ターゲット供給装置
【課題】ノズルから噴射されたドロップレットターゲットを加速する場合に、加速後のドロップレットターゲットの速度を一定に維持することができるターゲット供給装置を提供する。
【解決手段】液滴状又は固体粒状のターゲット物質を噴射するターゲットノズル１と、該液滴状又は固体粒状のターゲット物質を帯電させる電荷供給装置３と、該電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質の帯電量を計測する帯電量モニタ４及び帯電量計測部７と、帯電量計測部７の計測結果に基づいて、上記電荷供給装置をフィードバック制御する帯電量制御部８と、帯電したターゲット物質を加速する加速器５とを含む。
【解決手段】液滴状又は固体粒状のターゲット物質を噴射するターゲットノズル１と、該液滴状又は固体粒状のターゲット物質を帯電させる電荷供給装置３と、該電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質の帯電量を計測する帯電量モニタ４及び帯電量計測部７と、帯電量計測部７の計測結果に基づいて、上記電荷供給装置をフィードバック制御する帯電量制御部８と、帯電したターゲット物質を加速する加速器５とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ励起プラズマ方式の極端紫外（ＥＵＶ：extreme ultra violet）光源装置においてターゲット物質を供給するターゲット供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスの微細化に伴い、光リソグラフィの微細化も急速に進展しており、次世代においては、１００〜７０ｎｍの微細加工、更には５０ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。そのため、例えば、５０ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光源と縮小投影反射光学系（catadioptric system）とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。
【０００３】
ＥＵＶ光源としては、ターゲットにレーザビームを照射することによって生成されるプラズマを用いたＬＰＰ（laser produced plasma：レーザ励起プラズマ）光源（以下において、「ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置」ともいう）と、放電によって生成されるプラズマを用いたＤＰＰ（discharge produced plasma）光源と、軌道放射光を用いたＳＲ（synchrotron radiation）光源との３種類がある。これらの内でも、ＬＰＰ光源は、プラズマ密度をかなり大きくできるので黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られ、ターゲット物質を選択することにより必要な波長帯のみの発光が可能であり、ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であるので光源の周囲に電極等の構造物がなく、２πsteradianという極めて大きな捕集立体角の確保が可能であること等の利点から、数十ワット以上のパワーが要求されるＥＵＶリソグラフィ用の光源として有力であると考えられている。
【０００４】
ここで、ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置におけるＥＵＶ光の生成原理について簡単に説明する。ノズルから噴射されたターゲット物質に対してレーザビームを照射することにより、ターゲット物質を励起してプラズマ化させる。このプラズマからは、極端紫外光（ＥＵＶ）光を含む様々な波長成分が放射される。そこで、その内の所望の波長成分を選択的に反射する反射面を有する集光ミラー（ＥＵＶ集光ミラー）を用いることにより、ＥＵＶ光を反射集光して露光装置に出力する。例えば、波長が１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光を集光するためには、集光ミラーの反射面に、モリブデン及びシリコンが交互に積層された膜（Ｍｏ／Ｓｉ多層膜）が形成される。なお、特許文献１の図６には、ＬＰＰ光源の概念図が示されている。
【０００５】
このようなＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置においては、ＥＵＶ光の生成効率やデブリ（ターゲット物質の残滓）の発生量等の観点から、ターゲットとして適切な物質や適切な状態（気体、液体、固体）に関する研究が進められている。また、液体のターゲットを供給する方式についても、連続的なターゲット物質の流れを形成する方式（ターゲットジェット）や、所定の時間間隔（又は、距離間隔）でターゲット物質の液滴を形成する方式（ドロップレットターゲット）が用いられている。これらの方式を比較すると、ターゲットジェット方式においてはノズルから離れた場所に、位置や形状が安定したジェットを形成することが困難であることや、ジェットの直径を大きくすることができないのでＥＵＶ光の出力を大きくすることができないことや、レーザパルス間隔によらず常にターゲットを噴射しつづけるためデブリの量が大きくなる等の理由から、ドロップレットターゲット方式の方が有利と考えられている。
【０００６】
ところで、ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置においては、ターゲット物質を噴射するノズル（ターゲットノズル）が、プラズマ化したターゲットの熱や、そこから放出されるターゲット物質のイオン等によって損傷を受けるので、劣化し易いという問題が生じている。それを解決するためには、ターゲットノズルからプラズマ発光点をなるべく遠ざけることが考えられる。しかしながら、ターゲットノズルとプラズマ発光点との間の距離（ワーキングディスタンスとも呼ばれる）が長くなると、ドロップレットがプラズマ発光点に到達するまでにドロップレットが拡散して、その密度が低くなるという別の問題が生じる。その場合には、発生するＥＵＶ光の光量が少なくなってしまう（特許文献１の段落番号００１９参照）。特に、キセノン（Ｘｅ）のように、ドロップレットの速度が遅い場合には、そのような問題が顕著となる。
【０００７】
このような問題を解決するために、特許文献１には、ターゲットに駆動用レーザ装置からレーザ光を照射してプラズマを発生させ、数ｎｍ〜数十ｎｍの波長を有する極端紫外光を発生させる極端紫外光源装置において、ターゲットに電荷を与える電荷付与手段と、電荷を帯びたターゲットを電磁場を利用して加速させる加速手段とを有するターゲット供給装置を備える極端紫外光源装置が開示されている（第２頁、図１）。即ち、特許文献１においては、ドロップレットターゲットを加速して早くプラズマ発光点に到達させることにより、ワーキングディスタンスを大きくすることを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２９７７３７号公報（第２、５頁、図１、６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、実際には、各ドロップレットターゲットに対して、常に一定量の電荷を帯電させられるとは限らない。ところが、その帯電量がばらついていると、加速手段によって与えられる加速度にもばらつきが生じてしまう。それにより、ドロップレットターゲットがレーザビームの照射位置に到達する時刻に誤差が生じ、結果として、プラズマ発生タイミング（即ち、ＥＵＶ光生成タイミング）にずれが生じてしまう。従って、ＥＵＶ光を一定の時間間隔でパルス発光させるためには、加速後のドロップレットターゲットの速度を一定にしておく必要がある。
【００１０】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、ＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置において、ノズルから噴射されたドロップレットターゲットを加速する場合に、加速後のドロップレットターゲットの速度を一定に維持することができるターゲット供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点に係るターゲット供給装置は、レーザ光源から出力されたレーザ光をターゲット物質に照射することにより、ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を放射させる極端紫外光源装置において用いられるターゲット供給装置であって、液滴状又は固体粒状のターゲット物質を噴射するターゲットノズルと、該液滴状又は固体粒状のターゲット物質を帯電させる電荷供給装置と、該電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質の帯電量を計測する帯電量計測装置と、該帯電量計測装置の計測結果に基づいて、上記電荷供給装置をフィードバック制御する制御手段と、上記電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質を加速する加速器とを具備する。
【００１２】
また、本発明の第２の観点に係るターゲット供給装置は、レーザ光源から出力されたレーザ光をターゲット物質に照射することにより、ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を放射させる極端紫外光源装置において用いられるターゲット供給装置であって、液滴状又は固体粒状のターゲット物質を噴射するターゲットノズルと、該液滴状又は固体粒状のターゲット物質を帯電させる電荷供給装置と、該電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質の帯電量を計測する帯電量計測装置と、上記電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質を加速する加速器と、上記帯電量計測装置の計測結果に基づいて加速器を制御する制御手段とを具備する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質の帯電量を計測し、その計測値に基づいて電荷供給装置をフィードバック制御し、又は、加速器を制御するので、帯電したドロップレットターゲットに対する加速量を一定にすることができる。その結果、加速後のドロップレットターゲットの速度を一定に維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るターゲット供給装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すターゲット供給装置が適用される極端紫外光源装置の構成を示す模式図である。
【図３】図１に示す電荷供給装置の第１の構成を示す模式図である。
【図４】図１に示す電荷供給装置の第２の構成を示す模式図である。
【図５】図１に示す電荷供給装置の第３の構成を示す模式図である。
【図６】図１に示す電荷供給装置の第４の構成を示す模式図である。
【図７】図１に示す帯電量モニタ及び帯電量計測部の構成を示す模式図である。
【図８】図７に示す速度計測部における帯電ドロップレットの速度算出方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係るターゲット供給装置の構成を示す模式図である。本実施形態に係るターゲット供給装置は、ターゲットノズル１と、ピエゾ素子２と、電荷供給装置３と、帯電量モニタ４と、加速器５と、制御部６とを含んでいる。また、図２は、図１に示すターゲット供給装置が適用される極端紫外（extreme ultra violet:ＥＵＶ）光源装置の構成を示す模式図である。まず、図２を参照しながら、ＥＵＶ光源装置の構成及び動作について説明する。
【００１６】
図２に示す極端紫外光源装置は、ターゲット物質にレーザビームを照射してプラズマ化し、そこから放射されるＥＵＶ光を集光するＬＰＰ（Laser Produced Plasma）方式を採用している。この極端紫外光源装置は、図１に示すターゲット供給装置に加えて、真空チャンバ１１と、真空チャンバ１１内を所定の真空度に維持する排気ポンプ１２と、ターゲット物質供給装置１３と、レーザ発振器１４と、集光レンズ１５と、ＥＵＶ集光ミラー１６と、ターゲット回収筒１７とを含んでいる。
【００１７】
ターゲット物質供給装置１３は、キセノン（Ｘｅ）や錫（Ｓｎ）のように、レーザビームによって照射されることにより励起してプラズマ化するターゲット物質を、ターゲットノズル１に供給する。本実施形態において、ターゲット物質は液体の状態で噴射されるが、常温常圧下におけるターゲット物質の状態は、気体、液体、固体のいずれであっても良い。例えばキセノンのように、常温で気体のターゲット物質を液体ターゲットとして用いる場合には、ターゲット物質供給装置１３は、キセノンガスを加圧及び冷却することにより液化してターゲットノズル１に供給する。反対に、例えば錫のように、常温で固体の物質を液体ターゲットとして用いる場合には、ターゲット物質供給装置１３は、錫を加熱することにより液化してターゲットノズル１に供給する。
【００１８】
ターゲットノズル１は、ターゲット物質供給装置１３から供給された液体のターゲット物質を真空チャンバ１１内に噴射する。
ピエゾ素子２は、外部から供給される駆動信号に基づいて伸縮することにより、ターゲットノズル１に所定の周波数ｆの振動を与える。即ち、ターゲットノズル１を介して、ターゲットノズル１から噴射されるターゲット物質の流れ（ターゲット噴流）を擾乱させることにより、繰り返して滴下する液滴状のターゲット（ドロップレットターゲット、又は、単にドロップレットともいう）１０１が形成される。ここで、ターゲット噴流の速度をｖ、ターゲット噴流に与えられた振動の波長をλ（λ＝ｖ／ｆ）、ターゲット噴流の直径をｄとする場合に、所定の条件（例えば、λ／ｄ＝４．５１）を満たすときに、均一な大きさの理想的な液滴が形成される。このターゲット噴流に生じさせる擾乱の周波数ｆは、レイリー周波数と呼ばれている。実際には、λ／ｄ＝３〜８程度であれば、ほぼ均一な大きさの液滴が形成される。具体的には、ＥＵＶ光源装置において一般的に用いられるノズルから噴射されるターゲット噴流の速度ｖは２０ｍ／ｓ〜３０ｍ／ｓ程度であるので、直径が１０μｍ〜１００μｍ程度の液滴を形成する場合に、ノズルに与えるべき周波数は、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚ程度となる。
【００１９】
レーザ発振器１４は、高い繰り返し周波数でパルス発振できるレーザ光源であり、ターゲット物質を照射して励起させるためのレーザビーム１８を射出する。また、集光レンズ１５は、レーザ発振器１４から射出されたレーザビームを所定の位置に集光させる集光光学系である。本実施形態においては、集光光学系として１つの集光レンズ１５を用いているが、それ以外の集光光学部品又は複数の光学部品の組み合わせにより集光光学系を構成しても良い。
【００２０】
ＥＵＶ集光ミラー１６は、プラズマ化したターゲット物質（プラズマ）１９から放射される様々な波長成分の内から、所定の波長成分（例えば、１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光）を集光する集光光学系である。ＥＵＶ集光ミラー１６は凹状の反射面を有しており、この反射面には、例えば、波長が１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光を選択的に反射するモリブデン（Ｍｏ）／シリコン（Ｓｉ）多層膜が形成されている。このようなＥＵＶ集光ミラー１６によってＥＵＶ光が反射集光され、例えば、露光装置に出力される。なお、ＥＵＶ光の集光光学系としては、図２に示すような集光ミラーに限定されず、複数の光学部品を用いて構成しても良いが、ＥＵＶ光の吸収を抑えるために反射光学系とすることが必要である。
【００２１】
ターゲット回収筒１７は、プラズマ発光点（レーザビームによってターゲット物質が照射される位置）を挟みターゲットノズル１に対向する位置に配置されている。ターゲット回収筒１７は、ターゲットノズル１から噴射されたにもかかわらず、レーザビームを照射されることなくプラズマ化しなかったターゲット物質を回収する。それにより、不要なターゲット物質が飛散してＥＵＶ集光ミラー１６等を汚染するのを防止すると共に、チャンバ内の真空度の低下を防いでいる。
【００２２】
再び、図１を参照すると、電荷供給装置３は、ドロップレット１０１に電荷を供給することにより帯電させる装置である。電荷供給装置３は、例えば、帯電用電極及び電源装置や、電子銃や、プラズマ発生装置を含んでいる。
帯電量モニタ４は、電荷供給装置３によって帯電させられたドロップレット（帯電ドロップレット）１０２を観察する装置であり、帯電ドロップレット１０２の帯電量を求めるために用いられる情報を後述する帯電量計測部１５に出力する。
なお、電荷供給装置３及び帯電量モニタ４の具体的な構成については、後で詳しく説明する。
【００２３】
加速器５は、帯電ドロップレット１０２に電場や磁場を印加することにより加速させる装置である。加速器５は、例えば、帯電ドロップレット１０２の径路に電場を形成する電極や、磁場を形成する電磁石コイルを含んでいる。具体的には、電極間に直流高電圧を印加し、その電位差により荷電粒子を加速する静電加速器（例えば、バンデグラフ型加速器）が挙げられる。
【００２４】
制御部６は、最終的なドロップレットターゲットの速度が一定になるように、帯電量モニタ４から出力された情報に基づいて、電荷供給装置３と加速器５との内の一方又は両方を制御する。
図１に示すように、制御部６は、帯電量計測部７と、帯電量制御部８と、加速器制御部９とを含んでいる。帯電量計測部７は、帯電量モニタ４から出力された情報に基づいてドロップレットターゲットの帯電量を計測する。
【００２５】
帯電量制御部８は、帯電量計測部７による計測結果に基づいて、帯電ドロップレット１０２の帯電量が一定の範囲内に収まるように、電荷供給装置３の動作をフィードバック（ＦＢ）制御する。具体的には、帯電量制御部８は、電荷供給装置３に電圧を供給する帯電用電源装置や、電荷供給装置３にプラズマガスを供給するガス供給装置等を含んでおり、帯電ドロップレット１０２の帯電量に応じて、電源装置の出力電圧やガス供給量等を制御する。
【００２６】
ここで、ドロップレット１０１が電荷供給装置３付近を通過する時点で液体である場合に、帯電ドロップレット１０２の帯電量は次の制約を受ける。即ち、ドロップレットに帯電できる電荷の最大量（最大帯電量）ＱＭＡＸは、次式によって表される。
ＱＭＡＸ＝（６４π２ε０ｒ３σ）１／２
上式において、ε０は真空の誘電率であり、ｒはドロップレットの半径であり、σはターゲット物質の表面張力である。
【００２７】
最大帯電量ＱＭＡＸ以上の電荷が液体のドロップレットに帯電すると、ドロップレット中の過剰電荷によるクーロン反発力が、表面張力によってドロップレットの形状を維持している力を超えてしまうのでドロップレットは複数の小滴に分裂してしまう。従って、帯電量制御部８は、帯電ドロップレット１０２の帯電量が最大帯電量ＱＭＡＸを超えない範囲で、電荷供給装置３を制御しなくてはならない。なお、ドロップレットが分裂しない最大限の電荷密度は、レイリーリミットと呼ばれている。
【００２８】
一方、ドロップレット１０１が電荷供給装置３付近を通過する時点で固体になっている場合には、ドロップレット１０１の帯電量は、上記最大帯電量ＱＭＡＸの制約を受けることはない。ここで、ドロップレット１０１は、ターゲットノズル１から噴射された時点で液体であっても、多くの場合に、放射や気化潜熱により冷却されて固体化する。従って、電荷供給装置３を、ドロップレット１０１が固体化する位置よりも下流に配置することにより、固体粒状のターゲット物質に対して帯電させることができる。その場合には、帯電ドロップレット１０２の帯電量を大きくすることができるので、後段の加速器５における出力（電場を形成するための出力電圧等）を小さくできるという利点がある。
【００２９】
加速器制御部９は、帯電量計測部７による計測結果に基づいて、加速後の帯電ドロップレット１０２の速度が一定の範囲内に収まるように、加速器５の動作をフィードフォワード（ＦＦ）制御する。具体的には、加速器制御部９は、加速器５に電圧や電流を供給する電源装置を含んでおり、帯電ドロップレット１０２の帯電量に応じて、その電源装置の出力電圧又は出力電流を制御する。
【００３０】
次に、図１に示すターゲット供給装置の各部の具体的な構成について説明する。
図３は、図１に示す電荷供給装置３の第１の構成を示す模式図である。本構成においては、電荷供給装置として、ドロップレット１０１を通過させる開口が形成された帯電用電極２１が用いられており、帯電量の制御は、帯電量制御部８（図１）に含まれる帯電用電源装置２２によって行われる。
【００３１】
帯電用電極２１は、ターゲットノズル１の下流側に、そこから噴射されたドロップレット１０１が帯電用電極２１の開口内を通過するように配置されている。また、帯電用電源装置２２の高出力端子（ＨＶ）には帯電用電極２１が接続されており、接地端子（ＧＮＤ）にはターゲットノズル１が接続されている。このような構成において、帯電用電源装置２２によってターゲットノズル１と帯電用電極２１との間に高電圧を印加することにより、ドロップレット１０１が帯電用電極２１を通過する際に帯電する。また、帯電用電源装置２２は、帯電量計測部７（図１）による計測結果に応じて出力電圧を調整することにより、帯電量をフィードバック制御する。
【００３２】
図３に示す電荷供給装置の構成は、ターゲット物質が導電性を有する（導電性が高い）場合に適している。具体的には、水又はアルコールに錫（Ｓｎ）や銅（Ｃｕ）等の微小な金属粒子や酸化錫（ＳｎＯ２）等の酸化物の微粒子を分散させたものや、水にフッ化リチウム（ＬｉＦ）や塩化リチウム（ＬｉＣｌ）を溶解させたイオン溶液や、錫やリチウム等の溶融金属等が挙げられる。なお、先にも説明したように、ドロップレットを帯電させる時点において、ターゲット物質は液体であっても固体であっても良い。
【００３３】
図４は、図１に示す電荷供給装置３の第２の構成を示す模式図である。本構成においては、電荷供給装置として電子銃３１が用いられており、帯電量の制御は、帯電量制御部８（図１）に含まれる電子銃用電源装置３２によって行われる。
電子銃３１は、ターゲットノズル１から噴射されたドロップレット１０１の径路に向けて電子が噴射されるように配置されている。それにより、ドロップレット１０１は、電子銃３１の前を通過する際に電子を浴びて帯電する。また、電子銃用電源装置３２は、帯電量計測部７（図１）による計測結果に応じて出力電圧を調整することにより、帯電量をフィードバック制御する。
【００３４】
図４に示す電荷供給装置の構成は、ターゲット物質が導電性を有する場合に適しているが、導電性を有していない（導電性が低い）場合にも適用することは可能である。導電性を有するターゲット物質としては、先に述べたように、水又はアルコールに金属又は酸化物の微粒子を分散させたものや、金属イオンを含むイオン溶液や、溶融金属等が挙げられる。また、導電性を有しない（導電性が低い）ターゲット物質としては、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）等の希ガス類や、超純水や、アルコール等が挙げられる。なお、先にも説明したように、ドロップレットを帯電させる時点においては、ターゲット物質は液体であっても固体であっても良い。
【００３５】
図５は、図１に示す電荷供給装置３の第３の構成を示す模式図である。本構成においては、電荷供給装置としてプラズマ管４１が用いられており、帯電量の制御は、帯電量制御部８（図１）に含まれるプラズマ管用電源装置４２によって行われる。プラズマ管用電源装置４２は、プラズマ管４１に電力及びプラズマガスを供給する。
【００３６】
プラズマ管４１は、ターゲットノズル１の下流側に、そこから噴射されたドロップレット１０１が管内を通過するように配置されている。このプラズマ管４１内にプラズマガスを充填して電力を供給することにより、管内にプラズマ４３が発生する。それにより、ドップレット１０１は、プラズマ管４１内を通過する際にプラズマ４３を照射されて帯電する。また、プラズマ管用電源装置４２は、帯電量計測部７（図１）による計測結果に応じて出力電力及びプラズマガスの供給量を調整することにより、帯電量をフィードバック制御する。
【００３７】
図６は、図１に示す電荷供給装置３の第４の構成を示す模式図である。本構成においては、電荷供給装置としてプラズマトーチ５１が用いられており、帯電量の制御は、帯電量制御部８（図１）に含まれるプラズマトーチ用電源装置５２によって行われる。プラズマトーチ用電源装置５２は、プラズマトーチ５１に電力及びプラズマガスを供給する。
【００３８】
プラズマトーチ５１は、ターゲットノズル１の下流側に、そこから噴射されたドロップレット１０１がプラズマ形成領域内を通過するように配置されている。このプラズマトーチ５１にプラズマガス及び電力を供給することにより、プラズマ５３が発生する。それにより、ドロップレット１０１は、プラズマ形成領域内を通過する際にプラズマを照射されて帯電する。また、プラズマトーチ用電源装置５２は、帯電量計測部７（図１）による計測結果に応じて出力電力及びプラズマガスの供給量を調整することにより、帯電量をフィードバック制御する。
【００３９】
図５及び図６に示す構成は、ターゲット物質が導電性を有する場合に適しているが、導電性を有していない（導電性が低い）場合にも適用することは可能である。導電性を有するターゲット物質としては、先に述べたように、水又はアルコールに金属又は酸化物の微粒子を分散させたものや、金属イオンを含むイオン溶液や、溶融金属等が挙げられる。また、導電性を有しない（導電性が低い）ターゲット物質としては、先に述べた希ガスや、超純水や、アルコール等が挙げられる。なお、先にも説明したように、ドロップレットを帯電させる時点においては、ターゲット物質は液体であっても固体であっても良い。
【００４０】
図７は、図１に示す帯電量モニタ４及び帯電量計測部７の構成を示す模式図である。図７に示すように、本構成における帯電量モニタは、帯電ドロップレット１０２の速度を観察する速度モニタ６１と、速度モニタ６１の下流側において、帯電量計測のために帯電ドロップレット１０２を加速する計測用加速器６２と、加速後の帯電ドロップレット１０２の速度を観察する速度モニタ６３とを含んでいる。また、帯電量計測部７は、速度モニタ６１の出力信号に基づいて帯電ドロップレット１０２の速度を求める速度計測部１６１と、計測用加速器６２の動作を制御する計測用電源装置１６２と、速度モニタ６３の出力信号に基づいて加速後の帯電ドロップレット１０２の速度を求める速度計測部１６３と、加速前及び加速後の帯電ドロップレット１０２の速度に基づいて帯電ドロップレット１０２の帯電量を求める帯電量計算部１６４とを含んでいる。
【００４１】
速度モニタ６１は、レーザ６１１及び６１３と、受光素子６１２及び６１４とを含んでいる。レーザ６１１及び６１３は、各々から射出されたレーザビームが帯電ドロップレット１０２の径路を垂直に横切るように配置されている。また、受光素子６１２は、レーザ６１１から射出したレーザビームＬＢ１ａを受光するように配置されており、受光素子６１４は、レーザ６１３から射出したレーザビームＬＢ１ｂを受光するように配置されている。さらに、レーザ６１１及び６１３は、レーザビームＬＢ１ａとレーザビームＬＢ１ｂとの間隔Ｄ１が、ドロップレットの間隔Ｌ１以下になるように配置されている。
【００４２】
計測用加速器６２は、各々に帯電ドロップレット１０２が通過できる開口が形成されている２つの加速用電極６２１及び６２２を含んでいる。これらの加速用電極６２１及び６２２は、計測用電源装置１６２から電圧Ｖを供給されることにより、帯電ドロップレット１０２が通過する領域に、帯電ドロップレット１０２の進行方向に平行な電場Ｅを形成する。ここで、計測用加速器６２が帯電ドロップレットに与える加速度は、加速前と加速後において変化が生じていれば、正又は負のいずれの加速度であって良い。
【００４３】
速度モニタ６３は、レーザ６３１及び６３３と、受光素子６３２及び６３４とを含んでいる。レーザ６３１及び６３３は、各々から射出されたレーザビームが加速後の帯電ドロップレット１０２の径路を垂直に横切るように配置されている。また、受光素子６３２は、レーザ６３１から射出したレーザビームＬＢ２ａを受光するように配置されており、受光素子６３４は、レーザ６３３から射出したレーザビームＬＢ２ｂを受光するように配置されている。さらに、レーザ６３１及び６３３は、レーザビームＬＢ２ａとレーザビームＬＢ２ｂとの間隔Ｄ２が、加速後の帯電ドロップレット１０２の間隔Ｌ２以下になるように配置されている。
【００４４】
図８は、速度計測部１６１及び１６３における帯電ドロップレットの速度算出方法を説明するための図である。
あるドロップレットＤＬａがレーザビームＬＢ１ａを横切ると、受光素子６１２からの出力信号に波形Ｓａ１が現れる。また、その後でドロップレットがレーザビームＬＢ１ｂを横切ると、受光素子６１４からの出力信号に波形Ｓａ１'が現れる。ここで、２つのレーザビームの間隔Ｄ１は、ドロップレットの間隔Ｌ１以下なので、波形Ｓａ１'はドロップレットＤＬａが横切ったことを表す信号と言える。即ち、波形Ｓａ１と波形Ｓａ１'との時間差Ｔａ１は、ドロップレットＤＬａが２つのレーザビームＬＢ１ａ及びＬＢ１ｂの間の距離Ｄ１を進行するのに要した時間である。
従って、速度計測部１６１は、次式を用いてドロップレットＤＬａの速度ｖａ１を算出する。
ｖａ１＝Ｄ１／Ｔａ１
【００４５】
同様にして、速度計測部１６３は、速度モニタ６３の出力信号（波形Ｓａ２、Ｓａ２'、Ｓｂ２、Ｓｂ２'、…）に基づいて、計測用加速器６２によって加速された後のドロップレットの速度ｖ２を算出する。
ｖａ２＝Ｄ２／Ｔａ２
ここで、Ｔａ２は、ドロップレットＤＬａが２つのレーザビームＬＢ２ａ及びＬＢ２ｂの間の距離Ｄ２を進行するのに要した時間である。
【００４６】
さらに、帯電量計算部１６４は、速度計測部１６１及び１６３による計測結果（速度ｖａ２及びｖａ１）と、ドロップレットＤＬａの質量ｍと、計測用電源装置１６２が加速用電極６２１及び６２２に供給した電圧値Ｖとを用いて、ドロップレットＤＬａの帯電量Ｑを次式により計算する。
ＱＶ＝（１／２）ｍ（ｖａ２２−ｖａ１２）
Ｑ＝（１／２）ｍ（ｖａ２２−ｖａ１２）／Ｖ
このように、速度モニタ６１の出力信号（波形Ｓａ１、Ｓａ１'、Ｓｂ１、Ｓｂ１'、…）及び速度モニタ６３の出力信号（波形Ｓａ２、Ｓａ２'、Ｓｂ２、Ｓｂ２'、…）を用いることにより、順次噴射されるドロップレットＤＬａ、ＤＬｂ、…の帯電量が求められる。
【００４７】
なお、速度モニタ６１を通過したドロップレットＤＬａと、速度モニタ６３を通過したドロップレットＤＬａとの同一性（即ち、波形Ｓａ１及びＳａ１'と波形Ｓａ２及びＳａ２'とが、同じドロップレットを表す波形であること）は、パルスの発生順序や時間間隔の範囲等の関係に基づいて、同一のドロップレットに関する波形Ｓａ１及びＳａ１'並びに波形Ｓａ２及びＳａ２'の組合せを予め取得しておくことによって判断することができる。例えば、ドロップレットに対して計測用の加速を行う前に、速度モニタ６１により計測されるドロップレットの速度と、速度モニタ６１と速度モニタ６３との間の距離とを求めておき、それらに基づいて、速度モニタ６１を通過したドロップレットＤＬａが速度モニタ６３を通過する時刻を予測することができる。
【００４８】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、帯電ドロップレットの帯電量に基づいて電荷供給装置や加速器を制御することにより、加速後のドロップレットの速度を一定に維持することができるようになる。それにより、ドロップレットをプラズマ発光点に正確なタイミングで到達させることができるので、ワーキングディスタンスを大きく取れるようになる。その結果、プラズマの影響によるターゲットノズルの損傷や劣化を抑制することが可能になる。
【００４９】
本実施形態においては、電荷供給装置に対するフィードバック制御と、加速器に対するフィードフォワード制御との両方を行っているが、いずれか一方のみの制御を行っても良い。
【００５０】
また、本実施形態においては、液体のターゲット物質をノズルから噴射する場合について説明したが、本発明は、液滴状のターゲット物質や、液滴を噴射した後に固体化した粒状のターゲット物質だけでなく、固体粒状のターゲット物質をノズルから噴射する場合に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、露光装置等に用いられるＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置において用いられるターゲット供給装置に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１…ターゲットノズル、２…ピエゾ素子、３…電荷供給装置、４…帯電量モニタ、５…加速器、６…制御部、７…帯電量計測部、８…帯電量制御部、９…加速器制御部、１１…真空チャンバ、１２…排気ポンプ、１３…ターゲット物質供給装置、１４…レーザ発振器、１５…集光レンズ、１６…ＥＵＶ集光ミラー、１７…ターゲット回収筒、１８…レーザビーム、１９、４３、５３…プラズマ、２１…帯電用電極、２２…帯電用電源装置、３１…電子銃、３２…電子銃用電源装置、４１…プラズマ管、４２…プラズマ管用電源装置、５１…プラズマトーチ、５２…プラズマトーチ用電源装置、６１、６３…速度モニタ、６２…計測用加速器、１６１、１６３…速度計測部、１６２…計測用電源装置、１６３…帯電量計算部、６１１、６１３、６３１、６３３…レーザ、６１２、６１４、６３２、６３４…受光素子、６２１、６２２…加速用電極、１０１…ドロップレット、１０２…帯電ドロップレット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ励起プラズマ方式の極端紫外（ＥＵＶ：extreme ultra violet）光源装置においてターゲット物質を供給するターゲット供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスの微細化に伴い、光リソグラフィの微細化も急速に進展しており、次世代においては、１００〜７０ｎｍの微細加工、更には５０ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。そのため、例えば、５０ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光源と縮小投影反射光学系（catadioptric system）とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。
【０００３】
ＥＵＶ光源としては、ターゲットにレーザビームを照射することによって生成されるプラズマを用いたＬＰＰ（laser produced plasma：レーザ励起プラズマ）光源（以下において、「ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置」ともいう）と、放電によって生成されるプラズマを用いたＤＰＰ（discharge produced plasma）光源と、軌道放射光を用いたＳＲ（synchrotron radiation）光源との３種類がある。これらの内でも、ＬＰＰ光源は、プラズマ密度をかなり大きくできるので黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られ、ターゲット物質を選択することにより必要な波長帯のみの発光が可能であり、ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であるので光源の周囲に電極等の構造物がなく、２πsteradianという極めて大きな捕集立体角の確保が可能であること等の利点から、数十ワット以上のパワーが要求されるＥＵＶリソグラフィ用の光源として有力であると考えられている。
【０００４】
ここで、ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置におけるＥＵＶ光の生成原理について簡単に説明する。ノズルから噴射されたターゲット物質に対してレーザビームを照射することにより、ターゲット物質を励起してプラズマ化させる。このプラズマからは、極端紫外光（ＥＵＶ）光を含む様々な波長成分が放射される。そこで、その内の所望の波長成分を選択的に反射する反射面を有する集光ミラー（ＥＵＶ集光ミラー）を用いることにより、ＥＵＶ光を反射集光して露光装置に出力する。例えば、波長が１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光を集光するためには、集光ミラーの反射面に、モリブデン及びシリコンが交互に積層された膜（Ｍｏ／Ｓｉ多層膜）が形成される。なお、特許文献１の図６には、ＬＰＰ光源の概念図が示されている。
【０００５】
このようなＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置においては、ＥＵＶ光の生成効率やデブリ（ターゲット物質の残滓）の発生量等の観点から、ターゲットとして適切な物質や適切な状態（気体、液体、固体）に関する研究が進められている。また、液体のターゲットを供給する方式についても、連続的なターゲット物質の流れを形成する方式（ターゲットジェット）や、所定の時間間隔（又は、距離間隔）でターゲット物質の液滴を形成する方式（ドロップレットターゲット）が用いられている。これらの方式を比較すると、ターゲットジェット方式においてはノズルから離れた場所に、位置や形状が安定したジェットを形成することが困難であることや、ジェットの直径を大きくすることができないのでＥＵＶ光の出力を大きくすることができないことや、レーザパルス間隔によらず常にターゲットを噴射しつづけるためデブリの量が大きくなる等の理由から、ドロップレットターゲット方式の方が有利と考えられている。
【０００６】
ところで、ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置においては、ターゲット物質を噴射するノズル（ターゲットノズル）が、プラズマ化したターゲットの熱や、そこから放出されるターゲット物質のイオン等によって損傷を受けるので、劣化し易いという問題が生じている。それを解決するためには、ターゲットノズルからプラズマ発光点をなるべく遠ざけることが考えられる。しかしながら、ターゲットノズルとプラズマ発光点との間の距離（ワーキングディスタンスとも呼ばれる）が長くなると、ドロップレットがプラズマ発光点に到達するまでにドロップレットが拡散して、その密度が低くなるという別の問題が生じる。その場合には、発生するＥＵＶ光の光量が少なくなってしまう（特許文献１の段落番号００１９参照）。特に、キセノン（Ｘｅ）のように、ドロップレットの速度が遅い場合には、そのような問題が顕著となる。
【０００７】
このような問題を解決するために、特許文献１には、ターゲットに駆動用レーザ装置からレーザ光を照射してプラズマを発生させ、数ｎｍ〜数十ｎｍの波長を有する極端紫外光を発生させる極端紫外光源装置において、ターゲットに電荷を与える電荷付与手段と、電荷を帯びたターゲットを電磁場を利用して加速させる加速手段とを有するターゲット供給装置を備える極端紫外光源装置が開示されている（第２頁、図１）。即ち、特許文献１においては、ドロップレットターゲットを加速して早くプラズマ発光点に到達させることにより、ワーキングディスタンスを大きくすることを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２９７７３７号公報（第２、５頁、図１、６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、実際には、各ドロップレットターゲットに対して、常に一定量の電荷を帯電させられるとは限らない。ところが、その帯電量がばらついていると、加速手段によって与えられる加速度にもばらつきが生じてしまう。それにより、ドロップレットターゲットがレーザビームの照射位置に到達する時刻に誤差が生じ、結果として、プラズマ発生タイミング（即ち、ＥＵＶ光生成タイミング）にずれが生じてしまう。従って、ＥＵＶ光を一定の時間間隔でパルス発光させるためには、加速後のドロップレットターゲットの速度を一定にしておく必要がある。
【００１０】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、ＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置において、ノズルから噴射されたドロップレットターゲットを加速する場合に、加速後のドロップレットターゲットの速度を一定に維持することができるターゲット供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点に係るターゲット供給装置は、レーザ光源から出力されたレーザ光をターゲット物質に照射することにより、ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を放射させる極端紫外光源装置において用いられるターゲット供給装置であって、液滴状又は固体粒状のターゲット物質を噴射するターゲットノズルと、該液滴状又は固体粒状のターゲット物質を帯電させる電荷供給装置と、該電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質の帯電量を計測する帯電量計測装置と、該帯電量計測装置の計測結果に基づいて、上記電荷供給装置をフィードバック制御する制御手段と、上記電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質を加速する加速器とを具備する。
【００１２】
また、本発明の第２の観点に係るターゲット供給装置は、レーザ光源から出力されたレーザ光をターゲット物質に照射することにより、ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を放射させる極端紫外光源装置において用いられるターゲット供給装置であって、液滴状又は固体粒状のターゲット物質を噴射するターゲットノズルと、該液滴状又は固体粒状のターゲット物質を帯電させる電荷供給装置と、該電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質の帯電量を計測する帯電量計測装置と、上記電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質を加速する加速器と、上記帯電量計測装置の計測結果に基づいて加速器を制御する制御手段とを具備する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質の帯電量を計測し、その計測値に基づいて電荷供給装置をフィードバック制御し、又は、加速器を制御するので、帯電したドロップレットターゲットに対する加速量を一定にすることができる。その結果、加速後のドロップレットターゲットの速度を一定に維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るターゲット供給装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すターゲット供給装置が適用される極端紫外光源装置の構成を示す模式図である。
【図３】図１に示す電荷供給装置の第１の構成を示す模式図である。
【図４】図１に示す電荷供給装置の第２の構成を示す模式図である。
【図５】図１に示す電荷供給装置の第３の構成を示す模式図である。
【図６】図１に示す電荷供給装置の第４の構成を示す模式図である。
【図７】図１に示す帯電量モニタ及び帯電量計測部の構成を示す模式図である。
【図８】図７に示す速度計測部における帯電ドロップレットの速度算出方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係るターゲット供給装置の構成を示す模式図である。本実施形態に係るターゲット供給装置は、ターゲットノズル１と、ピエゾ素子２と、電荷供給装置３と、帯電量モニタ４と、加速器５と、制御部６とを含んでいる。また、図２は、図１に示すターゲット供給装置が適用される極端紫外（extreme ultra violet:ＥＵＶ）光源装置の構成を示す模式図である。まず、図２を参照しながら、ＥＵＶ光源装置の構成及び動作について説明する。
【００１６】
図２に示す極端紫外光源装置は、ターゲット物質にレーザビームを照射してプラズマ化し、そこから放射されるＥＵＶ光を集光するＬＰＰ（Laser Produced Plasma）方式を採用している。この極端紫外光源装置は、図１に示すターゲット供給装置に加えて、真空チャンバ１１と、真空チャンバ１１内を所定の真空度に維持する排気ポンプ１２と、ターゲット物質供給装置１３と、レーザ発振器１４と、集光レンズ１５と、ＥＵＶ集光ミラー１６と、ターゲット回収筒１７とを含んでいる。
【００１７】
ターゲット物質供給装置１３は、キセノン（Ｘｅ）や錫（Ｓｎ）のように、レーザビームによって照射されることにより励起してプラズマ化するターゲット物質を、ターゲットノズル１に供給する。本実施形態において、ターゲット物質は液体の状態で噴射されるが、常温常圧下におけるターゲット物質の状態は、気体、液体、固体のいずれであっても良い。例えばキセノンのように、常温で気体のターゲット物質を液体ターゲットとして用いる場合には、ターゲット物質供給装置１３は、キセノンガスを加圧及び冷却することにより液化してターゲットノズル１に供給する。反対に、例えば錫のように、常温で固体の物質を液体ターゲットとして用いる場合には、ターゲット物質供給装置１３は、錫を加熱することにより液化してターゲットノズル１に供給する。
【００１８】
ターゲットノズル１は、ターゲット物質供給装置１３から供給された液体のターゲット物質を真空チャンバ１１内に噴射する。
ピエゾ素子２は、外部から供給される駆動信号に基づいて伸縮することにより、ターゲットノズル１に所定の周波数ｆの振動を与える。即ち、ターゲットノズル１を介して、ターゲットノズル１から噴射されるターゲット物質の流れ（ターゲット噴流）を擾乱させることにより、繰り返して滴下する液滴状のターゲット（ドロップレットターゲット、又は、単にドロップレットともいう）１０１が形成される。ここで、ターゲット噴流の速度をｖ、ターゲット噴流に与えられた振動の波長をλ（λ＝ｖ／ｆ）、ターゲット噴流の直径をｄとする場合に、所定の条件（例えば、λ／ｄ＝４．５１）を満たすときに、均一な大きさの理想的な液滴が形成される。このターゲット噴流に生じさせる擾乱の周波数ｆは、レイリー周波数と呼ばれている。実際には、λ／ｄ＝３〜８程度であれば、ほぼ均一な大きさの液滴が形成される。具体的には、ＥＵＶ光源装置において一般的に用いられるノズルから噴射されるターゲット噴流の速度ｖは２０ｍ／ｓ〜３０ｍ／ｓ程度であるので、直径が１０μｍ〜１００μｍ程度の液滴を形成する場合に、ノズルに与えるべき周波数は、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚ程度となる。
【００１９】
レーザ発振器１４は、高い繰り返し周波数でパルス発振できるレーザ光源であり、ターゲット物質を照射して励起させるためのレーザビーム１８を射出する。また、集光レンズ１５は、レーザ発振器１４から射出されたレーザビームを所定の位置に集光させる集光光学系である。本実施形態においては、集光光学系として１つの集光レンズ１５を用いているが、それ以外の集光光学部品又は複数の光学部品の組み合わせにより集光光学系を構成しても良い。
【００２０】
ＥＵＶ集光ミラー１６は、プラズマ化したターゲット物質（プラズマ）１９から放射される様々な波長成分の内から、所定の波長成分（例えば、１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光）を集光する集光光学系である。ＥＵＶ集光ミラー１６は凹状の反射面を有しており、この反射面には、例えば、波長が１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光を選択的に反射するモリブデン（Ｍｏ）／シリコン（Ｓｉ）多層膜が形成されている。このようなＥＵＶ集光ミラー１６によってＥＵＶ光が反射集光され、例えば、露光装置に出力される。なお、ＥＵＶ光の集光光学系としては、図２に示すような集光ミラーに限定されず、複数の光学部品を用いて構成しても良いが、ＥＵＶ光の吸収を抑えるために反射光学系とすることが必要である。
【００２１】
ターゲット回収筒１７は、プラズマ発光点（レーザビームによってターゲット物質が照射される位置）を挟みターゲットノズル１に対向する位置に配置されている。ターゲット回収筒１７は、ターゲットノズル１から噴射されたにもかかわらず、レーザビームを照射されることなくプラズマ化しなかったターゲット物質を回収する。それにより、不要なターゲット物質が飛散してＥＵＶ集光ミラー１６等を汚染するのを防止すると共に、チャンバ内の真空度の低下を防いでいる。
【００２２】
再び、図１を参照すると、電荷供給装置３は、ドロップレット１０１に電荷を供給することにより帯電させる装置である。電荷供給装置３は、例えば、帯電用電極及び電源装置や、電子銃や、プラズマ発生装置を含んでいる。
帯電量モニタ４は、電荷供給装置３によって帯電させられたドロップレット（帯電ドロップレット）１０２を観察する装置であり、帯電ドロップレット１０２の帯電量を求めるために用いられる情報を後述する帯電量計測部１５に出力する。
なお、電荷供給装置３及び帯電量モニタ４の具体的な構成については、後で詳しく説明する。
【００２３】
加速器５は、帯電ドロップレット１０２に電場や磁場を印加することにより加速させる装置である。加速器５は、例えば、帯電ドロップレット１０２の径路に電場を形成する電極や、磁場を形成する電磁石コイルを含んでいる。具体的には、電極間に直流高電圧を印加し、その電位差により荷電粒子を加速する静電加速器（例えば、バンデグラフ型加速器）が挙げられる。
【００２４】
制御部６は、最終的なドロップレットターゲットの速度が一定になるように、帯電量モニタ４から出力された情報に基づいて、電荷供給装置３と加速器５との内の一方又は両方を制御する。
図１に示すように、制御部６は、帯電量計測部７と、帯電量制御部８と、加速器制御部９とを含んでいる。帯電量計測部７は、帯電量モニタ４から出力された情報に基づいてドロップレットターゲットの帯電量を計測する。
【００２５】
帯電量制御部８は、帯電量計測部７による計測結果に基づいて、帯電ドロップレット１０２の帯電量が一定の範囲内に収まるように、電荷供給装置３の動作をフィードバック（ＦＢ）制御する。具体的には、帯電量制御部８は、電荷供給装置３に電圧を供給する帯電用電源装置や、電荷供給装置３にプラズマガスを供給するガス供給装置等を含んでおり、帯電ドロップレット１０２の帯電量に応じて、電源装置の出力電圧やガス供給量等を制御する。
【００２６】
ここで、ドロップレット１０１が電荷供給装置３付近を通過する時点で液体である場合に、帯電ドロップレット１０２の帯電量は次の制約を受ける。即ち、ドロップレットに帯電できる電荷の最大量（最大帯電量）ＱＭＡＸは、次式によって表される。
ＱＭＡＸ＝（６４π２ε０ｒ３σ）１／２
上式において、ε０は真空の誘電率であり、ｒはドロップレットの半径であり、σはターゲット物質の表面張力である。
【００２７】
最大帯電量ＱＭＡＸ以上の電荷が液体のドロップレットに帯電すると、ドロップレット中の過剰電荷によるクーロン反発力が、表面張力によってドロップレットの形状を維持している力を超えてしまうのでドロップレットは複数の小滴に分裂してしまう。従って、帯電量制御部８は、帯電ドロップレット１０２の帯電量が最大帯電量ＱＭＡＸを超えない範囲で、電荷供給装置３を制御しなくてはならない。なお、ドロップレットが分裂しない最大限の電荷密度は、レイリーリミットと呼ばれている。
【００２８】
一方、ドロップレット１０１が電荷供給装置３付近を通過する時点で固体になっている場合には、ドロップレット１０１の帯電量は、上記最大帯電量ＱＭＡＸの制約を受けることはない。ここで、ドロップレット１０１は、ターゲットノズル１から噴射された時点で液体であっても、多くの場合に、放射や気化潜熱により冷却されて固体化する。従って、電荷供給装置３を、ドロップレット１０１が固体化する位置よりも下流に配置することにより、固体粒状のターゲット物質に対して帯電させることができる。その場合には、帯電ドロップレット１０２の帯電量を大きくすることができるので、後段の加速器５における出力（電場を形成するための出力電圧等）を小さくできるという利点がある。
【００２９】
加速器制御部９は、帯電量計測部７による計測結果に基づいて、加速後の帯電ドロップレット１０２の速度が一定の範囲内に収まるように、加速器５の動作をフィードフォワード（ＦＦ）制御する。具体的には、加速器制御部９は、加速器５に電圧や電流を供給する電源装置を含んでおり、帯電ドロップレット１０２の帯電量に応じて、その電源装置の出力電圧又は出力電流を制御する。
【００３０】
次に、図１に示すターゲット供給装置の各部の具体的な構成について説明する。
図３は、図１に示す電荷供給装置３の第１の構成を示す模式図である。本構成においては、電荷供給装置として、ドロップレット１０１を通過させる開口が形成された帯電用電極２１が用いられており、帯電量の制御は、帯電量制御部８（図１）に含まれる帯電用電源装置２２によって行われる。
【００３１】
帯電用電極２１は、ターゲットノズル１の下流側に、そこから噴射されたドロップレット１０１が帯電用電極２１の開口内を通過するように配置されている。また、帯電用電源装置２２の高出力端子（ＨＶ）には帯電用電極２１が接続されており、接地端子（ＧＮＤ）にはターゲットノズル１が接続されている。このような構成において、帯電用電源装置２２によってターゲットノズル１と帯電用電極２１との間に高電圧を印加することにより、ドロップレット１０１が帯電用電極２１を通過する際に帯電する。また、帯電用電源装置２２は、帯電量計測部７（図１）による計測結果に応じて出力電圧を調整することにより、帯電量をフィードバック制御する。
【００３２】
図３に示す電荷供給装置の構成は、ターゲット物質が導電性を有する（導電性が高い）場合に適している。具体的には、水又はアルコールに錫（Ｓｎ）や銅（Ｃｕ）等の微小な金属粒子や酸化錫（ＳｎＯ２）等の酸化物の微粒子を分散させたものや、水にフッ化リチウム（ＬｉＦ）や塩化リチウム（ＬｉＣｌ）を溶解させたイオン溶液や、錫やリチウム等の溶融金属等が挙げられる。なお、先にも説明したように、ドロップレットを帯電させる時点において、ターゲット物質は液体であっても固体であっても良い。
【００３３】
図４は、図１に示す電荷供給装置３の第２の構成を示す模式図である。本構成においては、電荷供給装置として電子銃３１が用いられており、帯電量の制御は、帯電量制御部８（図１）に含まれる電子銃用電源装置３２によって行われる。
電子銃３１は、ターゲットノズル１から噴射されたドロップレット１０１の径路に向けて電子が噴射されるように配置されている。それにより、ドロップレット１０１は、電子銃３１の前を通過する際に電子を浴びて帯電する。また、電子銃用電源装置３２は、帯電量計測部７（図１）による計測結果に応じて出力電圧を調整することにより、帯電量をフィードバック制御する。
【００３４】
図４に示す電荷供給装置の構成は、ターゲット物質が導電性を有する場合に適しているが、導電性を有していない（導電性が低い）場合にも適用することは可能である。導電性を有するターゲット物質としては、先に述べたように、水又はアルコールに金属又は酸化物の微粒子を分散させたものや、金属イオンを含むイオン溶液や、溶融金属等が挙げられる。また、導電性を有しない（導電性が低い）ターゲット物質としては、キセノン（Ｘｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）等の希ガス類や、超純水や、アルコール等が挙げられる。なお、先にも説明したように、ドロップレットを帯電させる時点においては、ターゲット物質は液体であっても固体であっても良い。
【００３５】
図５は、図１に示す電荷供給装置３の第３の構成を示す模式図である。本構成においては、電荷供給装置としてプラズマ管４１が用いられており、帯電量の制御は、帯電量制御部８（図１）に含まれるプラズマ管用電源装置４２によって行われる。プラズマ管用電源装置４２は、プラズマ管４１に電力及びプラズマガスを供給する。
【００３６】
プラズマ管４１は、ターゲットノズル１の下流側に、そこから噴射されたドロップレット１０１が管内を通過するように配置されている。このプラズマ管４１内にプラズマガスを充填して電力を供給することにより、管内にプラズマ４３が発生する。それにより、ドップレット１０１は、プラズマ管４１内を通過する際にプラズマ４３を照射されて帯電する。また、プラズマ管用電源装置４２は、帯電量計測部７（図１）による計測結果に応じて出力電力及びプラズマガスの供給量を調整することにより、帯電量をフィードバック制御する。
【００３７】
図６は、図１に示す電荷供給装置３の第４の構成を示す模式図である。本構成においては、電荷供給装置としてプラズマトーチ５１が用いられており、帯電量の制御は、帯電量制御部８（図１）に含まれるプラズマトーチ用電源装置５２によって行われる。プラズマトーチ用電源装置５２は、プラズマトーチ５１に電力及びプラズマガスを供給する。
【００３８】
プラズマトーチ５１は、ターゲットノズル１の下流側に、そこから噴射されたドロップレット１０１がプラズマ形成領域内を通過するように配置されている。このプラズマトーチ５１にプラズマガス及び電力を供給することにより、プラズマ５３が発生する。それにより、ドロップレット１０１は、プラズマ形成領域内を通過する際にプラズマを照射されて帯電する。また、プラズマトーチ用電源装置５２は、帯電量計測部７（図１）による計測結果に応じて出力電力及びプラズマガスの供給量を調整することにより、帯電量をフィードバック制御する。
【００３９】
図５及び図６に示す構成は、ターゲット物質が導電性を有する場合に適しているが、導電性を有していない（導電性が低い）場合にも適用することは可能である。導電性を有するターゲット物質としては、先に述べたように、水又はアルコールに金属又は酸化物の微粒子を分散させたものや、金属イオンを含むイオン溶液や、溶融金属等が挙げられる。また、導電性を有しない（導電性が低い）ターゲット物質としては、先に述べた希ガスや、超純水や、アルコール等が挙げられる。なお、先にも説明したように、ドロップレットを帯電させる時点においては、ターゲット物質は液体であっても固体であっても良い。
【００４０】
図７は、図１に示す帯電量モニタ４及び帯電量計測部７の構成を示す模式図である。図７に示すように、本構成における帯電量モニタは、帯電ドロップレット１０２の速度を観察する速度モニタ６１と、速度モニタ６１の下流側において、帯電量計測のために帯電ドロップレット１０２を加速する計測用加速器６２と、加速後の帯電ドロップレット１０２の速度を観察する速度モニタ６３とを含んでいる。また、帯電量計測部７は、速度モニタ６１の出力信号に基づいて帯電ドロップレット１０２の速度を求める速度計測部１６１と、計測用加速器６２の動作を制御する計測用電源装置１６２と、速度モニタ６３の出力信号に基づいて加速後の帯電ドロップレット１０２の速度を求める速度計測部１６３と、加速前及び加速後の帯電ドロップレット１０２の速度に基づいて帯電ドロップレット１０２の帯電量を求める帯電量計算部１６４とを含んでいる。
【００４１】
速度モニタ６１は、レーザ６１１及び６１３と、受光素子６１２及び６１４とを含んでいる。レーザ６１１及び６１３は、各々から射出されたレーザビームが帯電ドロップレット１０２の径路を垂直に横切るように配置されている。また、受光素子６１２は、レーザ６１１から射出したレーザビームＬＢ１ａを受光するように配置されており、受光素子６１４は、レーザ６１３から射出したレーザビームＬＢ１ｂを受光するように配置されている。さらに、レーザ６１１及び６１３は、レーザビームＬＢ１ａとレーザビームＬＢ１ｂとの間隔Ｄ１が、ドロップレットの間隔Ｌ１以下になるように配置されている。
【００４２】
計測用加速器６２は、各々に帯電ドロップレット１０２が通過できる開口が形成されている２つの加速用電極６２１及び６２２を含んでいる。これらの加速用電極６２１及び６２２は、計測用電源装置１６２から電圧Ｖを供給されることにより、帯電ドロップレット１０２が通過する領域に、帯電ドロップレット１０２の進行方向に平行な電場Ｅを形成する。ここで、計測用加速器６２が帯電ドロップレットに与える加速度は、加速前と加速後において変化が生じていれば、正又は負のいずれの加速度であって良い。
【００４３】
速度モニタ６３は、レーザ６３１及び６３３と、受光素子６３２及び６３４とを含んでいる。レーザ６３１及び６３３は、各々から射出されたレーザビームが加速後の帯電ドロップレット１０２の径路を垂直に横切るように配置されている。また、受光素子６３２は、レーザ６３１から射出したレーザビームＬＢ２ａを受光するように配置されており、受光素子６３４は、レーザ６３３から射出したレーザビームＬＢ２ｂを受光するように配置されている。さらに、レーザ６３１及び６３３は、レーザビームＬＢ２ａとレーザビームＬＢ２ｂとの間隔Ｄ２が、加速後の帯電ドロップレット１０２の間隔Ｌ２以下になるように配置されている。
【００４４】
図８は、速度計測部１６１及び１６３における帯電ドロップレットの速度算出方法を説明するための図である。
あるドロップレットＤＬａがレーザビームＬＢ１ａを横切ると、受光素子６１２からの出力信号に波形Ｓａ１が現れる。また、その後でドロップレットがレーザビームＬＢ１ｂを横切ると、受光素子６１４からの出力信号に波形Ｓａ１'が現れる。ここで、２つのレーザビームの間隔Ｄ１は、ドロップレットの間隔Ｌ１以下なので、波形Ｓａ１'はドロップレットＤＬａが横切ったことを表す信号と言える。即ち、波形Ｓａ１と波形Ｓａ１'との時間差Ｔａ１は、ドロップレットＤＬａが２つのレーザビームＬＢ１ａ及びＬＢ１ｂの間の距離Ｄ１を進行するのに要した時間である。
従って、速度計測部１６１は、次式を用いてドロップレットＤＬａの速度ｖａ１を算出する。
ｖａ１＝Ｄ１／Ｔａ１
【００４５】
同様にして、速度計測部１６３は、速度モニタ６３の出力信号（波形Ｓａ２、Ｓａ２'、Ｓｂ２、Ｓｂ２'、…）に基づいて、計測用加速器６２によって加速された後のドロップレットの速度ｖ２を算出する。
ｖａ２＝Ｄ２／Ｔａ２
ここで、Ｔａ２は、ドロップレットＤＬａが２つのレーザビームＬＢ２ａ及びＬＢ２ｂの間の距離Ｄ２を進行するのに要した時間である。
【００４６】
さらに、帯電量計算部１６４は、速度計測部１６１及び１６３による計測結果（速度ｖａ２及びｖａ１）と、ドロップレットＤＬａの質量ｍと、計測用電源装置１６２が加速用電極６２１及び６２２に供給した電圧値Ｖとを用いて、ドロップレットＤＬａの帯電量Ｑを次式により計算する。
ＱＶ＝（１／２）ｍ（ｖａ２２−ｖａ１２）
Ｑ＝（１／２）ｍ（ｖａ２２−ｖａ１２）／Ｖ
このように、速度モニタ６１の出力信号（波形Ｓａ１、Ｓａ１'、Ｓｂ１、Ｓｂ１'、…）及び速度モニタ６３の出力信号（波形Ｓａ２、Ｓａ２'、Ｓｂ２、Ｓｂ２'、…）を用いることにより、順次噴射されるドロップレットＤＬａ、ＤＬｂ、…の帯電量が求められる。
【００４７】
なお、速度モニタ６１を通過したドロップレットＤＬａと、速度モニタ６３を通過したドロップレットＤＬａとの同一性（即ち、波形Ｓａ１及びＳａ１'と波形Ｓａ２及びＳａ２'とが、同じドロップレットを表す波形であること）は、パルスの発生順序や時間間隔の範囲等の関係に基づいて、同一のドロップレットに関する波形Ｓａ１及びＳａ１'並びに波形Ｓａ２及びＳａ２'の組合せを予め取得しておくことによって判断することができる。例えば、ドロップレットに対して計測用の加速を行う前に、速度モニタ６１により計測されるドロップレットの速度と、速度モニタ６１と速度モニタ６３との間の距離とを求めておき、それらに基づいて、速度モニタ６１を通過したドロップレットＤＬａが速度モニタ６３を通過する時刻を予測することができる。
【００４８】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、帯電ドロップレットの帯電量に基づいて電荷供給装置や加速器を制御することにより、加速後のドロップレットの速度を一定に維持することができるようになる。それにより、ドロップレットをプラズマ発光点に正確なタイミングで到達させることができるので、ワーキングディスタンスを大きく取れるようになる。その結果、プラズマの影響によるターゲットノズルの損傷や劣化を抑制することが可能になる。
【００４９】
本実施形態においては、電荷供給装置に対するフィードバック制御と、加速器に対するフィードフォワード制御との両方を行っているが、いずれか一方のみの制御を行っても良い。
【００５０】
また、本実施形態においては、液体のターゲット物質をノズルから噴射する場合について説明したが、本発明は、液滴状のターゲット物質や、液滴を噴射した後に固体化した粒状のターゲット物質だけでなく、固体粒状のターゲット物質をノズルから噴射する場合に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、露光装置等に用いられるＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置において用いられるターゲット供給装置に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１…ターゲットノズル、２…ピエゾ素子、３…電荷供給装置、４…帯電量モニタ、５…加速器、６…制御部、７…帯電量計測部、８…帯電量制御部、９…加速器制御部、１１…真空チャンバ、１２…排気ポンプ、１３…ターゲット物質供給装置、１４…レーザ発振器、１５…集光レンズ、１６…ＥＵＶ集光ミラー、１７…ターゲット回収筒、１８…レーザビーム、１９、４３、５３…プラズマ、２１…帯電用電極、２２…帯電用電源装置、３１…電子銃、３２…電子銃用電源装置、４１…プラズマ管、４２…プラズマ管用電源装置、５１…プラズマトーチ、５２…プラズマトーチ用電源装置、６１、６３…速度モニタ、６２…計測用加速器、１６１、１６３…速度計測部、１６２…計測用電源装置、１６３…帯電量計算部、６１１、６１３、６３１、６３３…レーザ、６１２、６１４、６３２、６３４…受光素子、６２１、６２２…加速用電極、１０１…ドロップレット、１０２…帯電ドロップレット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から出力されたレーザ光をターゲット物質に照射することにより、前記ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を放射させる極端紫外光源装置において用いられるターゲット供給装置であって、
液滴状又は固体粒状のターゲット物質を噴射するターゲットノズルと、
前記液滴状又は固体粒状のターゲット物質を帯電させる電荷供給装置と、
前記電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質の帯電量を計測する帯電量計測装置と、
前記帯電量計測装置の計測結果に基づいて、前記電荷供給装置をフィードバック制御する制御手段と、
前記電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質を加速する加速器と、
を具備する前記ターゲット供給装置。
【請求項２】
前記帯電量計測装置の計測結果に基づいて前記加速器を制御する第２の制御手段をさらに具備する請求項１記載のターゲット供給装置。
【請求項３】
レーザ光源から出力されたレーザ光をターゲット物質に照射することにより、前記ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を放射させる極端紫外光源装置において用いられるターゲット供給装置であって、
液滴状又は固体粒状のターゲット物質を噴射するターゲットノズルと、
前記液滴状又は固体粒状のターゲット物質を帯電させる電荷供給装置と、
前記電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質の帯電量を計測する帯電量計測装置と、
前記電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質を加速する加速器と、
前記帯電量計測装置の計測結果に基づいて前記加速器を制御する制御手段と、
を具備する前記ターゲット供給装置。
【請求項４】
前記制御手段が、前記電荷供給装置によって帯電させられるターゲット物質の帯電量が一定となるように前記電荷供給装置をフィードバック制御する、請求項１又は２記載のターゲット供給装置。
【請求項５】
前記第２の制御手段又は前記制御手段が、前記加速器によって加速された後のターゲット物質の速度が一定となるように前記加速器をフィードフォワード制御する、請求項２又は３記載のターゲット供給装置。
【請求項１】
レーザ光源から出力されたレーザ光をターゲット物質に照射することにより、前記ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を放射させる極端紫外光源装置において用いられるターゲット供給装置であって、
液滴状又は固体粒状のターゲット物質を噴射するターゲットノズルと、
前記液滴状又は固体粒状のターゲット物質を帯電させる電荷供給装置と、
前記電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質の帯電量を計測する帯電量計測装置と、
前記帯電量計測装置の計測結果に基づいて、前記電荷供給装置をフィードバック制御する制御手段と、
前記電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質を加速する加速器と、
を具備する前記ターゲット供給装置。
【請求項２】
前記帯電量計測装置の計測結果に基づいて前記加速器を制御する第２の制御手段をさらに具備する請求項１記載のターゲット供給装置。
【請求項３】
レーザ光源から出力されたレーザ光をターゲット物質に照射することにより、前記ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を放射させる極端紫外光源装置において用いられるターゲット供給装置であって、
液滴状又は固体粒状のターゲット物質を噴射するターゲットノズルと、
前記液滴状又は固体粒状のターゲット物質を帯電させる電荷供給装置と、
前記電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質の帯電量を計測する帯電量計測装置と、
前記電荷供給装置によって帯電させられたターゲット物質を加速する加速器と、
前記帯電量計測装置の計測結果に基づいて前記加速器を制御する制御手段と、
を具備する前記ターゲット供給装置。
【請求項４】
前記制御手段が、前記電荷供給装置によって帯電させられるターゲット物質の帯電量が一定となるように前記電荷供給装置をフィードバック制御する、請求項１又は２記載のターゲット供給装置。
【請求項５】
前記第２の制御手段又は前記制御手段が、前記加速器によって加速された後のターゲット物質の速度が一定となるように前記加速器をフィードフォワード制御する、請求項２又は３記載のターゲット供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２５３８１８（Ｐ２０１１−２５３８１８Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５０７７（Ｐ２０１１−１５５０７７）
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【分割の表示】特願２００６−８８２４５（Ｐ２００６−８８２４５）の分割
【原出願日】平成１８年３月２８日（２００６．３．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「極端紫外線（ＥＵＶ）露光システムの基盤開発」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】（３０００７３９１９）ギガフォトン株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【分割の表示】特願２００６−８８２４５（Ｐ２００６−８８２４５）の分割
【原出願日】平成１８年３月２８日（２００６．３．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「極端紫外線（ＥＵＶ）露光システムの基盤開発」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】（３０００７３９１９）ギガフォトン株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
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