ａの周方向に伸びる溝状の凹所ＭＡが形成される。
＜手順２＞
前述した図３のタイムチャートの（ｂ）に示すようにパルス電力供給部３のスイッチＳＷをＯＮする。
＜手順３＞
制御部５６は、前述した図３のタイムチャートの（ｃ）（ｄ）に示すようにコンデンサＣ２の電圧が閾値Ｖｐを超えた後に、エネルギービーム源制御部６０２に信号を送りエネルギービーム源６０１を駆動して第２のレーザービームを原料Ｍの凹所ＭＡに照射する。 手順３で気化した原料は、前記したように放電電極５２ａに対向する放電電極５２ｂに到達し、放電電極５２ａ，５２ｂの周縁のエッジ部分間で放電が開始し、プラズマが加熱されて高温になり、この高温プラズマから波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光が放射される。 図１０は、図５および図６のＥＵＶ光源装置に係る凹所形成手段の他の例について説明するための部分説明図を示す。 なお、図１０（ｂ）は、放電電極５２ａ断面図を示す。
図１０のＥＵＶ光源装置は、放電電極５２ａの周縁部の全周にわたって溝部５２１ａが形成されているとともに、放電電極５２ａの溝部５２１ａに沿って付着した原料Ｍに当接する尖頭部１０６を有した凹所形成手段１０５を備える。 凹所形成手段１０５は、円周方向に回転する放電電極５２ａに対して不動状態とされる。
図１０のＥＵＶ光源装置は、図５，６の極端紫外光光源装置が備える制御部５６により、具体的には次のようにして前述の手順１ないし３が実行される。
＜手順１＞
制御部５６は、凹所形成手段１０５を駆動して尖頭部１０６を回転状態の放電電極５２ａに接近させ、尖頭部１０６を放電電極５２ａの溝部５２１ａに沿って付着した原料Ｍに当接させる。 原料Ｍの表面には、放電電極５２ａの周方向に伸びる帯状の凹所ＭＡが形成される。 ＜手順２＞
前述した図３のタイムチャートの（ｂ）に示すようにパルス電力供給部３のスイッチＳＷをＯＮする。
＜手順３＞
制御部５６は、前述した図３のタイムチャートの（ｃ）（ｄ）に従い、コンデンサＣ２の電圧が閾値Ｖｐを超えた後に、エネルギービーム源制御部６０２に信号を送りエネルギービーム源６０１を駆動して第２のレーザービームを原料Ｍの凹所ＭＡに照射する。
手順３で気化した原料は、前記したように放電電極５２ａに対向する放電電極５２ｂに到達し、放電電極５２ａ，５２ｂの周縁のエッジ部分間で放電が開始し、プラズマが加熱されて高温になり、この高温プラズマから波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光が放射される。
なお、上記第２の実施形態においても、前述したように、例えば、パルス電力供給部３の遅れが小さいため前記△ｔｄが小さく、また、電極間距離が大きいため気化した原料が放電電極２ａに到達するまでの時間△ｔｉ大きく、△ｔｄ＜△ｔｉの場合、上記手順２と手順３の順序を逆にしてもよい。 以上の本発明のＥＵＶ光源装置の第１の実施形態および第２の実施形態においては、原料のエネルギービーム照射面に凹所が形成されており、当該凹所に対してエネルギービームが照射されるため、従来のＥＵＶ光源装置に比べＥＵＶ光の出力を高いものとすることができる。 その理由は、次のように考えられる。 以下、図１１、図１２を参照して説明する。
図１１は、原料のエネルギービーム照射面に凹所が形成されていない場合（同図ａ）と、凹所が形成されている場合（同図ｂ）の、初期放電プラズマの生成状態の違いを説明する図である。
図１１（ａ）に示すように、原料のエネルギービーム照射面に凹所が形成されていない場合には、レーザビームを原料Ｍに照射したとき、初期放電プラズマは広がってしまい、生成するプラズマの密度が低くなる。 このため、放電によりプラズマが加熱されても、ＥＵＶ光の発生に寄与するプラズマの量は少なくなり、弱いＥＵＶ光しか得られないものと考えられる。 これに対し、図１１（ｂ）に示すように、原料のエネルギービーム照射面に凹所が形成されている場合には、エネルギービームが照射されて原料が気化するときに、原料の自由膨張が凹所の内壁面によって規制されるので、横方向の広がりが低減し、指向性が高まる。 そのため、原料が気化することで生成するガスの密度が高いものとなると共に、狭い空間分布となるので、一対の放電電極間に生成するプラズマの空間的な広がりを従来のＥＵＶ光源装置よりも小さいものとすることができる。
このように、放電電極間に生成したプラズマの空間的な広がりを小さくすることにより、プラズマに流れる電流の密度を大きくすることができるので、プラズマを容易に高温状態にすることができ、電離が促進されてプラズマのイオン密度が大きいものとなる。 さらに、プラズマの広がりを抑えることで、プラズマによる自己吸収が低減する。 よって、ＥＵＶ光の出力を従来のＥＵＶ光源装置よりも高いものとすることができる。
また、図１２は凹所が無い場合と、凹所がある場合におけるレーザアブレーションプラズマの可視光像を示す図である。
凹所が無い場合には、同図（ａ）に示すようにプラズマは空間的に広がるが、凹所を設けることにより、同図（ｂ）に示すようにプラズマの広がりを小さくすることができ、プラズマに流れる電流の密度を大きくすることができる。
本発明の第１の実施形態のＥＵＶ光源装置の概略構成を示す図である。 図１の極端紫外光光源装置の部分説明図である。 エネルギービームの照射タイミング、パルス電力の供給タイミング、およびＥＵＶ光の発生を示したタイムチャートである。 １つのエネルギービーム照射機を備えたＥＵＶ光源装置の構成例を示す図である。 本発明のＥＵＶ光源装置の第２の実施形態の概略構成を示す図（上面図）である。 本発明のＥＵＶ光源装置の第２の実施形態の概略構成を示す図（正面図）である。 図５および図６のＥＵＶ光源装置の部分説明図である。 図５および図６のＥＵＶ光源装置に係る凹所形成手段の他の例を示す図（１）である。 図５および図６のＥＵＶ光源装置に係る凹所形成手段の他の例を示す図（２）である。 図５および図６のＥＵＶ光源装置に係る凹所形成手段の他の例を示す図（３）である。 凹所が形成されていない場合と、凹所が形成されている場合の、初期放電プラズマの生成状態の違いを説明する図である。 凹所が無い場合と、凹所がある場合におけるレーザアブレーションプラズマの可視光像を示す図である。 ＥＵＶ光源装置を簡易的に説明するための図である。 符号の説明 １、５１ チャンバ １ａ 放電部 １ｂ ＥＵＶ集光部 １ｃ、５１ｃ ガス排気ユニット １ｄ、５１ｄ ＥＵＶ取出部 ２ａ、２ｂ、５２ａ、５２ｂ 放電電極 ２ｃ 絶縁部材 ２ｄ、５２ｄ モータ ２ｅ、５２ｅ 回転軸 ２ｆ、５２ｆ メカニカルシール ２ｇ，２ｈ 摺動子 ２１ｂ 溝部 ３、５３ パルス電力供給部 ４、５４ ホイルトラップ ５、５５ 集光反射鏡 ５１ａ 放電空間 ５１ｂ 集光空間 ５７ａ、５７ｂ コンテナ ５８ａ、５８ｂ 電力導入部 ６、５６ 制御部 ６０、６１ エネルギービーム照射機 ７ 原料供給手段 ８５、９５、１０５ 凹所形成手段 １０、１１ エネルギービーム照射機 １０１、１１１ エネルギービーム源 ６０１、６１１ エネルギービーム源 １０２、１１２ エネルギービーム源制御部 ６０２、６１２ エネルギービーム源制御部 ＳＲ２、ＳＲ３ 磁気スイッチ Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ ＳＲ１ 磁気スイッチ（磁気アシスト）
ＣＨ 充電器 Ｃ０ 主コンデンサ ＳＷ 固体スイッチ Ｔｒ１ 昇圧トランス Ｍ 原料 |
