プラズマ光源システム
【課題】発生するプラズマ光の出力を大幅に高めた場合でも熱負荷によるダメージを抑えて装置寿命を延ばすことができるプラズマ光源システムを提供する。
【解決手段】内部が真空排気される真空チャンバー２１内で、中心軸７を中心とする円周上に設置された複数の発光点１ａでプラズマ光８を周期的に発光する複数のプラズマ光源１０と、各発光点１ａにおけるプラズマ光８を中心軸７上に位置する集光点９に向けて反射するミラー回転体４０と、ミラー回転体４０を中心軸７まわりに回転駆動する回転駆動装置４８と、ミラー回転体４０の内部を冷却する冷却装置５０とを備える。
【解決手段】内部が真空排気される真空チャンバー２１内で、中心軸７を中心とする円周上に設置された複数の発光点１ａでプラズマ光８を周期的に発光する複数のプラズマ光源１０と、各発光点１ａにおけるプラズマ光８を中心軸７上に位置する集光点９に向けて反射するミラー回転体４０と、ミラー回転体４０を中心軸７まわりに回転駆動する回転駆動装置４８と、ミラー回転体４０の内部を冷却する冷却装置５０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代半導体の微細加工のために極端紫外光源を用いるリソグラフィが期待されている。リソグラフィとは回路パターンの描かれたマスクを通して光やビームをシリコン基板上に縮小投影し、レジスト材料を感光させることで電子回路を形成する技術である。光リソグラフィで形成される回路の最小加工寸法は基本的には光源の波長に依存している。従って、次世代の半導体開発には光源の短波長化が必須であり、この光源開発に向けた研究が進められている。
【０００３】
次世代リソグラフィ光源として最も有力視されているのが、極端紫外（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光源であり、およそ１〜１００ｎｍの波長領域の光を意味する。この領域の光はあらゆる物質に対し吸収率が高く、レンズ等の透過型光学系を利用することができないので、反射型光学系を用いることになる。また極端紫外光領域の光学系は非常に開発が困難で、限られた波長にしか反射特性を示さない。
【０００４】
現在、１３．５ｎｍに感度を有するＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡が開発されており、この波長の光と反射鏡を組み合わせたリソグラフィ技術が開発されれば３０ｎｍ以下の加工寸法を実現できると予測されている。さらなる微細加工技術の実現のために、波長１３．５ｎｍのリソグラフィ光源の開発が急務であり、高エネルギー密度プラズマからの輻射光が注目されている。
【０００５】
光源プラズマ生成はレーザー照射方式（ＬＰＰ：Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）とパルスパワー技術によって駆動されるガス放電方式（ＤＰＰ：Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）に大別できる。ＤＰＰは、投入した電力が直接プラズマエネルギーに変換されるので、ＬＰＰに比べて変換効率で優位であるうえに、装置が小型で低コストという利点がある。
【０００６】
ガス放電方式による高温高密度プラズマからの放射スペクトルは、基本的にはターゲット物質の温度と密度によって決まり、プラズマの原子過程を計算した結果によると、ＥＵＶ放射領域のプラズマにするにはＸｅ，Ｓｎの場合で電子温度、電子密度がそれぞれ数１０ｅＶ、１０１８ｃｍ−３程度，Ｌｉの場合で２０ｅＶ、１０１８ｃｍ−３程度が最適とされている。
【０００７】
なお、上述したプラズマ光源は、非特許文献１，２および特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】佐藤弘人、他、「リソグラフィ用放電プラズマＥＵＶ光源」、ＯＱＤ−０８−２８
【非特許文献２】Ｊｅｒｏｅｎ Ｊｏｎｋｅｒｓ，“Ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａ−ｖｉｏｌｅｔ（ＥＵＶ） ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅｓ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”，Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， １５（２００６） Ｓ８−Ｓ１６
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２２６２４４号公報、「極端紫外光源および半導体露光装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＥＵＶリソグラフィ光源には、高い平均出力、微小な光源サイズ、飛散粒子（デブリ）が少ないこと等が要求される。現状では、ＥＵＶ発光量が要求出力に対して極めて低く、高出力化が大きな課題の一つである。
【００１１】
現在、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光源は、高繰り返しのパルス光源を用いる方向で開発が進められている。
しかし、実用出力を目指す、高繰り返し運転化（１０〜１００ｋＨｚ）においては、従来技術を大きく上回るエネルギー変換効率（例えば１０％以上）を達成したとしても、リソグラフィ光源に要求される１ｋＷ出力を達成するには１０ｋＷ以上の電力を光源部に投入する必要がある。
【００１２】
一方、高出力化のために入力エネルギーを大きくすると熱負荷によるダメージがプラズマ生成装置や光学系の寿命の低下を招いてしまう問題点があった。
【００１３】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、発生するプラズマ光の出力を大幅に高めた場合でも熱負荷によるダメージを抑えて装置寿命を延ばすことができるプラズマ光源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、内部が真空排気される真空チャンバー内で、中心軸を中心とする円周上に設置された複数の発光点でプラズマ光を周期的に発光する複数のプラズマ光源と、
前記各発光点におけるプラズマ光を前記中心軸上に位置する集光点に向けて反射するミラー回転体と、
該ミラー回転体を前記中心軸まわりに回転駆動する回転駆動装置と、
前記ミラー回転体の内部を冷却する冷却装置と、を備えることを特徴とするプラズマ光源システムが提供される。
【００１５】
本発明の実施形態によれば、前記ミラー回転体は、前記各発光点におけるプラズマ光を前記中心軸上に位置する集光点に向けて反射する反射ミラーと、
該反射ミラーの背面を気密に囲むミラー支持体と、
該ミラー支持体に一端が固定され前記中心軸に沿って延び、他端が真空チャンバーの外側に位置し、ミラー支持体内部から前記他端まで連通する中空孔を有する中空回転軸と、を有する。
【００１６】
前記冷却装置は、前記中空孔の内面に接触することなく該中空孔を通して中空回転軸の外側からミラー支持体の内部まで連通する中空の冷却水導水管と、
該冷却水導水管を介して反射ミラーの背面に向けて冷却水を噴射し、かつ前記中空孔と冷却水導水管との隙間から冷却水を回収する冷却水供給装置と、を有する。
【００１７】
また、前記真空チャンバーは、前記中空回転軸が貫通する貫通支持部を有しており、
該貫通支持部内に中空回転軸の軸方向に間隔を隔てて位置し、中空回転軸を気密にシールする複数の磁性流体シールと、
該磁性流体シール間の空間を真空排気する真空排気装置とを有する。
【００１８】
また、前記中空回転軸に固定され、前記ミラー回転体の前記中心軸を中心とする回転バランスを調整するバランスウエイトを有する。
【００１９】
また、前記バランスウエイトは、前記回転駆動装置の支持位置を中心とする前記ミラー回転体の回転モーメントとバランスする重量を有する、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
上述した本発明の構成によれば、プラズマ光を反射するミラー回転体の内部を冷却する冷却装置を備えるので、プラズマ光の出力を大幅に高めた場合でも熱負荷によるミラー回転体のダメージを抑えて装置寿命を延ばすことができる。
【００２１】
また、ミラー回転体は、反射ミラー、ミラー支持体、及び中空回転軸からなり、前記冷却装置は、中空回転軸の中空孔を介して反射ミラーの背面を冷却水で直接冷却するので、反射ミラーの反射率が低く、熱負荷が大きい場合でも、効率的に反射ミラーを冷却してそのダメージを防止することができる。
【００２２】
また、特に前記冷却装置は、中空の冷却水導水管と冷却水供給装置からなり、冷却水導水管は前記中空孔の内面に接触することなく、冷却水導水管を介して反射ミラーの背面に向けて冷却水を噴射し、かつ前記中空孔と冷却水導水管との隙間から冷却水を回収するので、回転抵抗が小さく、ミラー回転体の高速回転に影響を与えることなく、熱負荷による反射ミラーのダメージを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明と関連するプラズマ光源の実施形態図である。
【図２】図１のプラズマ光源の作動説明図である。
【図３】本発明によるプラズマ光源システムの第１実施形態の平面図である。
【図４】図３の側面図である。
【図５】本発明によるプラズマ光源システムの第２実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２５】
図１は、本発明と関連するプラズマ光源の実施形態図であり、このプラズマ光源１０は、１対の同軸状電極１１、放電環境保持装置２０、及び電圧印加装置３０を備える。
１対の同軸状電極１１は、対称面１を中心として対向配置されている。各同軸状電極１１は、棒状の中心電極１２、管状のガイド電極１４及びリング状の絶縁体１６からなる。
【００２６】
棒状の中心電極１２は、単一の軸線Ｚ−Ｚ上に延びる導電性の電極である。
管状のガイド電極１４は、中心電極１２を一定の間隔を隔てて囲み、その間にプラズマ媒体を保有するようになっている。プラズマ媒体は、例えばＸｅ，Ｓｎ，Ｌｉ等のガスである。
リング状の絶縁体１６は、中心電極１２とガイド電極１４の間に位置する中空円筒形状の電気的絶縁体であり、中心電極１２とガイド電極１４の間を電気的に絶縁する。
【００２７】
１対の同軸状電極１１は、各中心電極１２が同一の軸線Ｚ−Ｚ上に位置し、かつ互いに一定の間隔を隔てて対称に位置する。
【００２８】
放電環境保持装置２０は、同軸状電極１１内にプラズマ媒体を供給し、かつプラズマ発生に適した温度及び圧力に同軸状電極１１を保持する。放電環境保持装置２０は、例えば、真空チャンバー、温度調節器、真空装置、及びプラズマ媒体供給装置により構成することができる。
【００２９】
電圧印加装置３０は、各同軸状電極１１に極性を反転させた放電電圧を印加する。電圧印加装置３０は、この例では、正電圧源３２、負電圧源３４及びトリガスイッチ３６からなる。
正電圧源３２は、一方（この例では左側）の同軸状電極１１の中心電極１２にそのガイド電極１４より高い正の放電電圧を印加する。
負電圧源３４は、他方（この例では右側）の同軸状電極１１の中心電極１２にそのガイド電極１４より低い負の放電電圧を印加する。
トリガスイッチ３６は、正電圧源３２と負電圧源３４を同時に作動させて、それぞれの同軸状電極１２に同時に正負の放電電圧を印加する。
この構成により、本発明のプラズマ光源は、１対の同軸状電極１１間に管状放電を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるようになっている。
【００３０】
図２は、図１のプラズマ光源の作動説明図である。この図において、（Ａ）は面状放電の発生時、（Ｂ）は面状放電の移動中、（Ｃ）はプラズマの形成時、（Ｄ）はプラズマ閉込め磁場の形成時を示している。
以下、この図を参照して、プラズマ光発生方法を説明する。
【００３１】
上記プラズマ光発生方法では、上述した１対の同軸状電極１１を対向配置し、放電環境保持装置２０により同軸状電極１１内にプラズマ媒体を供給しかつプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持し、電圧印加装置３０により各同軸状電極１１に極性を反転させた放電電圧を印加する。
【００３２】
図２（Ａ）に示すように、この電圧印加により、１対の同軸状電極１１に絶縁体１６の表面でそれぞれ面状の放電電流（以下、面状放電２と呼ぶ）が発生する。面状放電２は、２次元的に広がる面状の放電電流であり、以下「電流シート」と呼ぶ。
なおこの際、左側の同軸状電極１１の中心電極１２は正電圧（＋）、ガイド電極１４は負電圧（−）に印加され、右側の同軸状電極１１の中心電極１２は負電圧（−）、そのガイド電極１４は正電圧（＋）に印加されている。
【００３３】
図２（Ｂ）に示すように、面状放電２は、自己磁場によって電極から排出される方向（図で中心に向かう方向）に移動する。
【００３４】
図２（Ｃ）に示すように、面状放電２が１対の同軸状電極１１の先端に達すると、１対の面状放電２の間に挟まれたプラズマ媒体６が高密度、高温となり、各同軸状電極１１の対向する中間位置（中心電極１２の対称面１）に単一のプラズマ３が形成される。
【００３５】
さらに、この状態において、対向する１対の中心電極１２は、正電圧（＋）と負電圧（−）であり、同様に対向する１対のガイド電極１４も、正電圧（＋）と負電圧（−）であるので、図２（Ｄ）に示すように、面状放電２は対向する１対の中心電極１２同士、及び対向する１対のガイド電極１４の間で放電する管状放電４に繋ぎ換えられる。ここで、管状放電４とは、軸線Ｚ−Ｚを囲む中空円筒状の放電電流を意味する。
この管状放電４が形成されると、図に符号５で示すプラズマ閉込め磁場（磁気ビン）が形成され、プラズマ３を半径方向及び軸方向に封じ込むことができる。
すなわち、磁気ビン５はプラズマ３の圧力により中央部は大きくその両側が小さくなり、プラズマ３に向かう軸方向の磁気圧勾配が形成され、この磁気圧勾配によりプラズマ３は中間位置に拘束される。さらにプラズマ電流の自己磁場によって中心方向にプラズマ３は圧縮（Ｚピンチ）され、半径方向にも自己磁場による拘束が働く。
この状態において、プラズマ３の発光エネルギーに相当するエネルギーを電圧印加装置３０から供給し続ければ、高いエネルギー変換効率で、プラズマ光８（ＥＵＶ）を長時間安定して発生させることができる。
【００３６】
上述した装置と方法によれば、対向配置された１対の同軸状電極１１を備え、１対の同軸状電極１１にそれぞれ面状の放電電流（面状放電２）を発生させ、面状放電２により各同軸状電極１１の対向する中間位置に単一のプラズマ３を形成し、次いで面状放電２を１対の同軸状電極間の管状放電４に繋ぎ換えてプラズマ３を封じ込めるプラズマ閉込め磁場５（磁気ビン５）を形成するので、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光を長時間（μｓｅｃオーダーで）安定して発生させることができる。
【００３７】
また、従来のキャピラリー放電や真空光電金属プラズマと比較すると、１対の同軸状電極１１の対向する中間位置に単一のプラズマ３が形成され、かつエネルギー変換効率を大幅（１０倍以上）に改善できるので、プラズマ形成中における各電極の熱負荷が小さくなり、構成機器の熱負荷によるダメージを大幅に低減できる。
【００３８】
また、１対の同軸状電極１１の対向する中間位置にプラズマ光の発光源であるプラズマ３が形成されるので、発生したプラズマ光の有効な放射立体角を大きくできる。
【００３９】
しかし、上述したプラズマ光源により、従来技術と比較してエネルギー変換効率を大幅に改善できるが、そのエネルギー変換効率は依然として低く（例えば１０％程度）、光源部に投入する電力１ｋＷに対して発生可能なプラズマ光の出力は０．１ｋＷ程度に過ぎない。
そのため、リソグラフィ光源に要求されるプラズマ光の出力（例えば１ｋＷ）を達成するために、更なる工夫が必要であった。
【００４０】
図３は、本発明によるプラズマ光源システムの第１実施形態の平面図であり、図４は図３の側面図である。
図３、図４において、本発明のプラズマ光源システムは、複数（この例では４つ）のプラズマ光源１０（この例では、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）と、ミラー回転体４０を備える。
【００４１】
なお、プラズマ光源１０を構成する放電環境保持装置２０と電圧印加装置３０は、複数のプラズマ光源１０にそれぞれ設けるのが好ましいが、その一部又は全部を共用してもよい。
【００４２】
複数（４つ）のプラズマ光源１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）は、それぞれ、所定の発光点１ａでプラズマ光８を周期的に発光する。この周期は１ｋＨｚ以上、プラズマ光の発光時間は１μｓｅｃ以上、プラズマ光の出力は０．１ｋＷ以上であるのがよい。また、各プラズマ光源１０の周期、発光時間および出力はそれぞれ等しいことが好ましい。
また、各プラズマ光源１０は、図１に示したように対向配置された１対の同軸状電極１１と、同軸状電極１１内にプラズマ媒体を供給しかつプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持する放電環境保持装置２０と、各同軸状電極１１に極性を反転させた放電電圧を印加する電圧印加装置３０とを備え、１対の同軸状電極１１の間に管状放電を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるようになっている。
【００４３】
ミラー回転体４０は、反射ミラー４２、ミラー支持体４４及び中空回転軸４６からなる。
【００４４】
この例において、プラズマ光源１０の複数の発光点１ａは、中心軸７を中心とする円周上に設置されている。円周上の間隔は、好ましくは互いに等しく設定するのがよい。またこの例で、中心軸７は鉛直軸である。
【００４５】
反射ミラー４２は、プラズマ光源１０の複数の発光点１ａにおけるプラズマ光８を集光点９に集光する。
反射ミラー４２は、前記中心軸７上に位置し、プラズマ光源１０の各発光点１ａからのプラズマ光８を中心軸７上に位置する集光点９に向けて反射するようになっている。この例において、反射ミラー４２は、凹面ミラーであるが、平面ミラーであってもよい。
また、反射ミラー４２と発光点１ａとの間に、図示しない集光ミラーを設け、集光ミラーと反射ミラー４２とで、発光点１ａにおけるプラズマ光８を集光点９に集光してもよい。
【００４６】
ミラー支持体４４は、反射ミラー４２の背面（図で下面）を気密に囲み内部が中空の中空部材である。
中空回転軸４６は、ミラー支持体４４に一端４６ａ（図で上端）が固定され、中心軸７に沿って延び、他端４６ｂ（図で下端）が真空チャンバー２１の外側（図で下方）に位置し、ミラー支持体４４の内部から他端４６ｂまで連通する中空孔４７を有する。
【００４７】
真空チャンバー２１は、上述した放電環境保持装置２０の構成部材であり、プラズマ光源１０、反射ミラー４２及びミラー支持体４４を気密に囲み内部が真空排気される。
【００４８】
図４において、本発明のプラズマ光源システムは、さらに、回転駆動装置４８を備える。
回転駆動装置４８は、各プラズマ光源１０の発光時に反射ミラー４２がそのプラズマ光源に向くように、中心軸７を中心に反射ミラー４２を回転させるようになっている。
【００４９】
回転駆動装置４８は、この例では、軸受マウント４８ａ、軸受４８ｂ、歯車装置４９ａ、及び駆動モータ４９ｂを備える。
【００５０】
軸受マウント４８ａは、真空チャンバー２１の外部（図で下方）に固定され、内部に複数の軸受４８ｂを有し、中空回転軸４６を中心軸７のまわりに回転可能に支持する。
歯車装置４９ａは、ミラー回転体４９の中空回転軸４６に固定された従動歯車と、これと歯合する駆動歯車とからなる。駆動モータ４９ｂは、高速回転用の電動機であり駆動歯車を回転駆動する。
なお、本発明の回転駆動装置４８は、この例に限定されず、歯車装置以外の回転手段を用いてもよい、
【００５１】
また、この実施形態において、プラズマ光源１０は、４台であるが、２〜３台でも、５台以上でもよい。また、特に、発光間隔を短縮し、高繰返し運転（１〜１０ｋＨｚ）を実現するためには、多いほど好ましく、例えば１０以上であるのが好ましい。
【００５２】
上述した本発明の第１実施形態によれば、複数のプラズマ光源１０を同一円周上に設置し、反射ミラー４２による集光点９を上記円の中心軸線上に作り、円の中心部に設置した反射ミラー４２で円中心を通る垂直軸上に集光させる配置とし、さらに、円周上に配置された個々のプラズマ光源１０の発光タイミングと同期して、反射ミラー４２の反射面がそのプラズマ光源１０に対面するように回転させることにより、集光点９から高出力、かつ微小サイズのプラズマ光を周期的に発光させることができる。
【００５３】
また、ＥＵＶ領域のミラーは反射率が低い（例えば７０％前後）が、図３の構成では、単一の反射ミラー４２による１回の反射でプラズマ光８を集光点９に集光するので、反射効率を高くでき、発生したＥＵＶ光の利用効率を大きくできる。
【００５４】
図４において、本発明のプラズマ光源システムは、さらに、冷却装置５０を備える。冷却装置５０は、この例では、中空の冷却水導水管５２と冷却水供給装置５４からなる。
【００５５】
中空の冷却水導水管５２は、この例では下端５２ｂが真空チャンバー２１の外部（この例では冷却水供給装置５４）に固定された鉛直中空管であり、中空回転軸４６の中空孔４７の内面に接触することなく中空孔４７を通して中空回転軸４６の外側からミラー支持体４２の内部まで連通し、その上端５２ａが反射ミラー４２の背面近傍に位置するようになっている。
【００５６】
冷却水供給装置５４は、冷却水回収タンク５５と、図示しない冷却水ポンプとを備える。冷却水ポンプは、冷却水導水管５２の下端５２ｂから冷却水導水管５２を介して反射ミラー４２の背面に向けて冷却水を噴射する。また、冷却水回収タンク５５は、中空回転軸４６の中空孔４７と冷却水導水管５２との隙間から冷却水を回収するようになっている。
【００５７】
上述した冷却装置５０の構成により、ＥＵＶ領域のミラーは反射率が低く（例えば７０％前後）、その分、ミラー自体の熱吸収量が増大するが、高速回転するミラー回転体４９は、冷却装置５０（冷却水導水管５２と冷却水供給装置５４）に全く接触しないので、高速回転用のシール装置（例えばオイルシール）が不要であり、冷却装置５０に起因する回転抵抗を小さくできる。
また冷却装置５０は、中空回転軸４６の中空孔４７を介して反射ミラー４２の背面を冷却水で直接冷却するので、反射ミラー４２の反射率が低く、熱負荷が大きい場合でも、効率的に反射ミラー４２を冷却してそのダメージを防止することができる。
【００５８】
図４において、本発明のプラズマ光源システムは、さらに貫通支持部６２、複数の磁性流体シール６４、及び真空排気装置６６を備える。
貫通支持部６２は、真空チャンバー２１の外面に気密に固定され、中空回転軸４６が貫通する貫通孔６２ａを有する。
【００５９】
複数（この例では２つ）の磁性流体シール６４は、貫通支持部６２の貫通孔６２ａと中空回転軸４６の間に中空回転軸４６の軸方向に間隔を隔てて位置し、中空回転軸４６の外面を気密にシールする。
磁性流体シールとは、磁性流体が磁場に反応する力を用い、リング状のマグネットをステンレスなどの強磁性材料で挟み込んだ磁気回路部品と組み合わせて使うことにより、磁性流体の液体Ｏリングを中空回転軸４６上に形成し、駆動部などから発生するゴミ、オイルミストなどが真空チャンバー２１内へ浸入するのを防ぐものである。
【００６０】
貫通支持部６２は、さらに複数の磁性流体シール６４の間の空間とその外面とを連通する半径方向孔６２ｂを有する。
真空排気装置６６は、この半径方向孔６２ｂに接続された排気管６５を有しており、排気管６５を介して磁性流体シール６４の間の空間を真空排気する。
【００６１】
上述した構成により、本発明では、磁性流体シール６４を複数段とし、そのシール間も真空排気することにより、高速回転でもリーク量を大幅に低減、ないし皆無にすることができる。
【００６２】
図５は、本発明によるプラズマ光源システムの第２実施形態の側面図である。
この図の例で、中心軸７は水平軸である。また、本発明のプラズマ光源システムは、さらに、バランスウエイト６８を備える。
バランスウエイト６８は、この例では、中空回転軸４６の他端４６ｂ近傍に固定され、ミラー回転体４０の中心軸７を中心とする回転バランスを調整するようになっている。
【００６３】
また、この例で、バランスウエイト６８は、回転駆動装置４８の支持位置（例えば軸受４８ｂの中心位置）を中心とするミラー回転体４０の回転モーメントとバランスする重量を有する。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００６４】
上述したバランスウエイト６８を備えることにより、ミラー回転体４０の中心軸７を中心とする回転バランスを調整して、ミラー回転体４０の高速回転を可能にできる。
また、高速回転機構の軸受マウント４８ａに対して、真空中の反射ミラー４２及びミラー支持体４４とは反対側に反射ミラー４２及びミラー支持体４４の重量とバランスするバランスウエイト６８を備えるので、軸受４８ｂに作用する回転モーメントを低減してミラー回転体４０の回転軸７を水平に保持することができる。
【００６５】
上述したように、本発明の構成によれば、プラズマ光８を反射するミラー回転体４０の内部を冷却する冷却装置５０を備えるので、プラズマ光８の出力を大幅に高めた場合でも熱負荷によるミラー回転体４０のダメージを抑えて装置寿命を延ばすことができる。
【００６６】
また、ミラー回転体４０は、反射ミラー４２、ミラー支持体４４、及び中空回転軸４６からなり、冷却装置５０は、中空回転軸４６の中空孔４７を介して反射ミラー４２の背面を冷却水で直接冷却するので、反射ミラー４２の反射率が低く、熱負荷が大きい場合でも、効率的に反射ミラー４２を冷却してそのダメージを防止することができる。
【００６７】
また、特に冷却装置５０は、中空の冷却水導水管５２と冷却水供給装置５４からなり、冷却水導水管５２は中空回転軸４６の中空孔４７の内面に接触することなく、冷却水導水管５２を介して反射ミラー４２の背面に向けて冷却水を噴射し、かつ中空孔４７と冷却水導水管５２との隙間から冷却水を回収するので、回転抵抗が小さく、ミラー回転体の高速回転に影響を与えることなく、熱負荷による反射ミラーのダメージを抑えることができる。
【００６８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００６９】
１ 対称面、１ａ 発光点、
２ 面状放電（電流シート）、３ プラズマ、
４ 管状放電、５ プラズマ閉込め磁場、
６ プラズマ媒体、７ 中心軸、
８ プラズマ光（ＥＵＶ）、９ 集光点、
１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ） プラズマ光源、
１１ 同軸状電極、１２ 中心電極、１２ａ 凹穴、
１４ ガイド電極、１４ａ 開口、
１６ 絶縁体（多孔質セラミック）、
２０ 放電環境保持装置、２１ 真空チャンバー、
３０ 電圧印加装置、３２ 正電圧源、
３４ 負電圧源、３６ トリガスイッチ、
４０ ミラー回転体、４２ 反射ミラー（凹面ミラー）、
４４ ミラー支持体、４６ 中空回転軸、
４６ａ 一端、４６ｂ 他端、４７ 中空孔、
４８ 回転駆動装置、４８ａ 軸受マウント、４８ｂ 軸受、
４９ａ 歯車装置、４９ｂ 駆動モータ、
５０ 冷却装置、５２ 冷却水導水管、
５２ａ 上端、５２ｂ 下端、
５４ 冷却水供給装置、５５ 冷却水回収タンク、
６２ 貫通支持部、６２ａ 貫通孔、６２ｂ 半径方向孔、
６４ 磁性流体シール、６５ 排気管、
６６ 真空排気装置、６８ バランスウエイト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代半導体の微細加工のために極端紫外光源を用いるリソグラフィが期待されている。リソグラフィとは回路パターンの描かれたマスクを通して光やビームをシリコン基板上に縮小投影し、レジスト材料を感光させることで電子回路を形成する技術である。光リソグラフィで形成される回路の最小加工寸法は基本的には光源の波長に依存している。従って、次世代の半導体開発には光源の短波長化が必須であり、この光源開発に向けた研究が進められている。
【０００３】
次世代リソグラフィ光源として最も有力視されているのが、極端紫外（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光源であり、およそ１〜１００ｎｍの波長領域の光を意味する。この領域の光はあらゆる物質に対し吸収率が高く、レンズ等の透過型光学系を利用することができないので、反射型光学系を用いることになる。また極端紫外光領域の光学系は非常に開発が困難で、限られた波長にしか反射特性を示さない。
【０００４】
現在、１３．５ｎｍに感度を有するＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡が開発されており、この波長の光と反射鏡を組み合わせたリソグラフィ技術が開発されれば３０ｎｍ以下の加工寸法を実現できると予測されている。さらなる微細加工技術の実現のために、波長１３．５ｎｍのリソグラフィ光源の開発が急務であり、高エネルギー密度プラズマからの輻射光が注目されている。
【０００５】
光源プラズマ生成はレーザー照射方式（ＬＰＰ：Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）とパルスパワー技術によって駆動されるガス放電方式（ＤＰＰ：Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）に大別できる。ＤＰＰは、投入した電力が直接プラズマエネルギーに変換されるので、ＬＰＰに比べて変換効率で優位であるうえに、装置が小型で低コストという利点がある。
【０００６】
ガス放電方式による高温高密度プラズマからの放射スペクトルは、基本的にはターゲット物質の温度と密度によって決まり、プラズマの原子過程を計算した結果によると、ＥＵＶ放射領域のプラズマにするにはＸｅ，Ｓｎの場合で電子温度、電子密度がそれぞれ数１０ｅＶ、１０１８ｃｍ−３程度，Ｌｉの場合で２０ｅＶ、１０１８ｃｍ−３程度が最適とされている。
【０００７】
なお、上述したプラズマ光源は、非特許文献１，２および特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】佐藤弘人、他、「リソグラフィ用放電プラズマＥＵＶ光源」、ＯＱＤ−０８−２８
【非特許文献２】Ｊｅｒｏｅｎ Ｊｏｎｋｅｒｓ，“Ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａ−ｖｉｏｌｅｔ（ＥＵＶ） ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅｓ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”，Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， １５（２００６） Ｓ８−Ｓ１６
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２２６２４４号公報、「極端紫外光源および半導体露光装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＥＵＶリソグラフィ光源には、高い平均出力、微小な光源サイズ、飛散粒子（デブリ）が少ないこと等が要求される。現状では、ＥＵＶ発光量が要求出力に対して極めて低く、高出力化が大きな課題の一つである。
【００１１】
現在、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光源は、高繰り返しのパルス光源を用いる方向で開発が進められている。
しかし、実用出力を目指す、高繰り返し運転化（１０〜１００ｋＨｚ）においては、従来技術を大きく上回るエネルギー変換効率（例えば１０％以上）を達成したとしても、リソグラフィ光源に要求される１ｋＷ出力を達成するには１０ｋＷ以上の電力を光源部に投入する必要がある。
【００１２】
一方、高出力化のために入力エネルギーを大きくすると熱負荷によるダメージがプラズマ生成装置や光学系の寿命の低下を招いてしまう問題点があった。
【００１３】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、発生するプラズマ光の出力を大幅に高めた場合でも熱負荷によるダメージを抑えて装置寿命を延ばすことができるプラズマ光源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、内部が真空排気される真空チャンバー内で、中心軸を中心とする円周上に設置された複数の発光点でプラズマ光を周期的に発光する複数のプラズマ光源と、
前記各発光点におけるプラズマ光を前記中心軸上に位置する集光点に向けて反射するミラー回転体と、
該ミラー回転体を前記中心軸まわりに回転駆動する回転駆動装置と、
前記ミラー回転体の内部を冷却する冷却装置と、を備えることを特徴とするプラズマ光源システムが提供される。
【００１５】
本発明の実施形態によれば、前記ミラー回転体は、前記各発光点におけるプラズマ光を前記中心軸上に位置する集光点に向けて反射する反射ミラーと、
該反射ミラーの背面を気密に囲むミラー支持体と、
該ミラー支持体に一端が固定され前記中心軸に沿って延び、他端が真空チャンバーの外側に位置し、ミラー支持体内部から前記他端まで連通する中空孔を有する中空回転軸と、を有する。
【００１６】
前記冷却装置は、前記中空孔の内面に接触することなく該中空孔を通して中空回転軸の外側からミラー支持体の内部まで連通する中空の冷却水導水管と、
該冷却水導水管を介して反射ミラーの背面に向けて冷却水を噴射し、かつ前記中空孔と冷却水導水管との隙間から冷却水を回収する冷却水供給装置と、を有する。
【００１７】
また、前記真空チャンバーは、前記中空回転軸が貫通する貫通支持部を有しており、
該貫通支持部内に中空回転軸の軸方向に間隔を隔てて位置し、中空回転軸を気密にシールする複数の磁性流体シールと、
該磁性流体シール間の空間を真空排気する真空排気装置とを有する。
【００１８】
また、前記中空回転軸に固定され、前記ミラー回転体の前記中心軸を中心とする回転バランスを調整するバランスウエイトを有する。
【００１９】
また、前記バランスウエイトは、前記回転駆動装置の支持位置を中心とする前記ミラー回転体の回転モーメントとバランスする重量を有する、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
上述した本発明の構成によれば、プラズマ光を反射するミラー回転体の内部を冷却する冷却装置を備えるので、プラズマ光の出力を大幅に高めた場合でも熱負荷によるミラー回転体のダメージを抑えて装置寿命を延ばすことができる。
【００２１】
また、ミラー回転体は、反射ミラー、ミラー支持体、及び中空回転軸からなり、前記冷却装置は、中空回転軸の中空孔を介して反射ミラーの背面を冷却水で直接冷却するので、反射ミラーの反射率が低く、熱負荷が大きい場合でも、効率的に反射ミラーを冷却してそのダメージを防止することができる。
【００２２】
また、特に前記冷却装置は、中空の冷却水導水管と冷却水供給装置からなり、冷却水導水管は前記中空孔の内面に接触することなく、冷却水導水管を介して反射ミラーの背面に向けて冷却水を噴射し、かつ前記中空孔と冷却水導水管との隙間から冷却水を回収するので、回転抵抗が小さく、ミラー回転体の高速回転に影響を与えることなく、熱負荷による反射ミラーのダメージを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明と関連するプラズマ光源の実施形態図である。
【図２】図１のプラズマ光源の作動説明図である。
【図３】本発明によるプラズマ光源システムの第１実施形態の平面図である。
【図４】図３の側面図である。
【図５】本発明によるプラズマ光源システムの第２実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２５】
図１は、本発明と関連するプラズマ光源の実施形態図であり、このプラズマ光源１０は、１対の同軸状電極１１、放電環境保持装置２０、及び電圧印加装置３０を備える。
１対の同軸状電極１１は、対称面１を中心として対向配置されている。各同軸状電極１１は、棒状の中心電極１２、管状のガイド電極１４及びリング状の絶縁体１６からなる。
【００２６】
棒状の中心電極１２は、単一の軸線Ｚ−Ｚ上に延びる導電性の電極である。
管状のガイド電極１４は、中心電極１２を一定の間隔を隔てて囲み、その間にプラズマ媒体を保有するようになっている。プラズマ媒体は、例えばＸｅ，Ｓｎ，Ｌｉ等のガスである。
リング状の絶縁体１６は、中心電極１２とガイド電極１４の間に位置する中空円筒形状の電気的絶縁体であり、中心電極１２とガイド電極１４の間を電気的に絶縁する。
【００２７】
１対の同軸状電極１１は、各中心電極１２が同一の軸線Ｚ−Ｚ上に位置し、かつ互いに一定の間隔を隔てて対称に位置する。
【００２８】
放電環境保持装置２０は、同軸状電極１１内にプラズマ媒体を供給し、かつプラズマ発生に適した温度及び圧力に同軸状電極１１を保持する。放電環境保持装置２０は、例えば、真空チャンバー、温度調節器、真空装置、及びプラズマ媒体供給装置により構成することができる。
【００２９】
電圧印加装置３０は、各同軸状電極１１に極性を反転させた放電電圧を印加する。電圧印加装置３０は、この例では、正電圧源３２、負電圧源３４及びトリガスイッチ３６からなる。
正電圧源３２は、一方（この例では左側）の同軸状電極１１の中心電極１２にそのガイド電極１４より高い正の放電電圧を印加する。
負電圧源３４は、他方（この例では右側）の同軸状電極１１の中心電極１２にそのガイド電極１４より低い負の放電電圧を印加する。
トリガスイッチ３６は、正電圧源３２と負電圧源３４を同時に作動させて、それぞれの同軸状電極１２に同時に正負の放電電圧を印加する。
この構成により、本発明のプラズマ光源は、１対の同軸状電極１１間に管状放電を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるようになっている。
【００３０】
図２は、図１のプラズマ光源の作動説明図である。この図において、（Ａ）は面状放電の発生時、（Ｂ）は面状放電の移動中、（Ｃ）はプラズマの形成時、（Ｄ）はプラズマ閉込め磁場の形成時を示している。
以下、この図を参照して、プラズマ光発生方法を説明する。
【００３１】
上記プラズマ光発生方法では、上述した１対の同軸状電極１１を対向配置し、放電環境保持装置２０により同軸状電極１１内にプラズマ媒体を供給しかつプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持し、電圧印加装置３０により各同軸状電極１１に極性を反転させた放電電圧を印加する。
【００３２】
図２（Ａ）に示すように、この電圧印加により、１対の同軸状電極１１に絶縁体１６の表面でそれぞれ面状の放電電流（以下、面状放電２と呼ぶ）が発生する。面状放電２は、２次元的に広がる面状の放電電流であり、以下「電流シート」と呼ぶ。
なおこの際、左側の同軸状電極１１の中心電極１２は正電圧（＋）、ガイド電極１４は負電圧（−）に印加され、右側の同軸状電極１１の中心電極１２は負電圧（−）、そのガイド電極１４は正電圧（＋）に印加されている。
【００３３】
図２（Ｂ）に示すように、面状放電２は、自己磁場によって電極から排出される方向（図で中心に向かう方向）に移動する。
【００３４】
図２（Ｃ）に示すように、面状放電２が１対の同軸状電極１１の先端に達すると、１対の面状放電２の間に挟まれたプラズマ媒体６が高密度、高温となり、各同軸状電極１１の対向する中間位置（中心電極１２の対称面１）に単一のプラズマ３が形成される。
【００３５】
さらに、この状態において、対向する１対の中心電極１２は、正電圧（＋）と負電圧（−）であり、同様に対向する１対のガイド電極１４も、正電圧（＋）と負電圧（−）であるので、図２（Ｄ）に示すように、面状放電２は対向する１対の中心電極１２同士、及び対向する１対のガイド電極１４の間で放電する管状放電４に繋ぎ換えられる。ここで、管状放電４とは、軸線Ｚ−Ｚを囲む中空円筒状の放電電流を意味する。
この管状放電４が形成されると、図に符号５で示すプラズマ閉込め磁場（磁気ビン）が形成され、プラズマ３を半径方向及び軸方向に封じ込むことができる。
すなわち、磁気ビン５はプラズマ３の圧力により中央部は大きくその両側が小さくなり、プラズマ３に向かう軸方向の磁気圧勾配が形成され、この磁気圧勾配によりプラズマ３は中間位置に拘束される。さらにプラズマ電流の自己磁場によって中心方向にプラズマ３は圧縮（Ｚピンチ）され、半径方向にも自己磁場による拘束が働く。
この状態において、プラズマ３の発光エネルギーに相当するエネルギーを電圧印加装置３０から供給し続ければ、高いエネルギー変換効率で、プラズマ光８（ＥＵＶ）を長時間安定して発生させることができる。
【００３６】
上述した装置と方法によれば、対向配置された１対の同軸状電極１１を備え、１対の同軸状電極１１にそれぞれ面状の放電電流（面状放電２）を発生させ、面状放電２により各同軸状電極１１の対向する中間位置に単一のプラズマ３を形成し、次いで面状放電２を１対の同軸状電極間の管状放電４に繋ぎ換えてプラズマ３を封じ込めるプラズマ閉込め磁場５（磁気ビン５）を形成するので、ＥＵＶ放射のためのプラズマ光を長時間（μｓｅｃオーダーで）安定して発生させることができる。
【００３７】
また、従来のキャピラリー放電や真空光電金属プラズマと比較すると、１対の同軸状電極１１の対向する中間位置に単一のプラズマ３が形成され、かつエネルギー変換効率を大幅（１０倍以上）に改善できるので、プラズマ形成中における各電極の熱負荷が小さくなり、構成機器の熱負荷によるダメージを大幅に低減できる。
【００３８】
また、１対の同軸状電極１１の対向する中間位置にプラズマ光の発光源であるプラズマ３が形成されるので、発生したプラズマ光の有効な放射立体角を大きくできる。
【００３９】
しかし、上述したプラズマ光源により、従来技術と比較してエネルギー変換効率を大幅に改善できるが、そのエネルギー変換効率は依然として低く（例えば１０％程度）、光源部に投入する電力１ｋＷに対して発生可能なプラズマ光の出力は０．１ｋＷ程度に過ぎない。
そのため、リソグラフィ光源に要求されるプラズマ光の出力（例えば１ｋＷ）を達成するために、更なる工夫が必要であった。
【００４０】
図３は、本発明によるプラズマ光源システムの第１実施形態の平面図であり、図４は図３の側面図である。
図３、図４において、本発明のプラズマ光源システムは、複数（この例では４つ）のプラズマ光源１０（この例では、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）と、ミラー回転体４０を備える。
【００４１】
なお、プラズマ光源１０を構成する放電環境保持装置２０と電圧印加装置３０は、複数のプラズマ光源１０にそれぞれ設けるのが好ましいが、その一部又は全部を共用してもよい。
【００４２】
複数（４つ）のプラズマ光源１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）は、それぞれ、所定の発光点１ａでプラズマ光８を周期的に発光する。この周期は１ｋＨｚ以上、プラズマ光の発光時間は１μｓｅｃ以上、プラズマ光の出力は０．１ｋＷ以上であるのがよい。また、各プラズマ光源１０の周期、発光時間および出力はそれぞれ等しいことが好ましい。
また、各プラズマ光源１０は、図１に示したように対向配置された１対の同軸状電極１１と、同軸状電極１１内にプラズマ媒体を供給しかつプラズマ発生に適した温度及び圧力に保持する放電環境保持装置２０と、各同軸状電極１１に極性を反転させた放電電圧を印加する電圧印加装置３０とを備え、１対の同軸状電極１１の間に管状放電を形成してプラズマを軸方向に封じ込めるようになっている。
【００４３】
ミラー回転体４０は、反射ミラー４２、ミラー支持体４４及び中空回転軸４６からなる。
【００４４】
この例において、プラズマ光源１０の複数の発光点１ａは、中心軸７を中心とする円周上に設置されている。円周上の間隔は、好ましくは互いに等しく設定するのがよい。またこの例で、中心軸７は鉛直軸である。
【００４５】
反射ミラー４２は、プラズマ光源１０の複数の発光点１ａにおけるプラズマ光８を集光点９に集光する。
反射ミラー４２は、前記中心軸７上に位置し、プラズマ光源１０の各発光点１ａからのプラズマ光８を中心軸７上に位置する集光点９に向けて反射するようになっている。この例において、反射ミラー４２は、凹面ミラーであるが、平面ミラーであってもよい。
また、反射ミラー４２と発光点１ａとの間に、図示しない集光ミラーを設け、集光ミラーと反射ミラー４２とで、発光点１ａにおけるプラズマ光８を集光点９に集光してもよい。
【００４６】
ミラー支持体４４は、反射ミラー４２の背面（図で下面）を気密に囲み内部が中空の中空部材である。
中空回転軸４６は、ミラー支持体４４に一端４６ａ（図で上端）が固定され、中心軸７に沿って延び、他端４６ｂ（図で下端）が真空チャンバー２１の外側（図で下方）に位置し、ミラー支持体４４の内部から他端４６ｂまで連通する中空孔４７を有する。
【００４７】
真空チャンバー２１は、上述した放電環境保持装置２０の構成部材であり、プラズマ光源１０、反射ミラー４２及びミラー支持体４４を気密に囲み内部が真空排気される。
【００４８】
図４において、本発明のプラズマ光源システムは、さらに、回転駆動装置４８を備える。
回転駆動装置４８は、各プラズマ光源１０の発光時に反射ミラー４２がそのプラズマ光源に向くように、中心軸７を中心に反射ミラー４２を回転させるようになっている。
【００４９】
回転駆動装置４８は、この例では、軸受マウント４８ａ、軸受４８ｂ、歯車装置４９ａ、及び駆動モータ４９ｂを備える。
【００５０】
軸受マウント４８ａは、真空チャンバー２１の外部（図で下方）に固定され、内部に複数の軸受４８ｂを有し、中空回転軸４６を中心軸７のまわりに回転可能に支持する。
歯車装置４９ａは、ミラー回転体４９の中空回転軸４６に固定された従動歯車と、これと歯合する駆動歯車とからなる。駆動モータ４９ｂは、高速回転用の電動機であり駆動歯車を回転駆動する。
なお、本発明の回転駆動装置４８は、この例に限定されず、歯車装置以外の回転手段を用いてもよい、
【００５１】
また、この実施形態において、プラズマ光源１０は、４台であるが、２〜３台でも、５台以上でもよい。また、特に、発光間隔を短縮し、高繰返し運転（１〜１０ｋＨｚ）を実現するためには、多いほど好ましく、例えば１０以上であるのが好ましい。
【００５２】
上述した本発明の第１実施形態によれば、複数のプラズマ光源１０を同一円周上に設置し、反射ミラー４２による集光点９を上記円の中心軸線上に作り、円の中心部に設置した反射ミラー４２で円中心を通る垂直軸上に集光させる配置とし、さらに、円周上に配置された個々のプラズマ光源１０の発光タイミングと同期して、反射ミラー４２の反射面がそのプラズマ光源１０に対面するように回転させることにより、集光点９から高出力、かつ微小サイズのプラズマ光を周期的に発光させることができる。
【００５３】
また、ＥＵＶ領域のミラーは反射率が低い（例えば７０％前後）が、図３の構成では、単一の反射ミラー４２による１回の反射でプラズマ光８を集光点９に集光するので、反射効率を高くでき、発生したＥＵＶ光の利用効率を大きくできる。
【００５４】
図４において、本発明のプラズマ光源システムは、さらに、冷却装置５０を備える。冷却装置５０は、この例では、中空の冷却水導水管５２と冷却水供給装置５４からなる。
【００５５】
中空の冷却水導水管５２は、この例では下端５２ｂが真空チャンバー２１の外部（この例では冷却水供給装置５４）に固定された鉛直中空管であり、中空回転軸４６の中空孔４７の内面に接触することなく中空孔４７を通して中空回転軸４６の外側からミラー支持体４２の内部まで連通し、その上端５２ａが反射ミラー４２の背面近傍に位置するようになっている。
【００５６】
冷却水供給装置５４は、冷却水回収タンク５５と、図示しない冷却水ポンプとを備える。冷却水ポンプは、冷却水導水管５２の下端５２ｂから冷却水導水管５２を介して反射ミラー４２の背面に向けて冷却水を噴射する。また、冷却水回収タンク５５は、中空回転軸４６の中空孔４７と冷却水導水管５２との隙間から冷却水を回収するようになっている。
【００５７】
上述した冷却装置５０の構成により、ＥＵＶ領域のミラーは反射率が低く（例えば７０％前後）、その分、ミラー自体の熱吸収量が増大するが、高速回転するミラー回転体４９は、冷却装置５０（冷却水導水管５２と冷却水供給装置５４）に全く接触しないので、高速回転用のシール装置（例えばオイルシール）が不要であり、冷却装置５０に起因する回転抵抗を小さくできる。
また冷却装置５０は、中空回転軸４６の中空孔４７を介して反射ミラー４２の背面を冷却水で直接冷却するので、反射ミラー４２の反射率が低く、熱負荷が大きい場合でも、効率的に反射ミラー４２を冷却してそのダメージを防止することができる。
【００５８】
図４において、本発明のプラズマ光源システムは、さらに貫通支持部６２、複数の磁性流体シール６４、及び真空排気装置６６を備える。
貫通支持部６２は、真空チャンバー２１の外面に気密に固定され、中空回転軸４６が貫通する貫通孔６２ａを有する。
【００５９】
複数（この例では２つ）の磁性流体シール６４は、貫通支持部６２の貫通孔６２ａと中空回転軸４６の間に中空回転軸４６の軸方向に間隔を隔てて位置し、中空回転軸４６の外面を気密にシールする。
磁性流体シールとは、磁性流体が磁場に反応する力を用い、リング状のマグネットをステンレスなどの強磁性材料で挟み込んだ磁気回路部品と組み合わせて使うことにより、磁性流体の液体Ｏリングを中空回転軸４６上に形成し、駆動部などから発生するゴミ、オイルミストなどが真空チャンバー２１内へ浸入するのを防ぐものである。
【００６０】
貫通支持部６２は、さらに複数の磁性流体シール６４の間の空間とその外面とを連通する半径方向孔６２ｂを有する。
真空排気装置６６は、この半径方向孔６２ｂに接続された排気管６５を有しており、排気管６５を介して磁性流体シール６４の間の空間を真空排気する。
【００６１】
上述した構成により、本発明では、磁性流体シール６４を複数段とし、そのシール間も真空排気することにより、高速回転でもリーク量を大幅に低減、ないし皆無にすることができる。
【００６２】
図５は、本発明によるプラズマ光源システムの第２実施形態の側面図である。
この図の例で、中心軸７は水平軸である。また、本発明のプラズマ光源システムは、さらに、バランスウエイト６８を備える。
バランスウエイト６８は、この例では、中空回転軸４６の他端４６ｂ近傍に固定され、ミラー回転体４０の中心軸７を中心とする回転バランスを調整するようになっている。
【００６３】
また、この例で、バランスウエイト６８は、回転駆動装置４８の支持位置（例えば軸受４８ｂの中心位置）を中心とするミラー回転体４０の回転モーメントとバランスする重量を有する。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００６４】
上述したバランスウエイト６８を備えることにより、ミラー回転体４０の中心軸７を中心とする回転バランスを調整して、ミラー回転体４０の高速回転を可能にできる。
また、高速回転機構の軸受マウント４８ａに対して、真空中の反射ミラー４２及びミラー支持体４４とは反対側に反射ミラー４２及びミラー支持体４４の重量とバランスするバランスウエイト６８を備えるので、軸受４８ｂに作用する回転モーメントを低減してミラー回転体４０の回転軸７を水平に保持することができる。
【００６５】
上述したように、本発明の構成によれば、プラズマ光８を反射するミラー回転体４０の内部を冷却する冷却装置５０を備えるので、プラズマ光８の出力を大幅に高めた場合でも熱負荷によるミラー回転体４０のダメージを抑えて装置寿命を延ばすことができる。
【００６６】
また、ミラー回転体４０は、反射ミラー４２、ミラー支持体４４、及び中空回転軸４６からなり、冷却装置５０は、中空回転軸４６の中空孔４７を介して反射ミラー４２の背面を冷却水で直接冷却するので、反射ミラー４２の反射率が低く、熱負荷が大きい場合でも、効率的に反射ミラー４２を冷却してそのダメージを防止することができる。
【００６７】
また、特に冷却装置５０は、中空の冷却水導水管５２と冷却水供給装置５４からなり、冷却水導水管５２は中空回転軸４６の中空孔４７の内面に接触することなく、冷却水導水管５２を介して反射ミラー４２の背面に向けて冷却水を噴射し、かつ中空孔４７と冷却水導水管５２との隙間から冷却水を回収するので、回転抵抗が小さく、ミラー回転体の高速回転に影響を与えることなく、熱負荷による反射ミラーのダメージを抑えることができる。
【００６８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００６９】
１ 対称面、１ａ 発光点、
２ 面状放電（電流シート）、３ プラズマ、
４ 管状放電、５ プラズマ閉込め磁場、
６ プラズマ媒体、７ 中心軸、
８ プラズマ光（ＥＵＶ）、９ 集光点、
１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ） プラズマ光源、
１１ 同軸状電極、１２ 中心電極、１２ａ 凹穴、
１４ ガイド電極、１４ａ 開口、
１６ 絶縁体（多孔質セラミック）、
２０ 放電環境保持装置、２１ 真空チャンバー、
３０ 電圧印加装置、３２ 正電圧源、
３４ 負電圧源、３６ トリガスイッチ、
４０ ミラー回転体、４２ 反射ミラー（凹面ミラー）、
４４ ミラー支持体、４６ 中空回転軸、
４６ａ 一端、４６ｂ 他端、４７ 中空孔、
４８ 回転駆動装置、４８ａ 軸受マウント、４８ｂ 軸受、
４９ａ 歯車装置、４９ｂ 駆動モータ、
５０ 冷却装置、５２ 冷却水導水管、
５２ａ 上端、５２ｂ 下端、
５４ 冷却水供給装置、５５ 冷却水回収タンク、
６２ 貫通支持部、６２ａ 貫通孔、６２ｂ 半径方向孔、
６４ 磁性流体シール、６５ 排気管、
６６ 真空排気装置、６８ バランスウエイト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が真空排気される真空チャンバー内で、中心軸を中心とする円周上に設置された複数の発光点でプラズマ光を周期的に発光する複数のプラズマ光源と、
前記各発光点におけるプラズマ光を前記中心軸上に位置する集光点に向けて反射するミラー回転体と、
該ミラー回転体を前記中心軸まわりに回転駆動する回転駆動装置と、
前記ミラー回転体の内部を冷却する冷却装置と、を備えることを特徴とするプラズマ光源システム。
【請求項２】
前記ミラー回転体は、前記各発光点におけるプラズマ光を前記中心軸上に位置する集光点に向けて反射する反射ミラーと、
該反射ミラーの背面を気密に囲むミラー支持体と、
該ミラー支持体に一端が固定され前記中心軸に沿って延び、他端が真空チャンバーの外側に位置し、ミラー支持体内部から前記他端まで連通する中空孔を有する中空回転軸と、を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源システム。
【請求項３】
前記冷却装置は、前記中空孔の内面に接触することなく該中空孔を通して中空回転軸の外側からミラー支持体の内部まで連通する中空の冷却水導水管と、
該冷却水導水管を介して反射ミラーの背面に向けて冷却水を噴射し、かつ前記中空孔と冷却水導水管との隙間から冷却水を回収する冷却水供給装置と、を有することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ光源システム。
【請求項４】
前記真空チャンバーは、前記中空回転軸が貫通する貫通支持部を有しており、
該貫通支持部内に中空回転軸の軸方向に間隔を隔てて位置し、中空回転軸を気密にシールする複数の磁性流体シールと、
該磁性流体シール間の空間を真空排気する真空排気装置とを有する、ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ光源システム。
【請求項５】
前記中空回転軸に固定され、前記ミラー回転体の前記中心軸を中心とする回転バランスを調整するバランスウエイトを有する、ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ光源システム。
【請求項６】
前記バランスウエイトは、前記回転駆動装置の支持位置を中心とする前記ミラー回転体の回転モーメントとバランスする重量を有する、ことを特徴とする請求項５に記載のプラズマ光源システム。
【請求項１】
内部が真空排気される真空チャンバー内で、中心軸を中心とする円周上に設置された複数の発光点でプラズマ光を周期的に発光する複数のプラズマ光源と、
前記各発光点におけるプラズマ光を前記中心軸上に位置する集光点に向けて反射するミラー回転体と、
該ミラー回転体を前記中心軸まわりに回転駆動する回転駆動装置と、
前記ミラー回転体の内部を冷却する冷却装置と、を備えることを特徴とするプラズマ光源システム。
【請求項２】
前記ミラー回転体は、前記各発光点におけるプラズマ光を前記中心軸上に位置する集光点に向けて反射する反射ミラーと、
該反射ミラーの背面を気密に囲むミラー支持体と、
該ミラー支持体に一端が固定され前記中心軸に沿って延び、他端が真空チャンバーの外側に位置し、ミラー支持体内部から前記他端まで連通する中空孔を有する中空回転軸と、を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源システム。
【請求項３】
前記冷却装置は、前記中空孔の内面に接触することなく該中空孔を通して中空回転軸の外側からミラー支持体の内部まで連通する中空の冷却水導水管と、
該冷却水導水管を介して反射ミラーの背面に向けて冷却水を噴射し、かつ前記中空孔と冷却水導水管との隙間から冷却水を回収する冷却水供給装置と、を有することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ光源システム。
【請求項４】
前記真空チャンバーは、前記中空回転軸が貫通する貫通支持部を有しており、
該貫通支持部内に中空回転軸の軸方向に間隔を隔てて位置し、中空回転軸を気密にシールする複数の磁性流体シールと、
該磁性流体シール間の空間を真空排気する真空排気装置とを有する、ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ光源システム。
【請求項５】
前記中空回転軸に固定され、前記ミラー回転体の前記中心軸を中心とする回転バランスを調整するバランスウエイトを有する、ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ光源システム。
【請求項６】
前記バランスウエイトは、前記回転駆動装置の支持位置を中心とする前記ミラー回転体の回転モーメントとバランスする重量を有する、ことを特徴とする請求項５に記載のプラズマ光源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９１０４０（Ｐ２０１２−１９１０４０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４１８１（Ｐ２０１１−５４１８１）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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