極端紫外光光源装置
【課題】繰り返し周波数を上げて平均出力の増大を図ることができる、レーザアシストＤＰＰ方式極端紫外光光源装置に適用するに好適なパルス電力供給手段を提供すること。
【解決手段】スイッチＳＷがオンとなり、第１の磁気スイッチＳＲ０が飽和してオン状態になると、第１のコンデンサＣ０から第２のコンデンサＣ１ヘエネルギーを移行させ、第２のコンデンサＣ１が充電される。電極１ａ，１ｂには、例えばＥＵＶ発生種である高温プラズマ原料が塗布されている。この原料に対して、レーザ装置（エネルギービーム照射手段）２からレーザビーム２ａを照射し、原料を気化させ、上記コンデンサＣ１に充電された電圧により放電を発生させ、気化された上記原料を加熱励起し高湿プラズマを発生させる。パルス電力供給手段にはトランスが設けられておらず、また、回路動作を遅延させる回路要素を減少させたので、繰り返し周波数を速くすることができる。
【解決手段】スイッチＳＷがオンとなり、第１の磁気スイッチＳＲ０が飽和してオン状態になると、第１のコンデンサＣ０から第２のコンデンサＣ１ヘエネルギーを移行させ、第２のコンデンサＣ１が充電される。電極１ａ，１ｂには、例えばＥＵＶ発生種である高温プラズマ原料が塗布されている。この原料に対して、レーザ装置（エネルギービーム照射手段）２からレーザビーム２ａを照射し、原料を気化させ、上記コンデンサＣ１に充電された電圧により放電を発生させ、気化された上記原料を加熱励起し高湿プラズマを発生させる。パルス電力供給手段にはトランスが設けられておらず、また、回路動作を遅延させる回路要素を減少させたので、繰り返し周波数を速くすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電により生成したプラズマより極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置に関し、特に、極端紫外光発生用に高温プラズマ原料にエネルギービームを照射して気化させ、気化した高温プラズマ原料から放電により生成したプラズマより極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置におけるパルス電力供給手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の投影露光装置においては解像力の向上が要請されている。その要請に応えるため、露光用の短波長化が進められ、エキシマレーザ装置に続く次世代の半導体露光用光源として、波長１３〜１４ｎｍ、特に波長１３．５ｎｍの極端紫外光（以下、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光ともいう）光を放出する極端紫外光光源装置（以下、ＥＵＶ光源装置ともいう）が開発されている。
ＥＵＶ光源装置において、ＥＵＶ光を発生させる方法はいくつか知られているが、そのうちの一つにＥＵＶ放射種の加熱励起により高温プラズマを発生させ、このプラズマから放射されるＥＵＶ光を取り出す方法がある。
このような方法を採用するＥＵＶ光源装置の一つに、電流駆動によって生成した高温プラズマからのＥＵＶ放射光を利用するＤＰＰ（Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ：放電生成プラズマ）方式ＥＵＶ光源装置がある。
【０００３】
近年、ＤＰＰ方式ＥＵＶ光源装置において、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高温プラズマ原料、例えば錫（Ｓｎ）やリチウム（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、例えば特許文献１において提案されている。
以下、上記の方式について、エネルギービームがレーザビームである場合を例にして説明する。また上記したこの方式をＬＡＧＤＰＰ（Ｌａｓｅｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｇａｓ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式、あるいは、レーザアシストＤＰＰ方式と称することにする。
【０００４】
以下、特許文献１に示されたＥＵＶ光源装置について説明する。図５は、同公報の図１に示されているＥＵＶ光源装置の断面図である。
１４，１６は円盤状の電極であり、所定の圧力に調整された放電空間１２内に配置される。電極１４および１６は予め定義された領域１８において、所定間隔だけ互いに離間しており、４６を回転軸として回転する。
２４は、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を放射する高温プラズマ用原料である。高温プラズマ原料２４は、加熱された溶融金属（ｍｅｌｔｅｄ ｍｅｔａｌ）であり、コンテナ２６に収容される。溶解金属２４の温度は、コンテナ２６内に設けられた温度調整手段３０により調整される。
電極１４，１６は、その一部が溶融金属２４を収容するコンテナ２６の中に浸されるように配置される。電極１４，１６の表面上に乗った液体状の溶融金属２４は、電極１４，１６が回転することにより、上記領域１８の表面に輸送される。上記領域１８の表面に輸送された溶解金属２４に対して（すなわち、上記領域１８において、所定間隔だけ互いに離間した電極１４、１６の表面に存在する溶解金属２４に対して）、図示を省略したレーザ源よりレーザビーム２０が照射される。レーザビーム２０が照射された溶解金属２４は気化する。
【０００５】
溶解金属２４がレーザビーム２０の照射により気化された状態で、電極１４，１６に、パルス電力が印加されることにより、領域１８においてパルス放電が開始し、プラズマ２２が形成される。放電時に流れる大電流によりプラズマ２２が加熱励起され高温化すると、この高温プラズマからＥＵＶ放射が発生する。ＥＵＶ放射は図面上側に取り出される。 すなわち、上記した特許文献１に記載されているＬＡＧＤＰＰ方式では、固体や液体等のターゲット（高温プラズマ原料）に対してレーザビームを照射し、原料を気化してガス状の高温プラズマ原料雰囲気（初期プラズマ）を生成する。ＤＰＰ方式同様、初期プラズマにおけるイオン密度は、例えば、１０16ｃｍ-3程度、電子温度は、例えば、１ｅＶ以下程度である。その後、放電電流駆動による加熱によって、高温となったプラズマのイオン密度は１０17〜１０20ｃｍ-3、電子温度は２０〜３０ｅＶ程度に到達し、この高温プラズマからＥＵＶが放射される。すなわち、この特許文献１に記載されているＬＡＧＤＰＰ方式における放電電流駆動による加熱は、ＤＰＰ方式と同様、ピンチ効果が利用されている。
なお、４８は電源に相当するキャパシターバンクであり、絶縁性のフィードライン５０を介してコンテナ２６に収容された溶融金属２４と電気的に接続されている。溶融金属２４は導電性であるので、キャパシターバンク４８より、溶融金属２４を介して、一部が溶融金属２４に浸漬している電極１４，１６に電気エネルギーが供給される。
【０００６】
本方式によれば、常温では固体であるＳｎやＬｉを放電が発生する放電領域の近傍で気化させることが容易になる。すなわち、放電領域に効率よく気化したＳｎやＬｉを供給できるので、放電後、効果的に波長１３．５ｎｍのＥＵＶ放射を取り出すことが可能となる。
また、特許文献１に記載されたＥＵＶ光源装置においては、電極を回転させているので、次のような利点がある。
（ア）常に新しいＥＵＶ発生種である固体または液体状の高温プラズマ原料を放電領域に供給することができる。
（イ）電極表面における、レーザビームが照射される位置、高温プラズマが発生する位置（放電部の位置）が常に変化するので電極の熱負荷が低減し消耗を防ぐことができる。
【０００７】
上記したように、ＬＡＧＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置は、放電によりＥＵＶ放射を発生させているので一般にパルス光源となる。このようなＥＵＶ光源装置を露光用光源として採用する場合、当該ＥＵＶ光源装置には、露光の制御性の観点からできるだけ高繰り返しのＥＵＶ放射動作が要求される。また、ＥＵＶを放射する高温プラズマを効率よく生成するには、電極間を流れる放電電流のパルス幅はある程度短パルスであることが望ましい。 よって、ＬＡＧＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置は、電極間で高繰り返しの放電を発生させるためのパルス電力発生器（パルス電力発生手段）を備える。パルス電力発生器を備えることはＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置の場合も同じである。
【０００８】
特許文献２の図７には、このようなパルス電力発生器（パルス電力供給手段）が開示されている。以下、特許文献２に記載されているパルス電力発生器の構成例を簡潔に図６に示す。
図６は、昇圧用のパルストランス方式を採用したパルス電力発生器の構成例である。図６に示すパルス電力発生器１０は、可飽和リアクトルからなる２個の磁気スイッチＳＲ１、ＳＲ２を用いた２段の磁気パルス圧縮回路部を有する。可飽和リアクトルである磁気スイッチＳＲ０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。
【０００９】
図７は、図６に示すパルス電力発生器の動作を示すタイムチャートであり、（ａ）はスイッチＳＷの動作タイミング、（ｂ）はコンデンサＣ０の電圧ＶＣ０、（ｃ）はコンデンサＣ１の電圧ＶＣ１、（ｄ）はコンデンサＣ２の電圧ＶＣ２、（ｅ）はレーザの照射タイミング、（ｆ）はレーザ照射により電極１ａ，１ｂ間が高温プラズマ原料により橋絡するタイミング、（ｇ）は磁気スイッチＳＲ２が飽和してパルス電力が印加されるタイミングを示す。
以下、図６、図７に従って回路の構成と動作を以下に説明する。
充電器ＣＨによる充電電圧が所定の値（ＶＣＨ）に調整され、充電器ＣＨが動作状態となる。その結果、コンデンサＣ０は充電され、コンデンサＣ０の電圧ＶＣ０は所定の電圧となる。このとき、スイッチＳＷはｏｆｆになっている。
コンデンサＣ０の充電が完了後、充電器ＣＨの動作状態はｏｆｆとなる。その後、スイッチＳＷがＴ０のタイミングでｏｎとなる（図７（ａ））。
スイッチＳＷがｏｎとなったとき、コンデンサＣ０の電圧は主に磁気スイッチＳＲ０の両端にかかる。その後、磁気スイッチＳＲ０が飽和してｏｎとなる。磁気スイッチＳＲ０に電圧が印加されてから磁気スイッチＳＲ０がｏｎとなるまでの時間は、スイッチＳＷが完全にｏｎとなるまでの時間である。すなわち、磁気スイッチＳＲ０は、スイッチＳＷが完全にｏｎとなるまで、電圧を保持する。
【００１０】
磁気スイッチＳＲ０がｏｎとなると、コンデンサＣ０、磁気スイッチＳＲ０、昇圧トランスＴｒ１の１次側、スイッチＳＷ、コンデンサＣ０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、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、コンデンサＣ１の電圧ＶＣ１は所定の電圧となる（図７（ｃ））。
この後、コンデンサＣ１における電圧ＶＣ１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ｏｎとなる。そして、コンデンサＣ１、磁気スイッチＳＲ１、コンデンサＣ２、コンデンサＣ１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に充電され、コンデンサＣ２の電圧ＶＣ２は所定の電圧となる（図７（ｄ））。
【００１１】
コンデンサＣ１からコンデンサＣ２への電荷の移行が完了し、コンデンサＣ２が十分に充電されると、レーザ装置２からレーザビーム２ａが、第１の電極１ａに塗布されているＥＵＶ発生種である高温プラズマ原料に照射される（図７（ｅ））。
レーザを照射された高温プラズマ原料は気化し、気化した高温プラズマ原料（低温プラズマ）は対向する第２の電極１ｂに達し、電極間に小電流が流れ始める。これを橋絡という（図７（ｆ））。
橋絡後、コンデンサＣ２における電圧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ｏｎとなる。そして、負荷である第１の回転電極１ａと第２の回転電極１ｂとの間にパルス幅の短いパルス電力が印加され、第１の電極１ａと第２の電極１ｂとの間に大電流が流れ高温プラズマが発生する（図７（ｇ））。
【００１２】
磁気スイッチＳＲ１、コンデンサＣ１、及び、磁気スイッチＳＲ２、コンデンサＣ２で構成される２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、第１の主放電電極１ａ、第２の主放電電極１ｂ間に短パルスの電力が印加される。
なお、詳細な図示を省略したが、スイッチＳＷやレーザへの駆動信号は制御部３より送信される。例えば、スイッチＳＷがＩＧＢＴである場合、制御部３から送信される駆動信号は、ゲート信号として各スイッチに入力される。また、スイッチＳＷへは大電流が流れることになるので、スイッチＳＷは、例えば、複数のＩＧＢＴを並列に接続して構成される。
【特許文献１】特表２００７−５０５４６０号公報
【特許文献２】特開２００８−５３６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図６に示すような磁気パルス圧縮回路部を有するパルス電力発生器（パルス電力供給手段）を用いれば、電極間にパルス幅の短いパルス電力を印加して高温プラズマを生じさせ、ＥＵＶ光を発生させることができる。しかし、近年においては、ＥＵＶ光源装置は一層の平均出力の増大が求められている。
ＥＵＶ光源装置の平均出力は、以下に示すように、電極１ａ，１ｂ間で生じる放電のパルスエネルギーと繰り返し周波数の積に比例する。
［平均出力］∝［パルスエネルギー］×［繰り返し周波数］
放電のパルスエネルギーの増大にはある程度限界があり、平均出力を増大させるためには繰り返周波数を増大させることが効果的である。そのため、繰り返し周波数は１０ｋＨｚ以上が望まれている。
【００１４】
繰り返し周波数を高くするには、回路の遅れを小さくし、充電器の充電容量を大きくするなどの方策が考えられるが、図６に示すパルス電力発生器では、１０ｋＨｚ程度が繰り返し周波数の上限であることがわかった。
これは、トランスＴｒ１を用いていること、可飽和リアクトルである磁気スイッチを用いた磁気圧縮回路を用いていることによるものと考えられる。
すなわち、トランスＴｒはリアクタンスが大きいため、コンデンサＣ０からコンデンサＣ１への電荷の転送速度が遅くなるからである。コンデンサＣ０からコンデンサＣ１への電荷の転送速度が遅いと、コンデンサＣ２への電荷の転送も遅くなる。
また、２個の磁気スイッチＳＲ１、ＳＲ２を用いており、これらの磁気スイッチが飽和するまでの遅れ時間が、回路動作を遅延させている。
ＬＡＧＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置においては、コンデンサが十分に充電された後に、電極上の高温プラズマ原料へのレーザ照射を行うので、繰り返し周波数を速くするためには、コンデンサの充電を短時間に行うことができる回路が望まれる。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、繰り返し周波数を１０ｋＨｚ以上に上げて平均出力の増大を図ることができる、レーザアシストＤＰＰ方式の極端紫外光光源装置に適用するのに好適なパルス電力供給手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記レ一ザアシストＤＰＰ方式の極端紫外光光源装置においては、パルス電力供給手段のコンデンサに充電されているときに、レーザ照射をすることで原料を気化し、上記コンデンサに充電された電圧により放電を発生させ、気化された上記原料を上記容器内で加熱励起し高温プラズマを発生させている。このため、ガス放電と異なり、レーザ照射をしなければ放電しないので、比較的長いパルス幅で上記コンデンサを充電しても、異常放電等が生じない。
したがって、パルス電力供給手段に必ずしも２段の磁気パルス圧縮回路を用いて磁気圧縮をする必要もなく、むしろ、回路中から時間遅れ生じさせる回路要素を除去して、回路動作の高速化を図ることが望ましいと考えられる。
本発明は上記点に着目し、以下のようにして前記課題を解決する。
（１）レーザアシストＤＰＰ方式の極端紫外光光源装置において、電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段を以下のように構成する。
充電器（ＣＨ）と、該充電器により充電される第１のコンデンサ（Ｃ０）と、第１の可飽和リアクトル（ＳＲ０）と第２のコンデンサ（Ｃ１）を直列接続した直列回路と、該直列回路に直列に接続され、ターンオン動作により上記第１のコンデンサ（Ｃ０）から上記第２のコンデンサ（Ｃ１）へのエネルギー移行を行うスイッチ（ＳＷ）とを設け、上記第２のコンデンサ（Ｃ１）の一端側を一対の電極の一方と接続し、上記第２のコンデンサ（Ｃ１）の他端側を一対の電極の他方と接続する。
（２）上記（１）において、上記エネルギー移行で充電された上記第２のコンデンサ（Ｃ１）の電圧で飽和する第２の可飽和リアクトル（ＳＲ２）を設ける。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）パルス電力供給手段からトランスをなくすとともに、可飽和リアトルの数を減少させ、回路動作を遅延させる回路要素を減少させたので、繰り返し周波数を速くすることができる。
すなわち、トランスをなくしたので、第１のコンデンサＣ０から第２のコンデンサＣ１への電荷の転送速度が速くすることができ、また、可飽和リアトルの数を極力少なくしたので、可飽和リアトルによる遅延も小さくなる。なお、第１の可飽和リアクトルは、スイッチＳＷのスイッチングロスを抑えるためのアシスト用の磁気スイッチであり遅延時間も短いので、上記転送速度を大きく遅延させることもない。
（２）電圧に依存して遅延時間の変わる可飽和リアクトルの数を、従来例に比べて極力減少させたので、ＥＵＶ光源装置の出力を制御するため充電器ＣＨの電圧を制御しても、コンデンサ間で電荷が移行する時間に大きな変化は生じない。
このため、充電器ＣＨの電圧制御により、回路の遅延時間が変化してしまうといった問題も生ずることがなく、ＥＵＶ光の発生が安定し、精度の良い露光量の制御をすることができる。
（３）大型のトランスがないので、装置全体の小型化を図ることができる。
（４）第２のコンデンサ（Ｃ１）の電圧で飽和する第２の可飽和リアクトル（ＳＲ１）を設けることにより、回路遅延は若干増加するものの、放電発生後、回路リアクタンス成分等により逆方向に充電された第２のコンデンサＣ２の電圧が、電極に印加されて生じる反転電流を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では本発明のＥＵＶ光源装置の全体構成については示していないが、本発明は、例えば図５あるいは特許文献２の図４、図５に示したＬＡＧＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置、すなわち、極端紫外光を放射させるための液体または固体の原料を供給する原料供給手段と、エネルギービームを上記原料に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、気化された上記原料を放電により上記容器内で加熱励起し高温プラズマを発生させるための、所定距離だけ離間した一対の電極と、電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段とを備えたＥＵＶ光源装置のパルス電力供給手段に適用することができる。
図１に本発明のパルス電力供給手段の第１の実施例を示す。
本実施例のパルス電力供給手段は、充電器ＣＨと、この充電器ＣＨに並列接続され、充電器ＣＨにより充電される第１のコンデンサＣ０と、このコンデンサＣ０に並列接続された、第１の磁気スイッチ（可飽和リアクトル）ＳＲ０とスイッチＳＷと第２のコンデンサＣ１の直列回路から構成され、第２のコンデンサＣ１の両端が、例えば図５に示したＥＵＶ光源装置の電極１ａ，１ｂに接続される。
【００１８】
上記スイッチＳＷは、ターンオン動作時にオンとなり、第１の磁気スイッチＳＲ０が飽和してオン状態になると、第１のコンデンサＣ０から第２のコンデンサＣ１へエネルギーを移行させ、第２のコンデンサＣ１が充電される。
上記電極１ａ，１ｂには、例えば前記したようにＥＵＶ発生種である高温プラズマ原料が塗布されている。この原料に対して、レーザ装置（エネルギービーム照射手段）２からレーザビーム２ａを照射し、原料を気化させ、上記コンデンサＣ１に充電された電圧により放電を発生させ、気化された上記原料を加熱励起し高温プラズマを発生させる。
なお、上記スイッチＳＷやレーザ装置２への駆動信号は、ＥＵＶ光源装置全体を制御す制御部３より送信される。例えば、スイッチＳＷがＩＧＢＴである場合、制御部３から送信される駆動信号は、ゲート信号としてスイッチに入力される。
なお、本実施例のパルス電力供給手段と前記図６に示したパルス電力供給手段との相違点は、トランスＴｒ１がなく、また、コンデンサＣ１、可飽和リアクトルである磁気スイッチＳＲ２がない点である。
【００１９】
図１において、充電器ＣＨによる充電電圧が所定の値（ＶＣＨ）に調整され、充電器ＣＨが動作状態となる。その結果、第１のコンデンサＣ０は充電される。このとき、スイッチＳＷはｏｆｆになっている。第１のコンデンサＣ０の充電が完了後、スイッチＳＷがｏｎとなる。
なお、充電器（ＣＨ）の正負は、図６に示した従来例とは極性が逆であるが、これは第１の回転電極１ａを正電位にするためである。
スイッチＳＷがｏｎとなったとき、第１のコンデンサＣ０の電圧は主に磁気スイッチＳＲ０の両端にかかる。その後、第１の磁気スイッチ（可飽和リアクトル）ＳＲ０が飽和してｏｎとなる。第１の磁気スイッチＳＲ０は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子である固体スイッチのＳＷでのスイッチングロスを低減する磁気アシストである。
【００２０】
第１の磁気スイッチＳＲ０がｏｎとなると、第１のコンデンサＣ０、スイッチＳＷ、第１の磁気スイッチＳＲ０、第２のコンデンサＣ１のループに電流が流れ、第１のコンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行して、第２のコンデンサＣ１に充電される。
第２のコンデンサＣ１への電荷が移行し、第２のコンデンサＣ１が充電されると、レーザ装置２からレ一ザビーム２ａが、第１の電極１ａに塗布されているＥＵＶ発生種である高温プラズマ原料に照射される。
レーザを照射された高温プラズマ原料は気化し、気化した高温プラズマ原料は対向する第２の電極１ｂに達し、電極間を橋絡する。
その結果、負荷である第１の回転電極１ａと第２の回転電極１ｂとの間にパルス電力が印加され、第１の電極１ａと第２の電極１ｂとの間に大きな電流が流れ高温プラズマが発生する。
【００２１】
本発明の第１の実施例のパルス電力供給手段によれば、ＥＵＶ光の発光を安定化させることができる。以下、図６に示すパルス電力発生器の動作を示すタイムチャートである前記図７と、本実施例の動作を示すタイムチャートである図２を使って、このことについて説明する。
なお、図２において、（ａ）はスイッチＳＷの動作タイミング、（ｂ）はコンデンサＣ０の電圧ＶＣ０、（ｃ）はコンデンサＣ１の電圧ＶＣ１、（ｄ）はレーザの照射タイミング、（ｅ）はレーザ照射により電極１ａ，１ｂ問が高温プラズマ原料により橋絡が発生するタイミング、（ｆ）は電極間に放電電流が流れるタイミングを示す。
【００２２】
図７に示した従来のパルス電力発生器の動作を説明する図において、パルス電力発生器１０の動作と電極上の高温プラズマ原料へのレーザ照射のタイミングの関係を考える。
スイッチＳＷがｏｎするタイミングをＴ０とし、Ｔ０からコンデンサＣ２へ電荷の移行が始まるまでの時間をＴ１、また、コンデンサＣ２に電荷の移行が開始してからレーザ照射により電極１ａ，１ｂ間が高温プラズマ原料により橋絡するまでの時間Ｔ２とする。なお、Ｔ０は予め設定された電源（または光源）の繰り返し周波数に依存するものであり、そのタイミングは変化しない。
また、Ｔ０からレーザビームを電極上の高温プラズマ原料に照射するまでの時間をＴＬ、また、レーザ照射から橋絡までの時間をｄとすると、基本的には以下の式（ａ）が成り立つようにＴＬ、即ちレーザ照射のタイミング（レーザの繰り返し周波数）が設定される。
Ｔ１＋Ｔ２＝ＴＬ十ｄ・・・（ａ）
一方、発生するＥＵＶ光の出力を制御するために、充電器ＣＨは電圧制御が行われている。ＥＵＶ光の出力はフィードバックされ、充電器ＣＨの電圧を変化させることにより、ＥＵＶ光の出力が一定になるように制御する。
【００２３】
電圧制御により充電器ＣＨの電圧ＶＣＨが変化すると、Ｔ１（コンデンサＣ１の充電開始からコンデンサＣ２への電荷の移行が開始するまでの時間）が変化する。Ｔ１が変化すると、上記式（ａ）の左辺が変化する。しかし、右辺のＴＬはあらかじめ設定されたレーザの繰り返し周波数に依存するので変化せず、またｄ（橋絡までの時間）も変化するものではない。
そのため、場合によっては、コンデンサＣ２が十分に充電されない状態で、レーザが照射されて橋絡が生じ、電極間に放電が生じることがある。そのような場合、発生するプラズマには十分なエネルギーが供給されないので、ＥＵＶ光が弱くなる。即ち、ＥＵＶ光の発生が不安定になり、したがって露光量の精度の良い制御ができなくなる。
【００２４】
次に、図１に示した本発明のパルス電力発生器の第１の実施例の動作を図２に示したタイムチャートにより説明する。
充電器ＣＨにより、第１のコンデンサＣ０は充電され、第１のコンデンサＣ０の電圧ＶＣ０は所定の電圧になる。第１のコンデンサＣ０の充電が完了後、スイッチＳＷがｏｎとなる（図２（ａ））。
スイッチＳＷがｏｎとなったとき、前記したように第１のコンデンサＣ０の電圧は主に第１の磁気スイッチＳＲ０の両端にかかり、その後、磁気スイッチＳＲ０が飽和してｏｎとなる。第１の磁気スイッチＳＲ０がｏｎとなると、第１のコンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行して第２のコンデンサＣ１に充電される（図２（ｂ）（ｃ））。
ここで、第１のコンデンサＣ０から第２のコンデンサＣ１への電荷の移行が完了し、第２のコンデンサＣ１が十分に充電される時点で橋絡が発生するように、レーザビームを第１の電極１ａに塗布されているＥＵＶ発生種である高温プラズマ原料に照射する（図２（ｄ））。
橋絡が発生すると、第１の電極１ａと第２の電極１ｂとの間に大きな電流が流れ高温プラズマが発生する（図２（ｅ）（ｆ））
【００２５】
ここで、スイッチＳＷがｏｎするタイミングをＴ０とし、Ｔ０から第２のコンデンサＣ１が十分に充電されるまでの時間をＴ２’、また、Ｔ０からレーザを電極上の高温プラズマ原料に照射するまでの時間をＴＬ、また、レーザ照射から橋絡までの時間をｄとすると、基本的には以下の式（ｂ）が成り立つようにＴＬ、即ちレーザ照射のタイミング（レーザの繰り返し周波数）が設定される。
Ｔ２’＝ＴＬ＋ｄ・・・（ｂ）
Ｔ２’はコンデンサＣ２が充電する時間であり、本実施例のパルス電力発生器においては、飽和するまでの時間が比較的短く、印加電圧が変化しても飽和時間はほとんど変化しないスイッチングロスを抑えるためのアシスト用の磁気スイッチを用いているだけで、第２の磁気スイッチや第３の磁気スイッチといった可飽和リアクトルを使用していないので、充電器ＣＨの電圧が変化しても、この時間は大きく変化しない。
したがって、第２のコンデンサＣ１が十分に充電される時点で橋絡が発生するように、レーザを高温プラズマ原料に照射するタイミングを設定しておけば、常に第２のコンデンサＣ１が十分に充電された状態で橋絡が生じ、電極間に放電が生じる。したがって、ＥＵＶ光の発生が安定し、露光量を精度良く制御することができる。
【００２６】
図３は本発明の第２の実施例のパルス電力供給手段の構成を示す図である。
本実施例は、前記第１の実施例において、放電発生後、放電により逆方向に充電された第２のコンデンサＣ１の電力が電極に印加されて生じる反転電流を防ぐため、可飽和リアクトルである第２の磁気スイッチＳＲ２を設けたものである。
なお、上記反転電流が問題にならない場合は、第２の磁気スイッチＳＲ２を設けなくてもよい。
図３において、前記図１に示したものと同様、充電器ＣＨと、この充電器ＣＨに並列接続され、充電器ＣＨにより充電される第１のコンデンサＣ０と、このコンデンサＣ０に並列接続された、第１の磁気スイッチ（可飽和リアクトル）ＳＲ０と、スイッチＳＷと、第２のコンデンサＣ１の直列回路とから構成され、本実施例においては、第２のコンデンサＣ１と、電極１ｂとの間に、第２のコンデンサ（Ｃ１）の電圧で飽和する第２の磁気スイッチＳＲ２が設けられている。
【００２７】
上記スイッチＳＷは、前記したようにターンオン動作時にオンとなり、第１の磁気スイッチＳＲ０が飽和してオン状態になると、第１のコンデンサＣ０から第２のコンデンサＣ１へエネルギーを移行させ、第２のコンデンサＣ１が充電される。
上記電極１ａ，１ｂには、前記したように、ＥＵＶ発生種である高湿プラズマ原料が付着している。この原料に対して、レーザ装置（エネルギービーム照射手段）２からレーザビーム２ａを照射し、原料を気化させ、上記コンデンサＣ１に充電された電圧により放電を発生させ、気化された上記原料を加熱励起し高温プラズマを発生させる。
【００２８】
図４は、本実施例の動作を示すタイムチャートであり、同図（ａ）はスイッチＳＷの動作タイミング、（ｂ）はコンデンサＣ０の電圧ＶＣ０、（ｃ）はコンデンサＣ１の電圧ＶＣ１、（ｄ）はレーザの照射タイミング、（ｅ）はレーザ照射により電極１ａ，１ｂ間が高温プラズマ原料により橋絡が発生するタイミング、（ｆ）は第２の磁気スイッチＳＲ２が飽和し電極間に放電電流が流れるタイミングを示す。
図４に示す実施例のパルス電力供給手段の動作は、以下のようになる。
充電器ＣＨによる充電電圧が所定の値（ＶＣＨ）に調整され、充電器ＣＨが動作状態となる。その結果、第１のコンデンサＣ０は充電される。第１のコンデンサＣ０の充電が完了後、スイッチＳＷがｏｎとなる（図４（ａ））。
スイッチＳＷがｏｎとなったとき、第１のコンデンサＣ０の電圧は主に第１の磁気スイッチＳＲ０の両端にかかる。その後、第１の磁気スイッチＳＲ０が飽和してｏｎとなる。
【００２９】
磁気スイッチがｏｎとなると、コンデンサＣ０、スイッチＳＷ、第１の磁気スイッチＳＲ０、第２のコンデンサＣ１、第１のコンデンサＣ０のループに電流が流れ、第１のコンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行して第２のコンデンサＣ１に充電される（図４（ｂ）（ｃ））。
ここで、第１のコンデンサＣ０から第２のコンデンサＣ２への電荷の移行が完了し、第２のコンデンサＣ２が十分に充電されると、レーザが第１の電極１ａに塗布されているＥＵＶ発生種である高温プラズマ原料に照射される（図４（ｄ））。
レーザを照射された高温プラズマ原料は気化し、気化した高温プラズマ原料（低温プラズマ）が対向する第２の電極１ｂに達し、電極間橋絡が発生する（図４（ｅ））。
橋絡後、第２のコンデンサＣ２における電圧の時間積分値が第２の磁気スイッチＳＲ２の特性で決まる限界値に達すると、第２の磁気スイッチＳＲ２が飽和してｏｎとなる。そして、負荷である第１の回転電極１ａと第２の回転電極１ｂとの間にパルス幅の短いパルス電力が印加され、第１の電極１ａと第２の電極１ｂとの間に大きな電流が流れ高温プラズマが発生する（図４（ｆ））。
【００３０】
本実施例においては、上記のように第２の磁気スイッチＳＲ２を設けており、これにより、放電により逆方向に充電された第２のコンデンサＣ２の電力が電極１ａ，１ｂに印加されて生じる反転電流を防ぐことができる。
すなわち、放電時、第１の回転電極１ａと第２の回転電極１ｂとの間に大きな電流が流れるが、この電流は回路のリアクトル成分により、放電後も流れ続け、第２の磁気スイッチＳＲ２がないと、コンデンサＣ２に逆方向の反転電流が流れる。このため、コンデンサＣ２は逆方向に充電され、この逆方向の電圧が放電等に悪影響を与える恐れがある。
上記第２の磁気スイッチＳＲ２をコンデンサＣ２と電極の間に設ければ、磁気スイッチＳＲ２によりこの逆方向の電流を阻止することができる。すなわち、この逆方向の電流は飽和していた磁気スイッチＳＲ２をリセットする方向に流れるので、磁気スイッチＳＲ２はｏｆｆ状態となり、上記逆方向の電流を阻止する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のパルス電力供給手段の第１の実施例を示す図である。
【図２】第１の本実施例の動作を示すタイムチャートである。
【図３】本発明のパルス電力供給手段の第２の実施例を示す図である。
【図４】第２の本実施例の動作を示すタイムチャートである。
【図５】ＬＡＧＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置の一例を示す図である。
【図６】昇圧用のパルストランス方式を採用したパルス電力発生器の構成例を示す図である。
【図７】図６に示すパルス電力発生器の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１ａ，１ｂ 電極
２ レーザ装置
２ａ レ一ザビーム
３ 制御部
１０ パルス電力供給手段（パルス電力発生器）
ＣＨ 充電器
Ｃ０，Ｃ１ コンデンサ
ＳＲ０〜ＳＲ３ 磁気スイッチ（可飽和リアクトル）
ＳＷ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電により生成したプラズマより極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置に関し、特に、極端紫外光発生用に高温プラズマ原料にエネルギービームを照射して気化させ、気化した高温プラズマ原料から放電により生成したプラズマより極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置におけるパルス電力供給手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化、高集積化につれて、その製造用の投影露光装置においては解像力の向上が要請されている。その要請に応えるため、露光用の短波長化が進められ、エキシマレーザ装置に続く次世代の半導体露光用光源として、波長１３〜１４ｎｍ、特に波長１３．５ｎｍの極端紫外光（以下、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光ともいう）光を放出する極端紫外光光源装置（以下、ＥＵＶ光源装置ともいう）が開発されている。
ＥＵＶ光源装置において、ＥＵＶ光を発生させる方法はいくつか知られているが、そのうちの一つにＥＵＶ放射種の加熱励起により高温プラズマを発生させ、このプラズマから放射されるＥＵＶ光を取り出す方法がある。
このような方法を採用するＥＵＶ光源装置の一つに、電流駆動によって生成した高温プラズマからのＥＵＶ放射光を利用するＤＰＰ（Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ：放電生成プラズマ）方式ＥＵＶ光源装置がある。
【０００３】
近年、ＤＰＰ方式ＥＵＶ光源装置において、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高温プラズマ原料、例えば錫（Ｓｎ）やリチウム（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、例えば特許文献１において提案されている。
以下、上記の方式について、エネルギービームがレーザビームである場合を例にして説明する。また上記したこの方式をＬＡＧＤＰＰ（Ｌａｓｅｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｇａｓ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式、あるいは、レーザアシストＤＰＰ方式と称することにする。
【０００４】
以下、特許文献１に示されたＥＵＶ光源装置について説明する。図５は、同公報の図１に示されているＥＵＶ光源装置の断面図である。
１４，１６は円盤状の電極であり、所定の圧力に調整された放電空間１２内に配置される。電極１４および１６は予め定義された領域１８において、所定間隔だけ互いに離間しており、４６を回転軸として回転する。
２４は、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を放射する高温プラズマ用原料である。高温プラズマ原料２４は、加熱された溶融金属（ｍｅｌｔｅｄ ｍｅｔａｌ）であり、コンテナ２６に収容される。溶解金属２４の温度は、コンテナ２６内に設けられた温度調整手段３０により調整される。
電極１４，１６は、その一部が溶融金属２４を収容するコンテナ２６の中に浸されるように配置される。電極１４，１６の表面上に乗った液体状の溶融金属２４は、電極１４，１６が回転することにより、上記領域１８の表面に輸送される。上記領域１８の表面に輸送された溶解金属２４に対して（すなわち、上記領域１８において、所定間隔だけ互いに離間した電極１４、１６の表面に存在する溶解金属２４に対して）、図示を省略したレーザ源よりレーザビーム２０が照射される。レーザビーム２０が照射された溶解金属２４は気化する。
【０００５】
溶解金属２４がレーザビーム２０の照射により気化された状態で、電極１４，１６に、パルス電力が印加されることにより、領域１８においてパルス放電が開始し、プラズマ２２が形成される。放電時に流れる大電流によりプラズマ２２が加熱励起され高温化すると、この高温プラズマからＥＵＶ放射が発生する。ＥＵＶ放射は図面上側に取り出される。 すなわち、上記した特許文献１に記載されているＬＡＧＤＰＰ方式では、固体や液体等のターゲット（高温プラズマ原料）に対してレーザビームを照射し、原料を気化してガス状の高温プラズマ原料雰囲気（初期プラズマ）を生成する。ＤＰＰ方式同様、初期プラズマにおけるイオン密度は、例えば、１０16ｃｍ-3程度、電子温度は、例えば、１ｅＶ以下程度である。その後、放電電流駆動による加熱によって、高温となったプラズマのイオン密度は１０17〜１０20ｃｍ-3、電子温度は２０〜３０ｅＶ程度に到達し、この高温プラズマからＥＵＶが放射される。すなわち、この特許文献１に記載されているＬＡＧＤＰＰ方式における放電電流駆動による加熱は、ＤＰＰ方式と同様、ピンチ効果が利用されている。
なお、４８は電源に相当するキャパシターバンクであり、絶縁性のフィードライン５０を介してコンテナ２６に収容された溶融金属２４と電気的に接続されている。溶融金属２４は導電性であるので、キャパシターバンク４８より、溶融金属２４を介して、一部が溶融金属２４に浸漬している電極１４，１６に電気エネルギーが供給される。
【０００６】
本方式によれば、常温では固体であるＳｎやＬｉを放電が発生する放電領域の近傍で気化させることが容易になる。すなわち、放電領域に効率よく気化したＳｎやＬｉを供給できるので、放電後、効果的に波長１３．５ｎｍのＥＵＶ放射を取り出すことが可能となる。
また、特許文献１に記載されたＥＵＶ光源装置においては、電極を回転させているので、次のような利点がある。
（ア）常に新しいＥＵＶ発生種である固体または液体状の高温プラズマ原料を放電領域に供給することができる。
（イ）電極表面における、レーザビームが照射される位置、高温プラズマが発生する位置（放電部の位置）が常に変化するので電極の熱負荷が低減し消耗を防ぐことができる。
【０００７】
上記したように、ＬＡＧＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置は、放電によりＥＵＶ放射を発生させているので一般にパルス光源となる。このようなＥＵＶ光源装置を露光用光源として採用する場合、当該ＥＵＶ光源装置には、露光の制御性の観点からできるだけ高繰り返しのＥＵＶ放射動作が要求される。また、ＥＵＶを放射する高温プラズマを効率よく生成するには、電極間を流れる放電電流のパルス幅はある程度短パルスであることが望ましい。 よって、ＬＡＧＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置は、電極間で高繰り返しの放電を発生させるためのパルス電力発生器（パルス電力発生手段）を備える。パルス電力発生器を備えることはＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置の場合も同じである。
【０００８】
特許文献２の図７には、このようなパルス電力発生器（パルス電力供給手段）が開示されている。以下、特許文献２に記載されているパルス電力発生器の構成例を簡潔に図６に示す。
図６は、昇圧用のパルストランス方式を採用したパルス電力発生器の構成例である。図６に示すパルス電力発生器１０は、可飽和リアクトルからなる２個の磁気スイッチＳＲ１、ＳＲ２を用いた２段の磁気パルス圧縮回路部を有する。可飽和リアクトルである磁気スイッチＳＲ０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。
【０００９】
図７は、図６に示すパルス電力発生器の動作を示すタイムチャートであり、（ａ）はスイッチＳＷの動作タイミング、（ｂ）はコンデンサＣ０の電圧ＶＣ０、（ｃ）はコンデンサＣ１の電圧ＶＣ１、（ｄ）はコンデンサＣ２の電圧ＶＣ２、（ｅ）はレーザの照射タイミング、（ｆ）はレーザ照射により電極１ａ，１ｂ間が高温プラズマ原料により橋絡するタイミング、（ｇ）は磁気スイッチＳＲ２が飽和してパルス電力が印加されるタイミングを示す。
以下、図６、図７に従って回路の構成と動作を以下に説明する。
充電器ＣＨによる充電電圧が所定の値（ＶＣＨ）に調整され、充電器ＣＨが動作状態となる。その結果、コンデンサＣ０は充電され、コンデンサＣ０の電圧ＶＣ０は所定の電圧となる。このとき、スイッチＳＷはｏｆｆになっている。
コンデンサＣ０の充電が完了後、充電器ＣＨの動作状態はｏｆｆとなる。その後、スイッチＳＷがＴ０のタイミングでｏｎとなる（図７（ａ））。
スイッチＳＷがｏｎとなったとき、コンデンサＣ０の電圧は主に磁気スイッチＳＲ０の両端にかかる。その後、磁気スイッチＳＲ０が飽和してｏｎとなる。磁気スイッチＳＲ０に電圧が印加されてから磁気スイッチＳＲ０がｏｎとなるまでの時間は、スイッチＳＷが完全にｏｎとなるまでの時間である。すなわち、磁気スイッチＳＲ０は、スイッチＳＷが完全にｏｎとなるまで、電圧を保持する。
【００１０】
磁気スイッチＳＲ０がｏｎとなると、コンデンサＣ０、磁気スイッチＳＲ０、昇圧トランスＴｒ１の１次側、スイッチＳＷ、コンデンサＣ０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、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、コンデンサＣ１の電圧ＶＣ１は所定の電圧となる（図７（ｃ））。
この後、コンデンサＣ１における電圧ＶＣ１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ｏｎとなる。そして、コンデンサＣ１、磁気スイッチＳＲ１、コンデンサＣ２、コンデンサＣ１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に充電され、コンデンサＣ２の電圧ＶＣ２は所定の電圧となる（図７（ｄ））。
【００１１】
コンデンサＣ１からコンデンサＣ２への電荷の移行が完了し、コンデンサＣ２が十分に充電されると、レーザ装置２からレーザビーム２ａが、第１の電極１ａに塗布されているＥＵＶ発生種である高温プラズマ原料に照射される（図７（ｅ））。
レーザを照射された高温プラズマ原料は気化し、気化した高温プラズマ原料（低温プラズマ）は対向する第２の電極１ｂに達し、電極間に小電流が流れ始める。これを橋絡という（図７（ｆ））。
橋絡後、コンデンサＣ２における電圧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ｏｎとなる。そして、負荷である第１の回転電極１ａと第２の回転電極１ｂとの間にパルス幅の短いパルス電力が印加され、第１の電極１ａと第２の電極１ｂとの間に大電流が流れ高温プラズマが発生する（図７（ｇ））。
【００１２】
磁気スイッチＳＲ１、コンデンサＣ１、及び、磁気スイッチＳＲ２、コンデンサＣ２で構成される２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、第１の主放電電極１ａ、第２の主放電電極１ｂ間に短パルスの電力が印加される。
なお、詳細な図示を省略したが、スイッチＳＷやレーザへの駆動信号は制御部３より送信される。例えば、スイッチＳＷがＩＧＢＴである場合、制御部３から送信される駆動信号は、ゲート信号として各スイッチに入力される。また、スイッチＳＷへは大電流が流れることになるので、スイッチＳＷは、例えば、複数のＩＧＢＴを並列に接続して構成される。
【特許文献１】特表２００７−５０５４６０号公報
【特許文献２】特開２００８−５３６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図６に示すような磁気パルス圧縮回路部を有するパルス電力発生器（パルス電力供給手段）を用いれば、電極間にパルス幅の短いパルス電力を印加して高温プラズマを生じさせ、ＥＵＶ光を発生させることができる。しかし、近年においては、ＥＵＶ光源装置は一層の平均出力の増大が求められている。
ＥＵＶ光源装置の平均出力は、以下に示すように、電極１ａ，１ｂ間で生じる放電のパルスエネルギーと繰り返し周波数の積に比例する。
［平均出力］∝［パルスエネルギー］×［繰り返し周波数］
放電のパルスエネルギーの増大にはある程度限界があり、平均出力を増大させるためには繰り返周波数を増大させることが効果的である。そのため、繰り返し周波数は１０ｋＨｚ以上が望まれている。
【００１４】
繰り返し周波数を高くするには、回路の遅れを小さくし、充電器の充電容量を大きくするなどの方策が考えられるが、図６に示すパルス電力発生器では、１０ｋＨｚ程度が繰り返し周波数の上限であることがわかった。
これは、トランスＴｒ１を用いていること、可飽和リアクトルである磁気スイッチを用いた磁気圧縮回路を用いていることによるものと考えられる。
すなわち、トランスＴｒはリアクタンスが大きいため、コンデンサＣ０からコンデンサＣ１への電荷の転送速度が遅くなるからである。コンデンサＣ０からコンデンサＣ１への電荷の転送速度が遅いと、コンデンサＣ２への電荷の転送も遅くなる。
また、２個の磁気スイッチＳＲ１、ＳＲ２を用いており、これらの磁気スイッチが飽和するまでの遅れ時間が、回路動作を遅延させている。
ＬＡＧＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置においては、コンデンサが十分に充電された後に、電極上の高温プラズマ原料へのレーザ照射を行うので、繰り返し周波数を速くするためには、コンデンサの充電を短時間に行うことができる回路が望まれる。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、繰り返し周波数を１０ｋＨｚ以上に上げて平均出力の増大を図ることができる、レーザアシストＤＰＰ方式の極端紫外光光源装置に適用するのに好適なパルス電力供給手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記レ一ザアシストＤＰＰ方式の極端紫外光光源装置においては、パルス電力供給手段のコンデンサに充電されているときに、レーザ照射をすることで原料を気化し、上記コンデンサに充電された電圧により放電を発生させ、気化された上記原料を上記容器内で加熱励起し高温プラズマを発生させている。このため、ガス放電と異なり、レーザ照射をしなければ放電しないので、比較的長いパルス幅で上記コンデンサを充電しても、異常放電等が生じない。
したがって、パルス電力供給手段に必ずしも２段の磁気パルス圧縮回路を用いて磁気圧縮をする必要もなく、むしろ、回路中から時間遅れ生じさせる回路要素を除去して、回路動作の高速化を図ることが望ましいと考えられる。
本発明は上記点に着目し、以下のようにして前記課題を解決する。
（１）レーザアシストＤＰＰ方式の極端紫外光光源装置において、電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段を以下のように構成する。
充電器（ＣＨ）と、該充電器により充電される第１のコンデンサ（Ｃ０）と、第１の可飽和リアクトル（ＳＲ０）と第２のコンデンサ（Ｃ１）を直列接続した直列回路と、該直列回路に直列に接続され、ターンオン動作により上記第１のコンデンサ（Ｃ０）から上記第２のコンデンサ（Ｃ１）へのエネルギー移行を行うスイッチ（ＳＷ）とを設け、上記第２のコンデンサ（Ｃ１）の一端側を一対の電極の一方と接続し、上記第２のコンデンサ（Ｃ１）の他端側を一対の電極の他方と接続する。
（２）上記（１）において、上記エネルギー移行で充電された上記第２のコンデンサ（Ｃ１）の電圧で飽和する第２の可飽和リアクトル（ＳＲ２）を設ける。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）パルス電力供給手段からトランスをなくすとともに、可飽和リアトルの数を減少させ、回路動作を遅延させる回路要素を減少させたので、繰り返し周波数を速くすることができる。
すなわち、トランスをなくしたので、第１のコンデンサＣ０から第２のコンデンサＣ１への電荷の転送速度が速くすることができ、また、可飽和リアトルの数を極力少なくしたので、可飽和リアトルによる遅延も小さくなる。なお、第１の可飽和リアクトルは、スイッチＳＷのスイッチングロスを抑えるためのアシスト用の磁気スイッチであり遅延時間も短いので、上記転送速度を大きく遅延させることもない。
（２）電圧に依存して遅延時間の変わる可飽和リアクトルの数を、従来例に比べて極力減少させたので、ＥＵＶ光源装置の出力を制御するため充電器ＣＨの電圧を制御しても、コンデンサ間で電荷が移行する時間に大きな変化は生じない。
このため、充電器ＣＨの電圧制御により、回路の遅延時間が変化してしまうといった問題も生ずることがなく、ＥＵＶ光の発生が安定し、精度の良い露光量の制御をすることができる。
（３）大型のトランスがないので、装置全体の小型化を図ることができる。
（４）第２のコンデンサ（Ｃ１）の電圧で飽和する第２の可飽和リアクトル（ＳＲ１）を設けることにより、回路遅延は若干増加するものの、放電発生後、回路リアクタンス成分等により逆方向に充電された第２のコンデンサＣ２の電圧が、電極に印加されて生じる反転電流を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では本発明のＥＵＶ光源装置の全体構成については示していないが、本発明は、例えば図５あるいは特許文献２の図４、図５に示したＬＡＧＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置、すなわち、極端紫外光を放射させるための液体または固体の原料を供給する原料供給手段と、エネルギービームを上記原料に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、気化された上記原料を放電により上記容器内で加熱励起し高温プラズマを発生させるための、所定距離だけ離間した一対の電極と、電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段とを備えたＥＵＶ光源装置のパルス電力供給手段に適用することができる。
図１に本発明のパルス電力供給手段の第１の実施例を示す。
本実施例のパルス電力供給手段は、充電器ＣＨと、この充電器ＣＨに並列接続され、充電器ＣＨにより充電される第１のコンデンサＣ０と、このコンデンサＣ０に並列接続された、第１の磁気スイッチ（可飽和リアクトル）ＳＲ０とスイッチＳＷと第２のコンデンサＣ１の直列回路から構成され、第２のコンデンサＣ１の両端が、例えば図５に示したＥＵＶ光源装置の電極１ａ，１ｂに接続される。
【００１８】
上記スイッチＳＷは、ターンオン動作時にオンとなり、第１の磁気スイッチＳＲ０が飽和してオン状態になると、第１のコンデンサＣ０から第２のコンデンサＣ１へエネルギーを移行させ、第２のコンデンサＣ１が充電される。
上記電極１ａ，１ｂには、例えば前記したようにＥＵＶ発生種である高温プラズマ原料が塗布されている。この原料に対して、レーザ装置（エネルギービーム照射手段）２からレーザビーム２ａを照射し、原料を気化させ、上記コンデンサＣ１に充電された電圧により放電を発生させ、気化された上記原料を加熱励起し高温プラズマを発生させる。
なお、上記スイッチＳＷやレーザ装置２への駆動信号は、ＥＵＶ光源装置全体を制御す制御部３より送信される。例えば、スイッチＳＷがＩＧＢＴである場合、制御部３から送信される駆動信号は、ゲート信号としてスイッチに入力される。
なお、本実施例のパルス電力供給手段と前記図６に示したパルス電力供給手段との相違点は、トランスＴｒ１がなく、また、コンデンサＣ１、可飽和リアクトルである磁気スイッチＳＲ２がない点である。
【００１９】
図１において、充電器ＣＨによる充電電圧が所定の値（ＶＣＨ）に調整され、充電器ＣＨが動作状態となる。その結果、第１のコンデンサＣ０は充電される。このとき、スイッチＳＷはｏｆｆになっている。第１のコンデンサＣ０の充電が完了後、スイッチＳＷがｏｎとなる。
なお、充電器（ＣＨ）の正負は、図６に示した従来例とは極性が逆であるが、これは第１の回転電極１ａを正電位にするためである。
スイッチＳＷがｏｎとなったとき、第１のコンデンサＣ０の電圧は主に磁気スイッチＳＲ０の両端にかかる。その後、第１の磁気スイッチ（可飽和リアクトル）ＳＲ０が飽和してｏｎとなる。第１の磁気スイッチＳＲ０は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子である固体スイッチのＳＷでのスイッチングロスを低減する磁気アシストである。
【００２０】
第１の磁気スイッチＳＲ０がｏｎとなると、第１のコンデンサＣ０、スイッチＳＷ、第１の磁気スイッチＳＲ０、第２のコンデンサＣ１のループに電流が流れ、第１のコンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行して、第２のコンデンサＣ１に充電される。
第２のコンデンサＣ１への電荷が移行し、第２のコンデンサＣ１が充電されると、レーザ装置２からレ一ザビーム２ａが、第１の電極１ａに塗布されているＥＵＶ発生種である高温プラズマ原料に照射される。
レーザを照射された高温プラズマ原料は気化し、気化した高温プラズマ原料は対向する第２の電極１ｂに達し、電極間を橋絡する。
その結果、負荷である第１の回転電極１ａと第２の回転電極１ｂとの間にパルス電力が印加され、第１の電極１ａと第２の電極１ｂとの間に大きな電流が流れ高温プラズマが発生する。
【００２１】
本発明の第１の実施例のパルス電力供給手段によれば、ＥＵＶ光の発光を安定化させることができる。以下、図６に示すパルス電力発生器の動作を示すタイムチャートである前記図７と、本実施例の動作を示すタイムチャートである図２を使って、このことについて説明する。
なお、図２において、（ａ）はスイッチＳＷの動作タイミング、（ｂ）はコンデンサＣ０の電圧ＶＣ０、（ｃ）はコンデンサＣ１の電圧ＶＣ１、（ｄ）はレーザの照射タイミング、（ｅ）はレーザ照射により電極１ａ，１ｂ問が高温プラズマ原料により橋絡が発生するタイミング、（ｆ）は電極間に放電電流が流れるタイミングを示す。
【００２２】
図７に示した従来のパルス電力発生器の動作を説明する図において、パルス電力発生器１０の動作と電極上の高温プラズマ原料へのレーザ照射のタイミングの関係を考える。
スイッチＳＷがｏｎするタイミングをＴ０とし、Ｔ０からコンデンサＣ２へ電荷の移行が始まるまでの時間をＴ１、また、コンデンサＣ２に電荷の移行が開始してからレーザ照射により電極１ａ，１ｂ間が高温プラズマ原料により橋絡するまでの時間Ｔ２とする。なお、Ｔ０は予め設定された電源（または光源）の繰り返し周波数に依存するものであり、そのタイミングは変化しない。
また、Ｔ０からレーザビームを電極上の高温プラズマ原料に照射するまでの時間をＴＬ、また、レーザ照射から橋絡までの時間をｄとすると、基本的には以下の式（ａ）が成り立つようにＴＬ、即ちレーザ照射のタイミング（レーザの繰り返し周波数）が設定される。
Ｔ１＋Ｔ２＝ＴＬ十ｄ・・・（ａ）
一方、発生するＥＵＶ光の出力を制御するために、充電器ＣＨは電圧制御が行われている。ＥＵＶ光の出力はフィードバックされ、充電器ＣＨの電圧を変化させることにより、ＥＵＶ光の出力が一定になるように制御する。
【００２３】
電圧制御により充電器ＣＨの電圧ＶＣＨが変化すると、Ｔ１（コンデンサＣ１の充電開始からコンデンサＣ２への電荷の移行が開始するまでの時間）が変化する。Ｔ１が変化すると、上記式（ａ）の左辺が変化する。しかし、右辺のＴＬはあらかじめ設定されたレーザの繰り返し周波数に依存するので変化せず、またｄ（橋絡までの時間）も変化するものではない。
そのため、場合によっては、コンデンサＣ２が十分に充電されない状態で、レーザが照射されて橋絡が生じ、電極間に放電が生じることがある。そのような場合、発生するプラズマには十分なエネルギーが供給されないので、ＥＵＶ光が弱くなる。即ち、ＥＵＶ光の発生が不安定になり、したがって露光量の精度の良い制御ができなくなる。
【００２４】
次に、図１に示した本発明のパルス電力発生器の第１の実施例の動作を図２に示したタイムチャートにより説明する。
充電器ＣＨにより、第１のコンデンサＣ０は充電され、第１のコンデンサＣ０の電圧ＶＣ０は所定の電圧になる。第１のコンデンサＣ０の充電が完了後、スイッチＳＷがｏｎとなる（図２（ａ））。
スイッチＳＷがｏｎとなったとき、前記したように第１のコンデンサＣ０の電圧は主に第１の磁気スイッチＳＲ０の両端にかかり、その後、磁気スイッチＳＲ０が飽和してｏｎとなる。第１の磁気スイッチＳＲ０がｏｎとなると、第１のコンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行して第２のコンデンサＣ１に充電される（図２（ｂ）（ｃ））。
ここで、第１のコンデンサＣ０から第２のコンデンサＣ１への電荷の移行が完了し、第２のコンデンサＣ１が十分に充電される時点で橋絡が発生するように、レーザビームを第１の電極１ａに塗布されているＥＵＶ発生種である高温プラズマ原料に照射する（図２（ｄ））。
橋絡が発生すると、第１の電極１ａと第２の電極１ｂとの間に大きな電流が流れ高温プラズマが発生する（図２（ｅ）（ｆ））
【００２５】
ここで、スイッチＳＷがｏｎするタイミングをＴ０とし、Ｔ０から第２のコンデンサＣ１が十分に充電されるまでの時間をＴ２’、また、Ｔ０からレーザを電極上の高温プラズマ原料に照射するまでの時間をＴＬ、また、レーザ照射から橋絡までの時間をｄとすると、基本的には以下の式（ｂ）が成り立つようにＴＬ、即ちレーザ照射のタイミング（レーザの繰り返し周波数）が設定される。
Ｔ２’＝ＴＬ＋ｄ・・・（ｂ）
Ｔ２’はコンデンサＣ２が充電する時間であり、本実施例のパルス電力発生器においては、飽和するまでの時間が比較的短く、印加電圧が変化しても飽和時間はほとんど変化しないスイッチングロスを抑えるためのアシスト用の磁気スイッチを用いているだけで、第２の磁気スイッチや第３の磁気スイッチといった可飽和リアクトルを使用していないので、充電器ＣＨの電圧が変化しても、この時間は大きく変化しない。
したがって、第２のコンデンサＣ１が十分に充電される時点で橋絡が発生するように、レーザを高温プラズマ原料に照射するタイミングを設定しておけば、常に第２のコンデンサＣ１が十分に充電された状態で橋絡が生じ、電極間に放電が生じる。したがって、ＥＵＶ光の発生が安定し、露光量を精度良く制御することができる。
【００２６】
図３は本発明の第２の実施例のパルス電力供給手段の構成を示す図である。
本実施例は、前記第１の実施例において、放電発生後、放電により逆方向に充電された第２のコンデンサＣ１の電力が電極に印加されて生じる反転電流を防ぐため、可飽和リアクトルである第２の磁気スイッチＳＲ２を設けたものである。
なお、上記反転電流が問題にならない場合は、第２の磁気スイッチＳＲ２を設けなくてもよい。
図３において、前記図１に示したものと同様、充電器ＣＨと、この充電器ＣＨに並列接続され、充電器ＣＨにより充電される第１のコンデンサＣ０と、このコンデンサＣ０に並列接続された、第１の磁気スイッチ（可飽和リアクトル）ＳＲ０と、スイッチＳＷと、第２のコンデンサＣ１の直列回路とから構成され、本実施例においては、第２のコンデンサＣ１と、電極１ｂとの間に、第２のコンデンサ（Ｃ１）の電圧で飽和する第２の磁気スイッチＳＲ２が設けられている。
【００２７】
上記スイッチＳＷは、前記したようにターンオン動作時にオンとなり、第１の磁気スイッチＳＲ０が飽和してオン状態になると、第１のコンデンサＣ０から第２のコンデンサＣ１へエネルギーを移行させ、第２のコンデンサＣ１が充電される。
上記電極１ａ，１ｂには、前記したように、ＥＵＶ発生種である高湿プラズマ原料が付着している。この原料に対して、レーザ装置（エネルギービーム照射手段）２からレーザビーム２ａを照射し、原料を気化させ、上記コンデンサＣ１に充電された電圧により放電を発生させ、気化された上記原料を加熱励起し高温プラズマを発生させる。
【００２８】
図４は、本実施例の動作を示すタイムチャートであり、同図（ａ）はスイッチＳＷの動作タイミング、（ｂ）はコンデンサＣ０の電圧ＶＣ０、（ｃ）はコンデンサＣ１の電圧ＶＣ１、（ｄ）はレーザの照射タイミング、（ｅ）はレーザ照射により電極１ａ，１ｂ間が高温プラズマ原料により橋絡が発生するタイミング、（ｆ）は第２の磁気スイッチＳＲ２が飽和し電極間に放電電流が流れるタイミングを示す。
図４に示す実施例のパルス電力供給手段の動作は、以下のようになる。
充電器ＣＨによる充電電圧が所定の値（ＶＣＨ）に調整され、充電器ＣＨが動作状態となる。その結果、第１のコンデンサＣ０は充電される。第１のコンデンサＣ０の充電が完了後、スイッチＳＷがｏｎとなる（図４（ａ））。
スイッチＳＷがｏｎとなったとき、第１のコンデンサＣ０の電圧は主に第１の磁気スイッチＳＲ０の両端にかかる。その後、第１の磁気スイッチＳＲ０が飽和してｏｎとなる。
【００２９】
磁気スイッチがｏｎとなると、コンデンサＣ０、スイッチＳＷ、第１の磁気スイッチＳＲ０、第２のコンデンサＣ１、第１のコンデンサＣ０のループに電流が流れ、第１のコンデンサＣ０に蓄えられた電荷が移行して第２のコンデンサＣ１に充電される（図４（ｂ）（ｃ））。
ここで、第１のコンデンサＣ０から第２のコンデンサＣ２への電荷の移行が完了し、第２のコンデンサＣ２が十分に充電されると、レーザが第１の電極１ａに塗布されているＥＵＶ発生種である高温プラズマ原料に照射される（図４（ｄ））。
レーザを照射された高温プラズマ原料は気化し、気化した高温プラズマ原料（低温プラズマ）が対向する第２の電極１ｂに達し、電極間橋絡が発生する（図４（ｅ））。
橋絡後、第２のコンデンサＣ２における電圧の時間積分値が第２の磁気スイッチＳＲ２の特性で決まる限界値に達すると、第２の磁気スイッチＳＲ２が飽和してｏｎとなる。そして、負荷である第１の回転電極１ａと第２の回転電極１ｂとの間にパルス幅の短いパルス電力が印加され、第１の電極１ａと第２の電極１ｂとの間に大きな電流が流れ高温プラズマが発生する（図４（ｆ））。
【００３０】
本実施例においては、上記のように第２の磁気スイッチＳＲ２を設けており、これにより、放電により逆方向に充電された第２のコンデンサＣ２の電力が電極１ａ，１ｂに印加されて生じる反転電流を防ぐことができる。
すなわち、放電時、第１の回転電極１ａと第２の回転電極１ｂとの間に大きな電流が流れるが、この電流は回路のリアクトル成分により、放電後も流れ続け、第２の磁気スイッチＳＲ２がないと、コンデンサＣ２に逆方向の反転電流が流れる。このため、コンデンサＣ２は逆方向に充電され、この逆方向の電圧が放電等に悪影響を与える恐れがある。
上記第２の磁気スイッチＳＲ２をコンデンサＣ２と電極の間に設ければ、磁気スイッチＳＲ２によりこの逆方向の電流を阻止することができる。すなわち、この逆方向の電流は飽和していた磁気スイッチＳＲ２をリセットする方向に流れるので、磁気スイッチＳＲ２はｏｆｆ状態となり、上記逆方向の電流を阻止する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のパルス電力供給手段の第１の実施例を示す図である。
【図２】第１の本実施例の動作を示すタイムチャートである。
【図３】本発明のパルス電力供給手段の第２の実施例を示す図である。
【図４】第２の本実施例の動作を示すタイムチャートである。
【図５】ＬＡＧＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置の一例を示す図である。
【図６】昇圧用のパルストランス方式を採用したパルス電力発生器の構成例を示す図である。
【図７】図６に示すパルス電力発生器の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１ａ，１ｂ 電極
２ レーザ装置
２ａ レ一ザビーム
３ 制御部
１０ パルス電力供給手段（パルス電力発生器）
ＣＨ 充電器
Ｃ０，Ｃ１ コンデンサ
ＳＲ０〜ＳＲ３ 磁気スイッチ（可飽和リアクトル）
ＳＷ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極端紫外光を放射させるための液体または固体の原料を供給する原料供給手段と、エネルギービームを上記原料に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、気化された上記原料を放電により上記容器内で加熱励起し高温プラズマを発生させるための、所定距離だけ離間した一対の電極と、電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段とを備えた極端紫外光光源装置において、
上記パルス電力供給手段は、
充電器（ＣＨ）と、
該充電器により充電される第１のコンデンサ（Ｃ０）と、
第１の可飽和リアクトル（ＳＲ０）と第２のコンデンサ（Ｃ１）を直列接続した直列回路と、
該直列回路に直列に接続され、ターンオン動作により上記第１のコンデンサ（Ｃ０）から上記第２のコンデンサ（Ｃ１）へのエネルギー移行を行うスイッチ（ＳＷ）とを備え、 第２のコンデンサ（Ｃ１）の一端側が一対の電極の一方と接続され、
第２のコンデンサ（Ｃ１）の他端側が一対の電極の他方と接続されている
ことを特徴とする極端紫外光光源装置。
【請求項２】
上記エネルギ一移行で充電された上記第２のコンデンサ（Ｃ１）の電圧で飽和する第２の可飽和リアクトル（ＳＲ２）を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光光源装置。
【請求項１】
極端紫外光を放射させるための液体または固体の原料を供給する原料供給手段と、エネルギービームを上記原料に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、気化された上記原料を放電により上記容器内で加熱励起し高温プラズマを発生させるための、所定距離だけ離間した一対の電極と、電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段とを備えた極端紫外光光源装置において、
上記パルス電力供給手段は、
充電器（ＣＨ）と、
該充電器により充電される第１のコンデンサ（Ｃ０）と、
第１の可飽和リアクトル（ＳＲ０）と第２のコンデンサ（Ｃ１）を直列接続した直列回路と、
該直列回路に直列に接続され、ターンオン動作により上記第１のコンデンサ（Ｃ０）から上記第２のコンデンサ（Ｃ１）へのエネルギー移行を行うスイッチ（ＳＷ）とを備え、 第２のコンデンサ（Ｃ１）の一端側が一対の電極の一方と接続され、
第２のコンデンサ（Ｃ１）の他端側が一対の電極の他方と接続されている
ことを特徴とする極端紫外光光源装置。
【請求項２】
上記エネルギ一移行で充電された上記第２のコンデンサ（Ｃ１）の電圧で飽和する第２の可飽和リアクトル（ＳＲ２）を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光光源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１４０６５０（Ｐ２０１０−１４０６５０Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１３１０３（Ｐ２００８−３１３１０３）
【出願日】平成２０年１２月９日（２００８．１２．９）
【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２０年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「極端紫外線（ＥＵＶ）露光システム基盤技術開発（継続研究）」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月９日（２００８．１２．９）
【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２０年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「極端紫外線（ＥＵＶ）露光システム基盤技術開発（継続研究）」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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