JP2010182698A - 極紫外線光源 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、信頼性があり、繰り返し速度が高く、製造ラインと相性の良い高エネルギー光子源を提供する。
【解決手段】活性材料を含む非常に高温のプラズマを真空チャンバで生成する。この活性材料は、望ましい極紫外線（ＥＵＶ）範囲内に輝線を有する原子である。充電コンデンサと、パルス変換器を備えた磁気圧縮回路とを具備したパルス電源は、中間焦点でのＥＵＶ光を５ワットを超える率で生成できるだけのエネルギーと電位を有する電気的パルス提供する。出願人が設計した好適な実施形態では、中間焦点における帯域内ＥＵＶ光エネルギーは４５ワットで、更に１０５．８ワットまで拡大可能である。
【選択図】図２Ａ（２１）

Description

本発明は、高エネルギー光子源に関し、より厳密には高信頼性Ｘ線及び高エネルギー紫外線源に関する。

本出願は、２００３年４月７日に「極紫外線光源」という名称で出願された米国特許出願、２００３年３月８日出願の米国特許出願第１０／３８４，９６７号、２００２年７月３日出願の同第１０／１８９，８２４号、２００２年４月１０日出願の同第１０／１２０，６５５号、２００１年６月６日出願の同第０９／８７５，７１９号、２００１年６月６日出願の同第０９／８７５，７２１号、及び２０００年１０月１６日出願の同第０９／６９０，０８４号に対する優先権を主張し、更に、２００２年１０月３１日出願の特許出願第６０／４２２，８０８号及び２００２年１０月１８日出願の同第６０／４１９，８０５号の恩典を請求するものであり、上記特許出願及び特許文献の全てを参考文献として本願に援用する。

半導体産業では、これまで以上に小型化した集積回路を印刷できるようにするリソグラフィ技術の開発が続けられている。これらのシステムには、高い信頼性、費用効率の高いスループット、並びに妥当な加工許容度を備えていなければならない。近年、集積回路製造産業では、水銀Ｇ線（４３６ｎｍ）及びＩ線（３６５ｎｍ）露光源から２４８ｎｍ及び１９３ｎｍエキシマレーザー源への転換が図られている。この移行は、焦点深度の損失を最小限にしながらリソグラフィ分解能を高める必要性から起きたものである。

集積回路産業界の要求は、まもなく１９３ｎｍ露光源の分解能能力を超える見込みであり、従って、１９３ｎｍよりもかなり短い波長の信頼できる露光源に対する必要性が生まれている。エキシマ線は１５７ｎｍにあるが、この波長で十分な透過率を有し光学品質が十分に高い光学材料は入手が困難である。従って、全てを反射器で構成した画像化システムが求められることになろう。全反射器光学システムは、透過型システムよりも小さい開口数（ＮＡ）が求められる。ＮＡが小さくなることにより発生する分解能の損失は、波長を何倍も小さくすることでしか埋め合わせすることができない。従って、光学リソグラフィの分解能を１９３ｎｍ又は１５７ｎｍで実現されるもの以上に高めようとするのであれば、１０ｎｍ乃至２０ｎｍ範囲の光源が必要となる。波長が１５７ｎｍ未満の光の光学要素は非常に限られている。しかしながら、有効な入射反射器は入手可能であり、波長範囲が約１０ｎｍから１４ｎｍの範囲の波長の光の場合は、通常の入射角度近くで良好な反射器を多層化した構成にすればよい。（この波長範囲の光は超紫外線光として知られているスペクトル範囲内にあり、この範囲で発光するものとして軟Ｘ線がある。）以上の理由から、約１３．５ｎｍのような上記範囲内の波長の、良好で信頼性の高い光源が必要とされている。

高エネルギー紫外線及びＸ線源の現在最新の技術では、レーザービーム、電子又はその他の粒子で各種ターゲット材料に衝撃を与えることにより作り出したプラズマを利用している。固体ターゲットを使っているが、固体ターゲットの削摩によって生じるデブリは、製造ラインで作動させるためのシステムの各種要素に有害な影響を及ぼす。デブリ問題に対して提案されている解決策としては、デブリが光学機器に付着しないように、凍結液体又は液化又は凍結したガスのターゲットを使用するというものである。しかしながら、上記システムは何れも、製造ラインでの作動に実用的であると未だ証明されていない。

Ｘ線及び高エネルギー紫外線放射線がプラズマピンチ作用で作り出せることは、何年も前から知られている。プラズマピンチでは、幾つか考えられるシステム構成の内の１つでプラズマに電流を通し、電流を流すことにより発生する磁界でプラズマ中の電子とイオンを加速して十分なエネルギーを有する小さな塊とし、これによって外側の電子がイオンから実質的にはがれて、その結果Ｘ線及び高エネルギー紫外線放射線が発生する。プラズマの集束又はピンチングにより高エネルギー放射線を作り出すための各種先行技術については、米国特許第６，４５２，１９９号の発明の背景の項に記載されている。

代表的な先行技術によるプラズマ集束装置では、近接Ｘ線リソグラフィに適した大量の放射線を生成できるが、パルス当たりの電気エネルギー所要量が大きいことにより繰り返し速度が限られ、寿命の短い内部要素であるといえる。上記システムで貯蔵される電気エネルギー所要量は１ｋＪから１００ｋＪの範囲である。繰り返し速度は、通常、毎秒数パルスを超えなかった。

必要とされているのは、所望波長範囲内の高エネルギー紫外線Ｘ線放射線を生成し、集めて、方向決めするためのシステムであって、高い繰り返し速度で確実に作動することができ、デブリ形成に伴う先行技術での問題を回避できる、製造ライン信頼性の高いシステムである。

２００３年４月７日出願米国特許出願「極紫外線光源」 米国特許出願第１０／３８４，９６７号 米国特許出願第１０／１８９，８２４号 米国特許出願第１０／１２０，６５５号 米国特許出願第０９／８７５，７１９号 米国特許出願第０９／８７５，７２１号 米国特許出願第０９／６９０，０８４号 特許出願第６０／４２２，８０８号 特許出願第６０／４１９，８０５号 米国特許第６，４５２，１９９号 米国特許第５，１４２，１６６号 米国特許第５，６６８，８４８号 米国特許第５，５３９，７６４号 米国特許第５，４３４，８７５号 米国特許出願第１０／１８７，３６６号 米国特許第６，１２８，３２３号 米国特許第６，３３０，２６１号 米国特許第６，４４２，１８１号 米国特許第６，４７７，１９３号 米国特許出願第０９／８５４，０９７号 米国特許出願第０９／９４３，３４３号 米国特許出願第１０／０１２，００２号 米国特許出願第１０／０３６，６７６号 米国特許第６，２９９，９５８号

G.Decker他、"Experiments Solving the Polarity Riddle of the Plasma Focus"、 Physics Letters、 第８巻、８号、１０８２年６月７日 M.Chaker他、J.Appl.Phys.63,892,1988 R.Popil他、Phys.Rev.A35,3874(1987) F.O'Neil他,Proc.SPIE831,230(1987)

本発明は、信頼性があり、繰り返し速度が高く、製造ラインと相性の良い高エネルギー光子源を提供する。活性材料を含む非常に高温のプラズマを真空チャンバで生成する。この活性材料は、望ましい極紫外線（ＥＵＶ）波長範囲内に輝線を有する原子である。充電コンデンサと、パルス変換器を備えた磁気圧縮回路とを具備したパルス電源は、中間焦点でのＥＵＶ光を継続運転で５ワットを超えバースト運転で２０ワットを超える率で生成できるだけのエネルギーと電位を有する電気的パルス提供する。出願人が設計した好適な実施形態では、中間焦点における帯域内ＥＵＶ光エネルギーは４５ワットで、更に１０５．８ワットまで拡大可能である。

好適な実施形態では、高エネルギー光子源は、同軸電極を備えた高密度プラズマ集束装置である。これら電極は同軸となるように構成されている。中央電極は中空にして、活性ガスが中空電極から導入されるのが望ましい。そうすると、スペクトル線源の最適化並びにバッファガスの分離最適化を行うことができる。好適な実施形態では、中央電極は、中空カソードとして機能できるように高い負の電気的パルスで駆動される。好適な実施形態は、キャパシタンス値と、アノード長及び形状の最適化を提示しており、好適な活性ガス送出システムを開示している。中央電極を冷却するための特別な技法を説明している。或る例では、中空電極の壁に水を循環させている。別の実施形態では、中央電極を冷却するためのヒートパイプ冷却システムを説明している。

外部反射放射線コレクタ・ディレクタは、プラズマピンチで生成された放射線を集めて、その放射線を望ましい方向に導く。反射器材料としては、モリブデン、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、金、又はタングステン等を選択するのが良好である。好適な実施例では、活性材料はキセノン、リチウム蒸気、錫蒸気であり、バッファガスはヘリウムで、放射線コレクタは、俯角入射反射率が高い材料で作られるか、そのような材料でコーティングされている。この他の可能な活性材料について説明する。

好適な実施形態では、バッファガスはヘリウム又はアルゴンである。リチウム蒸気は、同軸電極構成の中央電極の軸に沿う孔の中に配置された固体又は液体リチウムを気化させて生成することができる。アルカリ金属はアミン類に溶けることから、リチウムを溶液として準備してもよい。アンモニア（ＮＨ₃）のリチウム溶液は良い候補である。リチウムは、プレイオン化放電がリチウム蒸気の生成とプレイオン化という二重の目的を果たすスパッタリングで生成してもよい。好適な実施形態では、デブリは、ピンチ位置から出て放射線コレクタ・ディレクタに向かう光線と整列している表面を有する円錐形の入れ子型デブリコレクタに集められる。反射放射線コレクタ・ディレクタと円錐形入れ子型デブリコレクタは、一体で製作してもよいし、別々に製造して、互いに及びピンチ位置に対して整列させてもよい。

出願人らが実際に製作し試験した試作装置は、パルス当たり貯蔵電気エネルギー約１０Ｊの電気的パルス（正又は負の何れか）を、２πステラジアン内に放射される約５０ｍＪの帯域内１３．５ｎｍ放射線に変換する。従って、上記試験は変換効率が約０．５％であることを実証し、出願人らは、５０ｍＪの１３．５ｎｍ放射線の約２０パーセントを集めることができれば実証済みのパルス当たり収集エネルギーは約１０ｍＪになると推測している。出願人らは、１０００Ｈｚ継続運転と４０００Ｈｚのショートバースト運転を実施した。この様にして、１０ワット連続出力と、４０ワットバースト出力を実証した。出願人らの設計した収集技法を使えば、このエネルギーの約半分をプラズマ源から離れた中間焦点に届けることができる。従って、中間焦点における帯域内ＥＵＶ光は、継続運転では少なくとも５ワット、バースト運転では少なくとも２０ワットになる。出願人らは、本願に記載の技法を使えば、５０００Ｈｚ以上の繰り返し速度で６０ワット程度の出力を提供できることも示した。２０００Ｈｚでは、測定されたパルス対パルスのエネルギー安定性は（標準偏差で）約９．４％となり、ドロップアウトパルスは観測されなかった。この試作ＤＰＦ装置の電気回路と動作については、安定性、効率、並びに性能の改善を目的とした幾つかの好適な実施形態の説明と一緒に提示していく。

他の実施形態では、プラズマは、従来型Ｚピンチ装置、中空カソードＺピンチ、又は毛管放電など他のプラズマピンチ装置で生成され、或いはパルス式ガス放電レーザービームで生成される。パルスパワー又は上記各供給源は、本願に記載のパルスパワーシステムで生成され、それぞれにおいて、ＥＵＶ光は、本願に記載の１つ又は複数の技法を用いて、生成され、収集され、且つ中間焦点に届けられるのが望ましい。

本発明は、ＥＵＶリソグラフィを、Ｍｏ／Ｓｉ又はＭｏ／Ｂｅミラーシステムの反射帯域に良好に整合した放射特性を備えた信頼できる高輝度ＥＵＶ光源で、実用的に実施できるようにする。出願人らによる試験は、中央電極を中空にしてカソードとして構成するという改良された電極構成を実証している。この構成の場合、中空カソードは自身でプレイオン化するので、専用のプレイオン化は不要である。

ＥＵＶ及び軟Ｘ線源用の電源として有用なパルスパワーシステムの電気配線図である。 パルス変換器の構造要素を示す。 テストデータを示す。 テストデータを示す。 逆極性パルス電源を示す。 高密度プラズマ集束ＥＵＶ装置の電気的特性を示す。 プラズマピンチ試作ＥＵＶ装置の断面図である。 プラズマピンチ試作ＥＵＶ装置の断面図である。 真空チャンバ付の試作品を示す。 フロー冷却機器を示す。 出力に及ぼすフローの効果を示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 性能データを示す。 具体的なＤＰＦ構成を示す。 従来型Ｚピンチ装置の特性を示す。 中空カソードＺピンチ装置の特性を示す。 毛管放電装置の特性を示す。 キセノンスペクトルを示す。 キセノンスペクトルを示す。 レーザー生成プラズマシステムの特性を示す。 レーザー生成プラズマシステムの特性を示す。 レーザー生成プラズマシステムの特性を示す。 ハイブリッドＥＵＶシステムを示す。 デブリコレクタの製作法を示す。 デブリコレクタの製作法を示す。 デブリコレクタの製作法を示す。 第２デブリコレクタの構造を示す。 第２デブリコレクタの構造を示す。 第３デブリコレクタの構造を示す。 第３デブリコレクタの構造を示す。 第３デブリコレクタの構造を示す。 ＭｏＳｉコーティングの反射率に対する１３．５ｎｍリチウムピークを示す。 ハイプロボリックコレクタの斜視図である。 楕円形コレクタによって生成されたＥＵＶ光線の一部を示す。 ハイプロボリックコレクタによって生成されたＥＵＶ光線の一部を示す。 放射線コレクタとデブリコレクタの組み合わせを示す。 放射線コレクタとデブリコレクタの組み合わせを示す。 放射線コレクタとデブリコレクタの組み合わせを示す。 放射線コレクタとデブリコレクタの組み合わせを示す。 キセノンスペクトルと多層ミラースペクトルを示す。 １３．５ｎｍ紫外線放射に関する各種材料の反射率を示す。 コレクタ設計を示す。 コレクタ設計を示す。 コレクタ設計を示す。 コレクタ設計を示す。 図１２は、ソースガスと作動ガスを導入するための技法を示す図である。 アノード電圧とＥＵＶ強度を示す時間図である。 プラズマピンチに関する各種中央電極設計の効果を示す。 プラズマピンチに関する各種中央電極設計の効果を示す。 プラズマピンチに関する各種中央電極設計の効果を示す。 プラズマピンチに関する各種中央電極設計の効果を示す。 ＲＦエネルギーを使用してリチウム蒸気ソースガスを操作するための技法を示す図である。 好適なＤＰＦ装置のアノードのヒートパイプ冷却技法を示す。 ガス制御技法を示す。 好適な実施形態の真空容器内で活性ガスとバッファガスを制御するための技法を示す。 好適な実施形態の真空容器内で活性ガスとバッファガスを制御するための技法を示す。 好適な実施形態の真空容器内で活性ガスとバッファガスを制御するための技法を示す。 好適な実施形態の真空容器内で活性ガスとバッファガスを制御するための技法を示す。 タンデム型楕円ミラー配置を示す。 ２つの焦点のすぐ下流におけるＥＵＶプロフィールの形状を示す。 ２つの焦点のすぐ下流におけるＥＵＶプロフィールの形状を示す。 ２つの焦点のすぐ下流におけるＥＵＶプロフィールの形状を示す。 電極水冷の技法を示す。 電極水冷の技法を示す。 電極水冷の技法を示す。 電極水冷の技法を示す。 電極設計を示す。 電極設計を示す。 電極腐食を低減するための技法を示す。 電極設計を示す。 電極設計を示す。 保守技法を示す。 保守技法を示す。 ピンチを制御するための磁石の使用を示す。 ピンチを制御するための磁石の使用を示す。 パルス形状を示す。 パルス形状を示す。 パルス形状を示す。 パルス形状を示す。 プレイオン化技法を示す。 プレイオン化ターニングの効果を示す。 高密度プラズマ集束の利点を示す。

高温プラズマ
プラズマからスペクトル範囲１３−１４ｎｍの光を生成するには、摂氏数千度程度の温度に対応する非常に高温のプラズマが必要である。上記温度のプラズマは、非常に高いパワー（非常に短いパルス）のレーザービーム又は高いエネルギーの電子ビームを金属ターゲットの表面に集束することにより作り出すことができる。プラズマを集束又はピンチする幾つかの特定の放電技法の何れかを使って、電子放電でガス中に非常に高温のプラズマを生成することもできる。これらの技法には、（１）高密度プラズマ集束技法、（２）標準Ｚピンチ技法、（３）中空カソードＺピンチ、及び（４）毛管放電技法が含まれる。上記技法は、全て以下で詳細に論じる。集積回路制作用のリソグラフィ光源として使用する場合、光源と光源の電源装置は、膨大なパルスの間、連続的に確実に絶え間なく作動可能でなくてはならない。これは、リソグラフィ機と付帯する製造ラインが極めて高価であり、予期せぬ故障時間が発生すれば時間当たり数十万ドルの損失となりかねないからである。

１２−１４ｎｍＥＵＶスペクトル線用の原子ソース
本明細書の発明の背景の項で述べたように、波長範囲約１０から１４ｎｍで反射率約７０％以上の良好なミラーが入手可能である。これらのミラーは、通常、１２から１４ｎｍ範囲内のより狭いスペクトル範囲に限って上記のような高い値の反射率を提供する。例えば、図１１Ａに示すミラーは、約１３．２から１３．８ｎｍのスペクトル範囲に亘って約７０％の反射率を提供する。このミラーは、０．５ｎｍのＦＷＨＭ帯域幅では、１３．５ｎｍで約０．７の反射率を有すると記述できる。これらミラーは、将来的な集積回路リソグラフィ用のリソグラフィ機として効果的に利用できる。下に説明するプラズマ生成装置は、図２Ａから図２Ｄに示すものも含めて、摂氏数千度程度の極めて高い温度でスポットプラズマを生成するが、発する光のスペクトルは非常に広い範囲に及んで広がる。光を約１３−１４ｎｍという望ましい範囲内で生成するには、高温のスポットプラズマは、スペクトル線が１３−１４ｎｍ範囲の原子ターゲット材料を含んでいなくてはならない。キセノン、リチウム、錫を含め、幾つかの見込みのあるターゲット材料が知られている。ターゲット材料の最適な選択には、利用可能なスペクトル、プラズマエネルギー対所望スペクトル内のエネルギーの変換効率、ターゲットをプラズマ領域に注入する難度、及びデブリ問題に関係するトレードオフが関わる。上記問題に対処する好適なターゲット及び技法の幾つかについて下に論じる。（読者には、全ての元素は高温でスペクトル線を生成すること、及びこれらの線は広く資料化されているので、他の波長の光が望ましい場合は、プラズマ内で加熱される際に対象波長で良好なスペクトル線を生成する適したターゲット材料を求めて文献を探すという比較的単純な作業となることが理解頂けるであろう。）

キセノン
キセノンは、好適な原子ターゲットである。キセノンは希ガスなので、デブリ問題は存在しない。キセノンは、図３Ａ、３Ｂに示すように、１３から１４ｎｍ範囲内に比較的良好なスペクトル線を有している。図１１Ａは、出願人が測定したＥＵＶ Ｘｅスペクトルを示す。図３Ａは、測定された単一パルスのスペクトルを示している。図３Ｂは、計算された理論上のＸｅスペクトルを示す。キセノンは、放電チャンバ内でバッファガスの構成要素として添加してもよいし、放電又はピンチ領域での濃度が高くなるようにその領域に接近して注入してもよい。また、原子濃度がプラズマ内で非常に高くなるように、沸点以下に冷却して液体又は固体として放電又はピンチ領域に注入してもよい。ある種のキセノン化合物（キセノン・オキシフルオライドなど）も、良好なターゲット材料である。

リチウム
リチウムも、可能性のあるターゲット材料としてよく知られている。リチウムは標準温度では固体なので、デブリ問題がある。また、原子状のリチウムを放電又はピンチ領域に加える際には特別な技法を考案せねばならない。それら技法の幾つかについては、親特許出願並びに先行技術文献に記載されているが、以下にその他の技法を説明する。リチウムは固体、液体、又は蒸気としてチャンバ内に注入することができる。

錫
錫も、所望範囲に或る程度強いスペクトル線を有するので好適なターゲット材料といえる。しかしながら、リチウムのように、錫は標準温度では固体であり、光学表面に付着する可能性があるため、やはりデブリ問題を引き起こす。
パルスパワーシステム

電気回路
長寿命で信頼性の高いパルスパワーの必要性
短い高電圧パルスを供給して上記装置内に放電を起こすものとして、先行技術によるパルスパワー供給システムが幾つか知られている。しかしながら、それら先行技術による電源装置には、集積回路リソグラフィ生産に必要な高い繰り返し速度、高出力長寿命、及び信頼性を提供するための信頼性と制御特性を備えているものはない。しかしながら、出願人らは、エキシマレーザー光源用として出願人らが開発した技法に部分的に依存するパルスパワーシステムを構築し試験した。２４８ｎｍ及び１９３ｎｍの光を生成するこれらエキシマレーザーは、集積回路製作用の光源として現在広く使用されている。第４世代プラズマ集束装置の一部として、出願人らが構築し試験したＥＵＶ装置の長寿命高信頼性パルスパワーシステムについて次の節で説明する。

図１、及び場合によっては図１Ａ、２Ａ、２Ｂを参照しながら、以下この好適なパルスパワーシステムの電気回路図を説明する。

従来型の約７００Ｖの直流電源装置４００を使って、事業用２０８ボルト３相電源からのＡＣ電力を、約７００Ｖの直流５０ａｍｐ電力に変換する。電源装置４００は、共振充電装置４０２に電力を供給する。電源装置４００は、大容量の１５５０μＦコンデンサバンクＣ−１を充電する。外部トリガ信号からコマンドが出ると、共振充電器は、コマンド−充電スイッチＳ１を閉じて充電サイクルを開始する。一旦スイッチが閉じられると、共振回路が、Ｃ−１コンデンサ、充電インダクタＬ１、及びソリッドパルスパワーシステム（ＳＳＰＰＳ）４０４の一部を構成するＣ０コンデンサバンクで形成される。従って、電流は、Ｃ−１からＬ１インダクタを通りＣ０に放電し始め、当該キャパシタンスを充電する。Ｃ−１のキャパシタンスはＣ０のキャパシタンスよりも遙かに大きいので、この共振充電プロセス中にＣ０の電圧はＣ−１の初期電圧の約２倍にもなる。充電電流パルスは半正弦波形状をしており、Ｃ０の電圧は「１−余弦」波形に似ている。

Ｃ０の末端電圧を制御するために幾つかの動作が行われる。第１に、コマンド−充電スイッチＳ１は、標準充電サイクル中はいつでも開くことができる。そうすると、電流はＣ−１から流れるのを止めるが、充電インダクタに既に立ち上がっていた電流は、フリーホイーリングダイオードＤ３を通ってＣ０に流れ込む。これには、エネルギーがそれ以上Ｃ−１からＣ０に移動するのを止める効果がある。充電インダクタＬ１に残ったエネルギー（相当な量になるはず）だけがＣ０に移動し続け高電圧になるまでＣ０を充電する。

更に、充電インダクタを跨ぐデキューイングスイッチＳ２を閉じ、効果的に充電インダクタを短絡し、共振回路を「デキューイング」することができる。これにより、共振回路からインダクタが基本的に切り離され、インダクタの電流がそれ以上Ｃ０を充電し続けないようになる。次いでインダクタの電流は、ロードから分路して、充電インダクタＬ１、デキューイングスイッチＳ２、及びデキューイングダイオードＤ４で構成されるループに閉じ込められる。ＩＧＢＴは、普通に逆電流を伝導する装置に含まれている逆非並列ダイオードを有しているので、ダイオードＤ４が回路に含まれている。その結果、ダイオードＤ４は、そうでなければ充電サイクルの間に充電インダクタを迂回することになる逆電流を遮断する。最後に、Ｃ０の電圧を非常に細かく制御するために、充電サイクルが完全に終了すると、「ブリードダウン」又はシャントスイッチ並びに直列抵抗器（この好適な実施形態ではどちらも図示せず）を使って、Ｃ０からエネルギーを放電することができる。

ＤＣ電源装置は、２０８Ｖ、９０Ａ、ＡＣ入力、８００Ｖ、５０Ａ、ＤＣ出力に調整された電圧電源装置であり、Universal Voltranics、Lambda/EMI、Kaiser Systems、Sorensenなどのメーカーから提供されている。第２の実施形態では、システム用の合計電圧、電流、平均電力要件を提供するために直列及び／又は並列に接続された多数の低電力電源装置を使用することができる。共振充電器４０２のＣ−１コンデンサは、２つの４５０Ｖ直流、３１００μＦの電解コンデンサを直列に接続した構成である。合成キャパシタンスは９００Ｖで評価すると１５５０μＦであり、典型的な７００−８００Ｖ作動範囲に対して十分な余裕を提供している。これらコンデンサは、Sprague、Mallory、Aerovoxなどのメーカーから入手することができる。本実施形態のコマンド充電スイッチＳ１及び出力直列スイッチＳ３は、１２００Ｖ、３００ＡのＩＧＢＴスイッチである。スイッチの実際の部品番号は、PowerexのＣＭ３００ＨＡ−２４Ｈである。デキューイングスイッチＳ２は、１７００Ｖ、４００ＡのＩＧＢＴスイッチであり、これもPwerexから市販されている部品番号ＣＭ４００ＨＡ−３４Ｈである。充電インダクタＬ１は、環状の５０対５０％ＮｉＦｅテープを巻いた芯に、１／８インチのエアギャップ２箇所を設けて形成されたLitz線の平行巻き線２セット（各２０巻き）を備え、合成インダクタンスが約１４０μＨとなるように作られた特注のインダクタである。National Arnoldが専用の芯を提供している。他の実施形態では、Molypermaloy、Metglasなどを含む芯用の異なる磁性材料を利用することができる。直列、デキューイングのフリーホイーリングダイオードは、全て、Powerex製の部品番号Ｒ６２２１４３０ＰＳの１４００Ｖ、３００Ａダイオードである。

共振充電器４０２がＣ０を充電してしまうと、共振充電器の制御装置（図示せず）により、ＩＧＢＴスイッチＳ４が閉じるようトリガするトリガが生成される。概略図では（分かり易いように）１つしか示していないが、Ｓ４は、Ｃ０をＣ１に放電するのに使用される８つの並列ＩＧＢＴで構成されている。Ｃ０コンデンサからの電流は、次いでＩＧＢＴを通して放電され、第１磁気スイッチＬＳ１に入る。この磁気スイッチの設計では、８つの並列ＩＧＢＴ全てが、放電回路内に実質的に電流が立ち上がる前に、完全にオンになる（即ち、閉じる）ことができるだけのボルト−秒が与えられている。閉じた後、主電流パルスが生成され、これを使ってエネルギーがＣ０からＣ１に伝達される。Ｃ０からＣ１への伝達時間は、通常は５μｓ程度であり、ＬＳ１の飽和インダクタンスは約２３０ｎＨである。Ｃ１の電圧が所望電圧に完全に到達すると、第２磁気スイッチＬＳ２の電圧−秒が終わって、当該スイッチは飽和し、Ｃ１のエネルギーを１：４パルス変成器４０６に伝達するが、これについては下で更に詳しく説明する。変成器は、基本的には、並列に接続された３つの１巻き一次「巻線」と、１つの二次「巻線」で構成されている。二次インダクタは、一次の高電圧端末に結び付けられており、その結果、ステップアップ比率は、自動変成器構成での１：３に代わり１：４となる。二次「巻き線」は、次にＣ２コンデンサバンクに結び付けられ、これが（パルス変成器を介する）Ｃ１からのエネルギー伝達によって充電される。Ｃ１からＣ２への伝達時間は約５００ｎｓで、ＬＳ２の飽和インダクタンスは約２．３ｎＨである。Ｃ２に電圧が立ち上がると、第３磁気スイッチＬＳ３のボルト−秒の積が達成され、これも飽和して、Ｃ２の電圧を図１４Ａ、１４Ｂに示すアノード８ａに伝達する。ＬＳ３の飽和インダクタンスは約１．５ｎＨである。

３つの磁気スイッチを正しくバイアスするために、図１に４０８で示すバイアス回路も使用される。バイアス電源装置Ｖ１からの電流は、磁気スイッチＬＳ３を通過する。電流は次いで分かれて、その一部はバイアスインダクタＬ５を通過してバイアス電源装置Ｖ１に戻る。残りの電流は、パルス変成器二次巻線を通過し、次いで磁気スイッチＬＳ２とＬＳ１並びにインダクタＬ３を通過して、バイアス電源装置Ｖ１に戻る。バイアスインダクタＬ２は、電流から、パルス変成器一次巻線を通って大地に至り電源装置へ戻る経路を提供する。バイアスインダクタＬ３とＬ５は、バイアス電源装置Ｖ１が（バイアス接続が形成されているＳＳＰＰＳ内で生成される電位とは反対の）大地電位に近接して作動することから、ＳＳＰＰＳのパルスの間に電圧絶縁も提供する。

Ｃ０、Ｃ１、及びＣ２キャパシタンスは、多数の並列ポリプロピレンフィルムコンデンサを印刷回路板に肉厚（６−１０オンス）の銅めっきで取り付けて構成されている。印刷回路板は、４枚の板で、高電圧及び接地接続の両方の円筒形バスを供給する円筒形コンデンサデッキを構成した楔形状をしている。この様にして、パルス圧縮とＤＰＦ自体のプラズマピンチの安定性との両方にとって重要な低インダクタンス接続が形成される。Ｃ０とＣ１の合計キャパシタンスは、各々２１．６μＦであるが、Ｃ２の合計キャパシタンスは１．３３μＦである。Ｃ０とＣ１のコンデンサは、０．１μＦ、１６００Ｖのコンデンサで、ドイツのWima又はノースカロライナ州のVishay Roedersteinから入手できる。Ｃ２キャパシタンスは、二次パルス変成器の電圧が約５ｋＶなので、３つのコンデンサ部分を直列に積み重ねて、全体の電圧等級を実現できるように構成されている。Ｃ２コンデンサは、０．０１μＦ、２０００Ｖ直流要素であり、これもWima又はVishay Roedersteinから入手できる。ＳＳＰＰＳスイッチは、１４００Ｖ、１０００ＡのＩＧＢＴスイッチである。実際の部品番号はPowerexのＣＭ１０００ＨＡ−２８Ｈである。先に説明したように、８つの並列ＩＧＢＴスイッチを使ってＣ０をＣ１に放電する。ＳＳＰＰＳ直列ダイオードは、全て１４００Ｖ、３００Ａのダイオードであり、Powerexの部品番号Ｒ６２２１４３０である。それぞれのＩＧＢＴスイッチに２つのダイオードが使用され、合計１６個の並列装置を構成する。

磁気スイッチＬＳ１は、環状のフェライト芯にLitz線の並列巻線１６セット（各６巻き）を設けて構成された特注インダクタである。この特定の芯は、ニュージャージー州のCeramic Magneticsにより提供され、ＣＮ−２０フェライト材料で形成されている。環状体は、０．５インチ厚で、内径５．０インチ、外径８．０インチである。磁気スイッチＬＳ２は、１巻きの環状インダクタである。磁気芯は、８．８７５インチ外径のマンドレルに、Honeywell製の幅２インチ厚さ０．７ミルの２６０５−Ｓ３ＡのMetglasを使って、厚さ０．１ミルのMylarを層の間に巻きつけて、外径を１０．９４インチになるようテープ巻きしたものである。磁気スイッチＬＳ３も、１巻き環状インダクタである。磁気芯は、９．５インチ外径のマンドレル上に、Honeywell製の幅１インチ厚さ０．７ミルの２６０５−Ｓ３ＡのMetglasを使って、厚さ０．１ミルのMylarを層の間に巻きつけて、外径を１０．９４インチになるようテープ巻きしたものである。

パルス変成器を４０６で示すが、これも図１Ａに示すように３つの変圧器芯を有している。３つの変圧器芯は、それぞれ、１２．８インチ外径のマンドレル４２２に、Honeywell製の幅１インチ厚さ０．７ミルの２６０５−Ｓ３ＡのMetglasθを使って、厚さ０．１ミルのMylarを層の間に巻きつけて、外径を１４．６５インチになるようテープ巻きしたものである。３つの芯４１８は、それぞれリング状で、内径１２．８インチ、外径約１４インチ、高さ１インチである。図１Ａは、３つの芯と一次及び二次「巻線」の物理的配置を示す軸断面図である。一次巻線は、それぞれ実際には、マンドレル４２２と棒状スペーサ４２４にボルト留めされた２つの円形リング４２０Ａと４２０Ｂで形成されている。二次「巻線」は、４８個の円周状に間隔を空けて配置されたボルト４２６で構成されている。変成器は、米国特許第５，１４２，１６６号に記載されている線形加速器の原理と同じ原理で作動する。３つの一次「巻線」の高圧電流パルスは、二次「巻線」に一次巻線と略同じ電圧を誘起する。その結果、二次巻線（即ち、ロッド４２６）には、一次電圧パルスの３倍に等しい電圧が生成される。しかし、二次巻線の低圧側は一次巻線に繋がれているので、この「自動変成器」構造では４倍変圧が行われる。

バイアスインダクタＬ３及びＬ４は、共に、モリパーマロイ磁気芯に巻き付けられた環状インダクタである。この芯の寸法は、高さ０．８インチ、内径３．０９４インチ、外径５．２１８インチである。この芯は、Group Arnold製の部品番号ａ−４３００２６−２である。インダクタＬ３は、環状体に１２ＡＷＧ線を９０巻きして〜７．３ｍＨのインダクタンスとしたもので、Ｌ４は、環状体に１２ＡＷＧ線を１４０巻きして〜１８ｍＨのインダクタンスとしたものである。バイアスインダクタＬ６は、１２ＡＷＧ線を１６巻して直径６インチにしただけである。バイアスインダクタＬ４は、１２ＡＷＧ線を３０巻して直径６インチにしたものである。バイアスインダクタＬ２は、１２ＡＷＧ線を８巻して直径６インチにしたものである。抵抗器Ｒ１は、２０個の平行抵抗器の列であり、それぞれが２７Ω、２Ｗの炭素組成抵抗器である。

極性
本発明の好適な実施形態では、図１に示す電気回路は、図２、２Ｂ１、２Ｂ２に示す中央電極８Ａに正の高電圧パルスを提供する。各初期パルスの各部分における電流の流れる方向を、変成器４０６の一次側及び二次側と電極の間で、それぞれ矢印４０９Ａ、４０９Ｂ、４０９Ｃで示している。（読者は、電子の流れる方向が電流の流れる方向と逆であることに留意されたい。）読者は、各パルスの後半部分では、図１Ｂの４０９Ｄで示す軌跡で表されるように電流は実際に反転しており、Ｃ２の電圧は約＋４ｋＶに上がり、次いで約ゼロに上がる。

極性逆転
先行技術による高密度プラズマ集束装置では、通常、中央電極をアノードとし、周囲の電極をカソードとして構成されている。従って、図２Ｂに示す実施形態の電極の極性は、この従来の技法に準拠したものである。電極の極性を逆転させることは従来の技術でも既知であるが、通常は性能を実質的に低下させる結果となっている。（例えば、G.Decker他”Experiments Solving the Polarity Riddle of the Plasma Focus”、 Physics Letters、 第８巻、８号、１０８２年６月７日、を参照。）

出願人は、本発明の好適な実施形態において、高密度プラズマ集束装置の電極極性を逆転させることによって優れた性能を実証した。これを行うにあたり、出願人は、図１に示す回路に変更を加えて図１Ｄに示す回路を作った。図１の回路の基本設計により、この仕事は比較的容易になった。直流電源装置４００の接続を切り替えると、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は逆転し、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４も逆転した。バイアス電源装置Ｖ１の極性も逆転した。結果的に、各パルスの初期電流の流れは、図１Ｄの４０９Ａ、４０９Ｂ、４０９Ｃに示す方向となった。従って、図２Ｂ２を含む各図に示す中央電極８Ａは、初めは負に充電され、この実施形態の初期電流の流れは接地電極８Ｂから中央電極８Ａに向かう。電子の流れは逆方向、即ち中央電極８Ａから周囲の電極８Ｂに向かう。極性を逆転させる別の技法は、パルス変成器の設計を変更して、変成器の「オンツー」態様をなくすことである。即ち、低電圧側を一次高電圧の代わりに大地に接続することである。こうすると、極性は、パルス変成器の二次リード線を単に変えるだけで逆転させることができる。これは、無論、この場合には、電圧は４倍ではなくて３倍にしか増大しないことを意味する。しかし、これを補償するために、別の一次部分を加えてもよい。

出願人の実験は、極性の変化によりもたらされた意外な改良点を実証している。重要な改良は、プレイオン化要件が大幅に縮小され、完全に省くこともできるという点である。出願人らは、この改良された性能は、図２Ａに示すように電極８Ａの上面の中空部分によりもたらされる中空カソード効果によるものであると確信している。各種条件下での出願人らの測定によると、ピンチの品質は、正の中央電極極性により作り出されるピンチよりも良好である。出願人らは、ＥＵＶ出力の増加は約２倍までであろうと推定している。

エネルギーの回収
全体的な効率を上げるために、この第４世代高密度プラズマ集束装置は、回路の放電部分から反射された電気的パルスエネルギーのパルス対パルスに基づくエネルギー回収を提供する。エネルギー回収は、図１を参照しながら下に説明するように達成される。

放電後、Ｃ２は負に駆動される。これが起きるとき、ＬＳ２は、Ｃ１からＣ２への電流の流れに関しては既に飽和状態になっている。従って、装置内にエネルギーを呼び込むのではなく（これは電極腐食を引き起こし易い）、ＬＳ２の飽和状態によって、Ｃ２の逆電荷が共振的にＣ１に戻されることになる。この移動は、ＬＳ２を通り電流が継続的に順方向に進むことにより達成される。Ｃ２からＣ１への電荷の移動の後、Ｃ１はＣ０（この時、略大地電位にある）に比べ負の電位を有し、（ＬＳ２の場合と同じように）ＬＳ１は、丁度発生したパルスの間の大きな電流の流れのため、引き続き順方向伝導となる。その結果、電流はＣ０からＣ１に流れ、Ｃ１の電位は接地電位程度まで上がり、Ｃ０に負の電位を形成する。

読者は、このＣ０への逆エネルギー伝達は、全ての又は実質的に全てのエネルギーがＣ０上に回収されるまで、全ての可飽和インダクタ（ＬＳ１、ＬＳ２、及びＬＳ３）が順方向伝導のままとなる場合のみ可能であることに留意されたい。消耗エネルギーが伝播してＣ０に戻った後、Ｃ０は初期に貯まっていた電荷に対して負となる。この時点で、スイッチＳ４は、パルスパワー制御により開いている。インダクタＬ１と、大地に接続された半導体ダイオードＤ３とを備えている反転回路は、共振フリーホイーリングの結果としてＣ０の極性を反転させる（即ち、ダイオードＤ３によりインダクタＬ１の電流に逆らってクランプされ、エネルギーはＣ０の部分再充電により回収されるという最終的な結果になる、Ｌ１−Ｃ０回路の半サイクルリンギング）。従って、そうでなければ電極の腐食に寄与するはずのエネルギーは、回収され、後続のパルスの充電要件を低減する。

出力スイッチの重要性
図１及び図１Ｄに示すように、本発明で説明するパルスパワーシステムには、幾つかの機能を実行する出力スイッチがある。このスイッチ、図ではＬＳ３であるが、我々が磁気スイッチと呼ぶ可飽和インダクタである。上で説明したように、スイッチにはバイアス回路４０８によりバイアスが掛けられるので、最初は、各パルスの開始時に、インダクタが飽和するまで電流を遅らせ、インダクタが飽和すると、約１００ナノ秒の間電流が流れるようにして、その後、バイアス電流は（例えば）５ｋＨｚで約２００マイクロ秒後に来る次のパルスの開始に先立ってスイッチに再びバイアスを掛ける。このスイッチは、高繰り返し速度でソースを正しく作動させるために非常に重要である。ＥＵＶソースにはこのようなスイッチなしで開発されたものもあるが、それらが高繰り返し速度で作動すると出力エネルギーが不規則になりかねない。それらには、エネルギー貯蔵コンデンサとＥＵＶソースロードの間にスイッチは存在しない。問題は、ソースロードが、最後のパルスから、次のパルスの準備でエネルギー貯蔵コンデンサに電圧が掛けられる時までの、短時間では完全には回復できないということである。５ｋＨｚの繰り返し速度では、出力パルスの間には２００μｓしかない。他の多くのソース設計では、このパルス間の時間が非常に短いことが、エネルギー貯蔵コンデンサの充電に必要となっている。従って、最後のパルス生成とコンデンサ（及び、２つの間を分離する出力スイッチがないのでロードも含める）への初期電圧印加の間は更に短くなる可能性すらある。この時間が、最後のパルスからのプラズマが冷却して回復するのに短か過ぎるようになると、問題となる（次のパルスを予測した電圧印加が遅れる）。その結果、回復が不十分であると、通常より低い電圧で早過ぎる時期にソースが再度停止する。停止プロセスは本質的には統計的なものなので、停止電圧はばらつきが大きく、ソース出力ＥＵＶエネルギーレベルの変動が大きくなる。これは、エネルギー安定性と線量制御がプロセス制御にとって非常に重要なパラメータであることから、リソグラフィ用途に重大な問題を引き起こす。

ここに説明する本発明の出力スイッチＬＳ３の利点は、過早ロード停止という問題をなくすのに役立つ幾つかの機能を実行することである。通常のパルス生成では、ＬＳ３スイッチは、磁気スイッチ兼ダイオードとして働き、ロードを通って電流が逆流するのを防止する。その結果、ロードに吸収されないエネルギーは、全て初期貯蔵コンデンサＣ０に戻され、ここで、エネルギーは回収され次のパルスでの使用に備えて貯蔵される（先に、エネルギー回収の節で説明した通り）。このように、エネルギーは、主パルス生成後迅速にロードから取り除かれるので、最終的に且つ完全にロードプラズマとして消散するまで発振し続けることはない。これは、エネルギーが堆積してロードプラズマになるのを抑制し、主パルス生成とＥＵＶ出力の後、できるだけ早期に回収プロセスを開始できるようにする。更に、ＬＳ３出力スイッチは、最後のエネルギー貯蔵コンデンサとソースロードの間を分離するので、次のパルスが生成される前にソースの追加時間が回収できるようにする。このスイッチは、我々が放電コンデンサと呼ぶ最後のエネルギー貯蔵コンデンサＣ２が、エネルギー回収プロセスが完了した後でＬＳ３スイッチが逆バイアスされるとすぐに充電を開始できるようにする。バイアス回路（バイアスインダクタＬ４とバイアス電源装置Ｖ１を含む）の設計は、次のパルス生成シーケンスにおいて少なくとも繰り返し速度５ｋＨｚでＣ２を充電できるだけの時間でＬＳ３が回復できるように開発することができる。ＬＳ３スイッチは、従って、飽和する（Ｃ２の電圧が最大値に達する）まで、まず逆向きにバイアス（順方向ではなくロードに向けて伝導する）が掛けられる。次いでスイッチは、エネルギーがＣ２からロードに伝達されるようにするが、エネルギー回収サイクルが完了して反射されたエネルギーが全てＣ０に回収されて戻るまでは順方向伝導のまま留まる。この期間が終わると、バイアス回路からのエネルギーは主要パルス圧縮回路に印加され、再度ＬＳ３スイッチを逆バイアスすることによりサイクルを完了する。これが終了すると、（ＬＳ３スイッチは、今度はＣ２の電圧をロードから切り離すことができるため）ロードが過早停止するという潜在的な問題無しに、Ｃ２の充電が再度起きる。

ＥＵＶソースパワー要件を満たすためにはＥＵＶソースの繰り返し速度を最終的には１０ｋＨｚまで上げなくてはならないので、上記問題は、パルスとパルスの間の時間がずっと短くなるために益々重要になってくる。

図１Ｂと１Ｃは、第４世代プラズマピンチ試作装置のテスト結果を示している。図１Ｂは、コンデンサＣ２上の、及び電極を跨ぐパルスの形状を示しており、図１Ｃは、活性ガスとしてのキセノンを使った場合の実測フォトダイオード信号を示している。

高温放電
ＥＵＶ Ｘ線装置
上に述べた高繰り返し速度、高信頼性、長寿命パルスパワーシステムを利用して、各種極紫外線又はＸ線装置に高電圧電気的パルスを提供することができる。これらのシステムには、図２Ａに示す高密度プラズマ集束装置、図２Ｂに示す従来型Ｚピンチ装置、図２Ｃに示す中空カソードＺピンチ装置、及び図２Ｄに示す毛管放電装置が含まれる。何れの場合も、光源は「Ｚ」方向と称する軸に対して概ね軸対象である。それ故、上記光源、特に最初の３つはしばしば「Ｚ」ピンチ光源と称される。

高密度プラズマ集束
高密度プラズマ集束ＥＵＶ装置の主要構成要素を図２Ｂに示す。主要構成要素は、アノード８Ａ、カソード８Ｂと絶縁体８Ｃ、及び高電圧パルス電源８Ｄである。この場合、高電圧が印加されると、カソードと、絶縁体８Ｃの外側表面に沿って走るアノードとの間に放電が開始される。高温プラズマ電流により発生した力は、プラズマを略上方向次いで内方向に向け、アノードの中心の真上に極めて高温のプラズマピンチを作り出す。

図１に示すパルスパワーシステムについて先に指定したパラメータは、この光源が、パルス持続時間約１００から約５００ｎｓで、約５０００ボルトの１２Ｊパルスを生成するように特に選択された。プレイオン化装置（スパークギャップ・プレイオナイザなど）を設けるのが望ましいが、これについては米国特許出願第０９／６９０，０８４号に詳しく説明されており、同出願を本願に参考文献として援用する。

図２Ａ（１）は、出願人らが製作し試験した第４世代プラズマピンチＥＵＶ光源の一部の横断面を示しており、これには図１に示すパルスパワーシステムを組み入れている。先に言及した電気的構成要素の多くが、図２Ａ（１）に表示されている。図２Ａ（２）は、装置の電極領域の拡大図であり、アノード８Ａ、カソード８Ｂ、スパークギャッププレイオナイザ１３８を更に詳しく示している。図２Ａ（３）は、第４世代の図であり、図２Ａ（１）に示す電気的構成要素の多くと、真空部３も示している。

従来型Ｚピンチ
従来型Ｚピンチ光源を図３に示す。この場合、放電は、アノードと、絶縁体９Ｃの内側表面に沿うカソードとの間で開始される。高電流により生成された力は、絶縁体９Ｃにより形成された円筒体の中心にプラズマを向かわせ、プラズマに円筒体の上端近くで極めて高温でピンチを起こさせる。

上記構成要素を備えた図１に示すパルスパワー回路は、従来型Ｚピンチ設計の実施形態として作動するが、当業者は、パルスパワー電気的構成要素のパラメータをＺピンチの特定の設計パラメータにあわせるために、変更を加えることを選択するかもしれない。例えば、５０００ボルトのパルスが好適な場合は、図１に示すものと同一の基本回路で、パルス変成器４０６に一巻き一次巻線をもう１つ加えれば、簡単に実現することができる。この設計では、通常、プリイオナイザを設けて、各パルスの開始時にプラズマの開始を助ける。これらプリイオナイザは、スパークギャップでも、他のプリイオナイザ・ソースであってもよく、大抵は別個の図示しないソースから電力供給される。

中空カソードＺピンチ
図２Ｃに示す中空カソードＺピンチは、従来型Ｚピンチに非常によく似ている。違いは、カソードが、円筒形の絶縁体の下に中空を生成するように構成されていることである。
この設計では、高電圧が十分に高いレベルまで上がると、各パルスの開始時に中空領域９Ｅの上部近くに非常に大量のイオンと電子が自然に発生するので、プリイオナイザの必要性がなくなる。このため、この設計は、放電を開始するための高電圧スイッチを必要としない。放電は自発的に開始されたものとみなされる。

この設計で図１に示す電源装置を使ってパルスパワーを提供する場合、カソードの中空部でのプラズマ発生は、ピークを有するコンデンサＣ２が十分に充電され次いで電流が実質的に妨げられずに流れるようになるまで、可飽和インダクタＬ５３が放電を控えるのと同じ目的を果たすので、最後の可飽和するインダクタＬ５３は省くか、或いはその値を実質的に減じることができる。

この中空カソードＺピンチは、最初の２つの設計よりも相当高いパルス電圧となるように設計することもできる。そうしても、図１に示す電源装置を使って何ら問題はない。例えば１００００ボルトの放電パルスなら、変成器４０６の一巻き一次巻線の個数を３から９に増やすだけで容易に実現できる。

毛管放電
従来の毛管放電ＥＵＶ光源の図を図２Ｄに示す。この設計では、カソードとアノードの間の高電圧放電により作り出されるプラズマの圧縮は、通常は約０．５ｍｍから４ｍｍの範囲の直径を有する細い毛管にプラズマを通すことによって実現される。この場合、パルス持続時間は、図２、３、４に示す実施形態でのパルス持続時間が約１００ナノ秒から５００ナノ秒であるのに比べて、約０．５マイクロ秒から４マイクロ秒程度となる。更に、パルス電圧は、通常、約１５００ボルトの様に実質的に低くなる。しかしながら、同じパルスパワーシステムが、僅かに変更を加えるだけで優れた電力供給源を提供する。簡単な変更とは、最後の工程の磁気圧縮をなくすことであり、これはＣ２コンデンサバンクとＬＳ３可飽和インダクタを省くことで実現できる。ピークパルス電圧は、パルス変成器４０６の巻線を３から１にすることにより２０００まで下げることもできるし、又は、変成器をなくし、初期充電電圧を上げて、数マイクロ秒でピーク電圧約１５００ボルトの電気的パルスを提供するようにすることもできる。

レーザー生成プラズマ
本明細書の背景技術の項で説明したように、軟Ｘ線上に極紫外線光を生成するための従来技術による技法は、短いパルスを使用して、上記のプラズマピンチで生成されるプラズマと同様の非常に高温のプラズマを生成することである。先行技術による技法では、ダイオードレーザー（又はフラッシュランプ）でポンプされるＱスイッチＮｄ−ＹＡＧレーザーの様な固体レーザーを利用して、非常に高出力のナノ秒又はピコ秒レーザーパルスを生成して、ターゲット材料に集束させるのが一般的であり、このターゲット材料は、デブリを発生させるリチウムや錫又はデブリを発生させないキセノンの様な、上記の活性材料と同じターゲット材料であってもよい。上記先行技術による光源の幾つかは、米国特許第５，６６８，８４８号、同第５，５３９，７６４号、同第５，４３４，８７５号に記載されており、これらを本願に参考文献として援用する。上記先行技術の特許では、プラズマを生成するのにＮｄ−ＹＡＧレーザーを使用すること、及びターゲット材料にプラズマを発生させる目的で高出力（１×１０^11“ワットなど）の非常に短いパルスレーザービームを作り出すためにＮｄ−ＹＡＧシード付ＸｅＣｌエキシマ事前増幅型及びＸｅＣｌエキシマ増幅器を使用することを教示している。Ｘ線を発生させる場合について、他のレーザーシステム（エキシマレーザーシステムを含む）が提案されている（例えば、M.Chaker他、J.Appl.Phys.63,892,1988; R.Popil他、Phys.Rev.A35,3874(1987); F.O'Neil他,Proc.SPIE831,230(1987)を参照）。出願人らは、自分たちのプラズマ集束装置の開発に関連して出願人らが開発した新規な特性の多くは、レーザー生成型プラズマ並びに図２Ａから図２Ｄに示す各種ピンチ装置により生成されるプラズマに関して適用できると判断した。

出願人らの雇用者は、集積回路リソグラフィ用エキシマレーザー光源の米国並びに国際的な大手サプライヤである。上記レーザーは、２４８ｎｍで作動するＫｒＦエキシマレーザーと１９３ｎｍで作動するＡｒＦレーザーである。これらレーザーは信頼性が極めて高く、通常、１年３６５日２４時間作動させて動作可能時間が平均で９９パーセントを超える。過去数年の間に、これらレーザーのパルス繰り返し速度は、１９９０年の１００Ｈｚから２００３年には４０００Ｈｚまで伸びた。これらレーザーの平均出力は１９９０年の１ワットから２００３年には１２０ワットまで伸びた。パルス持続時間は約２０ｎｓであり、現在のパルスエネルギーは約３０ｍＪである。これらレーザーの繰り返し速度を６０００Ｈｚ乃至１００００Ｈｚまで引き上げる技法については、米国特許出願第１０／１８７，３６６号に記載されており、本願に参考文献として援用する。

出願人らは、２４８ｎｍ及び１９３ｎｍで主流となっているリソグラフィ光源として現在使用されているエキシマレーザーシステムを改造して１１ｎｍから１４ｎｍ範囲の極紫外線光を提供することができるものと確信している。これらレーザーシステムは、以下の米国特許並びに特許出願、即ち米国特許出願第６，１２８，３２３号、同第６，３３０，２６１号、同第６，４４２，１８１号、同第６，４７７，１９３号、並びに米国特許出願０９／８５４，０９７号、同第０９／９４３，３４３号、同第１０／０１２，００２号、同第１０／０３６，６７６号、同第１０／３８４，９６７号に記載されており、これらを参考文献として本願に援用する。

レーザー生成プラズマ光源では、レーザーエネルギーは逆制動放射機構により吸収される。エキシマレーザーは波長が短いために、（周波数二倍化）固定レーザーによる近赤外又は可視レーザー放射線に比較して、エネルギーをターゲットプラズマに更に効率的に結合することができる。（プラズマ周波数、従って臨界密度はポンプレーザーの波長が短いほど高い。）エキシマレーザーは、波長が短いので、（必要に応じて）、波長の長いレーザー（例えば、固体レーザー）よりもより密に（回折）スポットサイズに集束できる。これにより、ソースの出力密度が増す。Ｃｙｍｅｒレーザーが世界中で最も信頼できるレーザーであることから、エキシマレーザーはＣｙｍｅｒレーザーがよい。必要に応じて、幾つかのエキシマレーザービームを１点に組み合わせることもできる。これにより出力を加減することができる。

真空チャンバ内部の（気体、液体、又は固体）ターゲットに１つ又は幾つかのエキシマレーザービームを密に集束して、高温のレーザー生成型プラズマを生成する。適正なターゲット材料を使用して、プラズマが適正平均電子温度に達すると、１３．５ｎｍのＥＵＶ放射線が効果的に生成される。適したターゲット材料は、キセノン、錫、及びリチウムである。キセノンは、デブリの発生が少ない点で有利である。不都合なことに、キセノンは１３．５ｎｍでは効率性が最もよいターゲットとはいえず、特にレーザー生成型プラズマにおいてはそうである。キセノンは、１１ｎｍ辺りでは遙かに効率よく放射線を生成する。最良のターゲット構成の１つは、プラズマがノズルからかなり遠い距離に生成されることから、キセノンの液体ジェットである。多くのイオン化段階は、約１３．５ｎｍの４ｄ−４ｆ放射に同時に寄与するので、変換効率の点では錫が有利である。インジウムも、１４ｎｍ以上の対応放射幅を使用する場合には有利である。（その場合、製造された多層ミラーは、ピーク反射率が僅かに下がるだけで、帯幅はより広くなる。従って、より高い積分帯域内強度が得られる。）放射帯域幅の狭い光源が必要な場合は、リチウムが、１３．５ｎｍにおいて狭い線で効率よく放射することから有利である。特に金属をレーザーターゲットとして使用する場合には、閉じ込め用に小さなキャビティを使用するのが有利である。液体金属ターゲット（溶融した錫、インジウム、又はリチウム）は、ソースが一定の繰り返し速度で作動するとき、高ターゲット密度及び再生可能ターゲット条件の可能性を提供する。（クレータが形成されるが、所与のレーザーパルス間の繰り返し速度において、所与のかなり一定の形状が動的に展開される。）

エキシマポンプレーザーは、それが最も効率のよいエキシマレーザーであり、集束用光学器に付帯する光学器の問題があまり深刻でないことから、クリプトン−フッ化物を使って２４８ｎｍで作動させるのが望ましい。エキシマレーザーは、非常に高い出力が必要なので、広帯域且つとに整合せねばならないため、非常に短い（約２０ｎｓの様な、数ナノ秒）のがよい。ピーク出力は高くなるはずである。好適な実施形態では、レーザーは、繰り返し速度１０ｋＨｚ以上、少なくとも５ｋＨｚ以上で作動する。有効繰り返し速度を上げるために、或る間隔内に適した異なる回数で作動するレーザーを幾つか組み合わせることもできる。これは、ターゲット構成及びターゲット材料の補給速度にかなり依存する。ターゲットに入射するレーザーパルスを特別仕様にすることが有利である。或る好適な実施形態では、例えばエキシマレーザー発振器により生成される前パルス部分は（ターゲットまでの移動時間を最小化するためにパワー増幅器を迂回し）、全レーザーエネルギーの数パーセントを含んでおり、この部分が最初にターゲットに到達してプレプラズマとなる。このプレプラズマは、主レーザーパルスを遙かに効率的に吸収する。プレプラズマは、異なる、おそらくはより小さな出力のレーザーを使用することにより実現することもできる。

レーザービームは、真空ウインドウのすぐ前又は後ろに取り付けられた、最適化された集束用光学器で集束される。直径が約１００μｍより小さい焦点を実現するのが目的である。焦点のスポットサイズは、プラズマの拡張速度を考慮に入れなければならないため、レーザーパルスの持続時間（１０ｎｓ乃至３０ｎｓ）にある程度依存する。要するに、主要加熱期間中にプラズマの大部分を密にまとめておけるほどに、レーザーパルス持続時間は十分に短くなくてはならず、スポットサイズは十分に小さくなくてはならない。典型的な拡張時間は、ナノ秒当たり１０から１００μｍ程度である。

先に特定したエキシマレーザー特許及び特許出願に詳しく説明されているレーザーシステムは、非常に線が細いパルスレーザービームを生成するが、この線は約０．５ｐｍ以下である。これにより４分の１ミクロンのスポットに集束可能となる。しかしながら、上記レーザーシステムは、出力パルスレーザービームの帯域幅が、ＫｒＦレーザーでは約３５ｎｍで、線の中心が約２４８ｎｍとなる広帯域で作動することができる。広帯域作動により、出力ビームのエネルギーが実質的に増加する。例えば、特許出願１０／３８４，９６７号に記載されている型式のＫｒＦ ＭＯＰＡシステムは、（３０ｍＪの線が細いパルスに比較して）３３０ｍＪパルスを生成することができる。２０ｎｓパルスでの瞬間パルス出力は約１６５×１０⁶ワットとなる。Ｎｄ／ＹＡＧレーザーを使った、Lawrence Livermore研究所で実施された実験によると（１９９６年３月、J.Appl.Phys. 79(5)）、最大ＥＵＶ出力はレーザー強度２×１０^11“Ｗ／ｃｍ²で生じた。一方、最大変換効率（ＥＵＶエネルギー出力／レーザーエネルギー出力）は約２×１０^11“Ｗ／ｃｍ²で生じた。上記実験は波長が変化しても大きな変動を示さなかった。実験でのパルス持続時間は、出願人らの雇用者のエキシマレーザーの２０ｎｓパルスとあまり違いがなかった。従って、１６５×１０⁶ワットのパルスの場合、出願人らはスポットサイズが約０．１ｍｍ²程度であるのを好適とし、この大きさであると強度が約１．６×１０^-11Ｗ／ｃｍ²となるが、これは最大効率と最大出力の間にある。

レーザーパルスのエネルギーは約３３０ｍＪなので、変換効率約０．００６では、ＥＵＶパルスエネルギーは約２ｍＪ／パルスとなる。６０００Ｈｚでは、これは約１２ワットのＥＵＶ生成に相当する。本願に説明する技術を使えば、この光の約２０パーセントを集めて、図１９の位置１１のような中間焦点位置に送ることができる。従って、１つのエキシマレーザーにより生成され中間焦点位置へと送られるプラズマの平均帯域内ＥＵＶ出力は約２．４ワットである。システムを２つ組み合わせると、約５ワットを生成することになる。用途によっては、これで十分である。

出願人らは、メーカーの将来的なＥＵＶリソグラフィ機は、図１９の位置１１の様な中間焦点位置で約４５ワット乃至約１００ワットとなるようなＥＵＶ光源を求めていると言われてきた。しかし、この要件は今後数年（少なくとも５年）のことであり、１００ワット範囲のＥＵＶ出力を取り扱える対応するリソグラフィシステムが開発された際の要件は不確定である。エキシマレーザーは、１．０６μｍの固体レーザードライバよりも、エネルギーをより効率的にプラズマ（より短い波長、より高い臨界密度）に結合すると期待できるので、変換効率は先行技術によるＮｄＹＡＧレーザーに比較すると、エキシマレーザー生成プラズマの方が高くなるはずである。

リソグラフィツールの中間焦点において求められる約１００ワットのＥＵＶ出力を生成するには、約１０ｋＷのレーザー出力が必要となるはずである。実証変換効率に期待される改良を加えることにより、各ＫｒＦモジュール（２４８ｎｍでの広帯域作動）は、約１乃至１．２ｋＷのレーザー出力を提供するものと見込まれる（例えば２００ｍＪ／パルスで繰り返し速度６ｋＨｚで作動）。このようなモジュールが合計で９個あれば、求められるレーザー出力を送出できるはずである。ソースでは２００Ｗを超える帯域内ＥＵＶ放射線が生成され（２％帯域幅を２πとする）、約１００ワット帯域内ＥＵＶが集められて中間焦点に送り込まれる。

レーザービームを組み合わせる（多重化）には幾つかの方法がある。レーザービームは、ミラーで光学的に（ほぼ）重ねることができ、レーザービームは、同一のレンズを通して僅かに異なる方向から同一の焦点に集束することができる。ターゲットが高い繰り返し速度を維持できるだけの速い速度で補給されるのであれば、レーザーは、有効繰り返し速度が増すように互い違いにトリガすることもできる。例えば、レーザーシステムを３つ使って繰り返し速度を３倍の約１８ｋＨｚにすることも実現可能であると思われる。

図４は、幾つかのレーザーモジュールからのレーザーが集束レンズの異なる部分を目指し、レーザー生成プラズマの位置に対応する共通の焦点で空間的に重なるようにした１つの実施形態を示している。放射されたＥＵＶ放射線は多層コーティングされた第１コレクタミラーにより広い角度範囲に亘って集められ、中間焦点に向けられる。

図４Ａは、幾つかのレーザーモジュールからのレーザービームが、レーザービームによっては別々の集束光学器を使って、共通のレーザー焦点に重なるようにした別の実施形態を示している。レーザー放射線は、第１コレクタミラーの数個の開口部を通して集束させることができる。この実施例は、レーザープラズマから生成されたＥＵＶ放射線は、ある程度入射レーザービームの方向にピークがある（そして、レーザービームに対して直角の角度で弱くなる）角度分散を有しているという事実を利用している。この実施形態では、最強放射領域がビーム送出装置に必要な空間で遮断されることはない。

ターゲット送出
レーザープラズマにとって好適なターゲットは、いわゆる質量限定ターゲットである。（不要なデブリの生成を増やさないために、レーザー生成プラズマにとって必要な適正量だけを提供し、それ以上は提供しない。）キセノンの場合には、好適なターゲット技法は低濃度液体ジェットである。耐腐食ノズルを使えば、クラスタービームターゲットとスプレーターゲットを採用することができる。金属（錫及びインジウム）では、液体金属滴をヘリウムビームに突っ込むのが適している。上方に取り付けられたノズルと下方に取り付けられたターゲットビームダンプは、適したシステムを構成する。図４Ｂを参照されたい。プラズマに面する表面は、イオンスパッタリングが低減されるので、カーボン又はダイヤモンドコーティングのような、伝熱性の薄膜でコーティングされている。

レーザープラズマ支援型ＥＵＶピンチ
レーザープラズマソースは、高いソース輝度（小ソース量）を有し、腐食性がなく、デブリ生成の少ない点が長所である。これは、所有に費用がかかり、全体的エネルギー変換バランスの効率が悪いことが短所である。放電ソースは、電気エネルギーをピンチプラズマに直接結合し、単純であることが長所である。電極腐食と高いデブリ生成、並びに温度管理問題が短所である。

レーザービームとレーザープラズマを使用して、プラズマの大きさ寸法、放電経路、プラズマピンチ位置を画定する。電極からプラズマ集束までの距離が、純放電ソースの場合よりも長くなるように配置する。これにより、電極面を大きくできることから電極面のパワー密度が下がり、従って電極腐食、デブリ生成、及び温度管理のリスクが低減される。一方で、主パワー入力は、低インダクタンス電気放電により提供される。これにより、純レーザープラズマソースの場合に入手可能となるよりも効率的なプラズマに対するエネルギー結合が保証される。電極の配置は、従来型Ｚピンチの場合よりも球面的になる。これとレーザープラズマ開始によってソースの安定性が増す。プレイオン化、レーザープラズマ生成、及び主要ピンチプラズマ生成のタイミングによって、ＥＵＶ放射線生成の最適化に更に制御が加えられる。

この装置は、主には、レーザープラズマ支援型放電開始という更なる利点を有する放電生成ＥＵＶ光源である。電極は、現在（及び将来的に）ＤＰＦ機に使用されている同一のパルス式パワーシステムに接続されている。（送出パルスエネルギー１０Ｊ乃至２０Ｊ、パルス長３０−１００ｎｓ、繰り返し速度は数ｋＨｚ、ピーク電圧は数ｋＶ、ピーク電流は数十ｋＡ。）内側電極は正又は負に充電することができる。外側電極は大地電位である。図４Ｃに示すように、電極装置は、ＤＰＦ装置とは幾分異なる。（水冷式）電極は大型で、放電に関わる電極面は大きい。それは３０乃至５０ｃｍ²程度である。直接視線に沿う放電を防止するために、電極の間に絶縁体ディスクを配している。

例えば、ＲＦコイルを介したパルス式ＲＦプレイオン化などの、プレイオン化手段がある。軸上を伝播するパルス式レーザービーム（エキシマレーザー又は固体レーザー）は、集束用光学器によって約１００μｍの直径を有する焦点に対して装置の中心に集束される。レーザーは、パルスエネルギー１００ｍＪ乃至２００ｍＪ、パルス長１０乃至１５ｎｓ、繰り返し速度数ｋＨｚのＫｒＦ広帯域エキシマレーザーでもよい。装置の中心の共通のスポットに集束されるレーザービームが数個あってもよい。ターゲットガス、即ちキセノン又はキセノンとヘリウムの混合気は、内側電極の内部から挿入され、真空ポンプにより吸い取られる。典型的な作動圧力は１から０．０１トルの範囲にある。放電はパッシェン曲線の左側で行うことができる。内側の電極が負の高電圧によりパルス充電される場合は、中空カソードとして構成することができる。

低密度ガスを容易に分解できるようにするために、先ず、ＲＦプレイオン化がトリガされる。次に、レーザービームが到達して、装置の中心に良好に画定されたプラズマスポットを生成する。プレイオン化されているため、ガスは、レーザー焦点近くで分解される。次いで、パルス圧縮回路からの主放電が行われる。ピンチが、レーザープラズマスポットにおいて軸上展開する。ピンチングは、磁気による自発圧縮により起きる。レーザープラズマスポットは、ピンチの位置を画定し、その位置安定性を高める。（中心のインダクタンスが高すぎると、放電チャネルを形成するためにレーザービームはドーナツ型とする必要がある。これは実験的に試験せねばならない。）レーザープラズマからの拡張衝撃前線は、より強力な主ピンチプラズマからの半径方向圧縮前線に出会う。ピンチされたプラズマチャネルが形成され、これによりガスは高イオン化レベルまで加熱され、ＥＵＶ放射線を発する。２つのプラズマ衝撃前線の逆方向伝播は、ピンチの持続時間、従ってＥＵＶ放射の持続時間を効果的に延ばす。ＥＵＶ放射線は、全ての方向に発せられる。外側電極の大きな開口部を通って発せられた放射線は、斜入射収集光学器で集められる。エネルギー、集束サイズ、レーザープラズマのタイミングによって、主ピンチプラズマのサイズが決まる。

放射線コレクタ
材料
放射点で生成された放射線は、４πステラジアン全域に均一に発せられる。収集光学器の種類によっては、この放射線を捕らえてそれをリソグラフィツールに向けて方向決めすることが必要とされるものもある。１３．５ｎｍのＵＶ光に対し小さい斜入射角度で高い反射率を有する材料が幾つか利用可能である。そのうちの幾つかについてはグラフを図１１Ａに示している。良い選択肢としては、０度から約２０度の範囲ではモリブデンとロジウム、及び斜入射角度が非常に小さい場合にはタングステンが挙げられる。コレクタは上記材料から製作されるが、ニッケルのような基板構造材料にコーティングとして塗布するのが望ましい。この円錐部分は、取り外し可能なマンドレル上にニッケルを電気めっきすることにより整えることができる。

円錐形入れ子型コレクタ
大きな円錐角を受け入れることができるコレクタを製造するには、数個の円錐形部分を互いに入れ子状にすることができる。各円錐部分は、２回以上の放射線の反射を使って、放射円錐のその部分を所望の方向に向け直すようにしてもよい。斜入射の最も近くで作動するように収集を設計すると、コレクタは腐食した電極材料の付着に最も許容性のあるコレクタを製造することになる。このようなミラーの斜入射反射率は、ミラーの表面粗さに大きく左右される。表面粗さへの依存性は、入射角度が斜入射に近づくにつれて小さくなる。出願人らは、自分達の装置では、少なくとも２５度の立体角度に亘って発せられる１３ｎｍの放射線を集めて方向決めできるものと推測している。

別の好適な実施形態では、このコレクタ・ディレクタは、蒸発した電極材料に表面が汚染されないようにデブリコレクタによって防護されており、このデブリコレクタは、タングステン蒸気がコレクタ・ディレクタ４に達する前に、このタングステン蒸気を全て捕集する。図９には、プラズマピンチにより発生するデブリを捕集する入れ子型デブリコレクタ５を示している。デブリコレクタ５は、ピンチ位置の中心から広がってコレクタ・ディレクタ４に向かう光線と整列した表面を有する入れ子状の円錐形部分で構成されている。

デブリコレクタはタングステン電極から蒸発したタングステンと蒸発したリチウムを集める。デブリコレクタは、放射線コレクタ・ディレクタ４に取り付けられているか又はその一部である。両コレクタは、ニッケルめっき基板で構成されている。放射線コレクタ・ディレクタ４は、非常に高い反射率とするためモリブデン又はロジウムでコーティングされている。両コレクタは、リチウムの溶融点よりかなり高くタングステンの溶融点よりもかなり低い約４００℃まで加熱される。リチウムとタングステン両方の蒸気はデブリコレクタ５の表面に集められるが、リチウムは気化し、コレクタ・ディレクタ４上に集まったリチウムもその後まもなく蒸発する。タングステンは一旦デブリコレクタ５に集められるとそこに永久的に留まる。

放物線コレクタ
図８Ｃは、出願人らが設計したコレクタの光学的特性を示している。図８Ａに示すコレクタは、５個の入れ子状斜入射放物線反射器で構成されているが、図面には５つの反射器の内３つしか示していない。内側の反射器２つは示していない。この設計では、捕集角度は約０．４ステラジアンである。下で論じるように、コレクタ表面は、リチウムの付着を防ぐため、コーティングされ加熱されている。この設計は平行ビームを生成する。この他の好適な設計では、ビームは集束される。コレクタは、先に言及し図１１にグラフで示したような、１３．５ｎｍ波長範囲で高い斜入射反射率を有する材料でコーティングされているのが望ましい。

楕円ミラー
ビームを集束するために設計された別のコレクタ・ディレクタを図８Ｂに示す。このコレクタ・ディレクタではＥＵＶソースを集束するために楕円ミラー３０を使用している。この型式のミラーは、チェコ共和国に工場を有するReflex S.V.O.などのサプライヤから市販されており、米国では、英国及びコロラド州のエングルウッドに事務所を有するBede Scientific Instruments社が取り扱っている。読者は、このミラーが図８Ｂに３２で示す角度の光線だけを集めることに留意されたい。しかしながら、ミラー３０の内部及び外部に別のミラー要素を設けて別の光線を収集し集束するようにしてもよい。読者は、狭角度の光線を集める場合にはミラー３０の下流に、又は広角度の光線を集める場合にはミラー３０の上流に、他のミラー要素を局所的に配置できることにも留意されたい。

タンデム型楕円ミラー
図１９は、ＥＵＶビーム輪郭を大幅に改善するための好適なコレクタ・ディレクタ設計を示している。これは、プラズマピンチで生成されたＥＵＶ放射線を集めて方向決めするタンデム型楕円ミラーである。

殆どのリソグラフィ用途では、ターゲット領域を一様に露光する必要がある。図２Ａに示す種類の単体又は入れ子型楕円ミラーは、ＥＵＶ放射線の収集及び再集束に使用すると、図２Ａに示す焦点１１の上流及び下流では放射線の環が非常に不均一になってしまう。これは、楕円コレクタの形状により生じる自然の効果である。ミラーの前面は、ミラーの背面に比べて、単位ミラー表面積当たりより大きい立体角のソース放射を集める。この効果は、図１９に示すように第１ミラー４２とタンデムに第２楕円ミラー４４を使用することにより逆転する。（この実施形態では、第２の入れ子状楕円ミラーなしに単一の楕円ミラーを使用している。）第２楕円ミラー４４は、第１ミラーの第２焦点を中心に「反射された」第１楕円ミラー４２の鏡像である。ここでは、第２楕円ミラーの第１焦点が第１ミラーの第２焦点の位置となるように、第２楕円ミラーを第１ミラーと同じ光軸上に配する。このタンデム型楕円ミラーの場合には、第２ミラーの第２焦点を離れる放射線は環状となるが、環の中の放射線は一様である。露光の均一性は、ここでは、楕円ミラーに本来備わっている収集形状ではなく楕円ミラーの表面形状の関数となる。

分析
出願人らは、タンデム型楕円ミラーの光学特性を、マサチューセッツ州、リトルトンのLambda Research Corporation の供給する光線追跡コード、TraceProを使って分析した。ＤＰＦソースからのＥＵＶ放射線は可干渉性ではない。従って、光線追跡コードを使って、タンデム型ミラーに集められて出て行く放射線の特性を求めることができる。ＥＵＶ放射線は、モリブデン又はルテニウムなどの特別な反射面を必要とする。この分析は、ミラー表面が完全楕円形状の反射部を有し、且つ放射線が反射時に偏光しないものと仮定して行った。ミラー表面は、１３．５ｎｍで反射する純ルテニウムであると仮定した。更に、ソースは直径５０ミクロンのディスクであり、放射線は表面の各点から等方性を持って発するものと仮定している。上記仮定は、タンデム型ミラーの均一な環状露光領域を作り出すための基本的能力を損なうものではない。

タンデム型楕円ミラーの幾何学配置を図１９に示す。両ミラーは同じパラメータを有している。両ミラーの半径は４０ｍｍであり、焦点距離は１５０ｍｍである。ミラーは、それぞれ、長さが１００ｍｍで、短径を通って切断されている。この図は、第１ミラーによって集められた数本のランダム光線も示している。第１ミラーの第１焦点でプラズマピンチソース４６を出る放射線の部分は、第１ミラーの第２焦点１１に集められ再度集束される。ソース４６から３００ｍｍの焦点１１を出る放射線は、第２楕円ミラーで集められ、焦点１１から３００ｍｍにある第２ミラーの第２焦点４８に再度集束される。焦点４８では、ソースの１：１の像が生成される。放射線が焦点４８を離れると、光線は散開して焦点４８から９ｍｍの位置にある検出器５０に環状露光域を生成する。環状領域の強度は、図１９のTracePro計算で示すように一様である。主環状領域の均一性は、平均値±２．５％以内である。出願人らの行なった検出器５０におけるビームプロファイルのシミュレーションを図１９に示しているが、焦点１１の９ｍｍ下流のビーム断面について行った同じシミュレーションと比較できる。２つのプロファイルの断面を、図１９では５２で示す検出器５０の断面と、５４で示す図１９のビームプロファイルの断面で比較している。

製作
楕円ミラーの製作技術は、過去数十年に亘って改良されてきた。これらミラーの表面品質は、今や、ＥＵＶ領域で使用するための反射面の表面形状、表面粗さ、及び材料の要件を満足することができる。ＥＵＶ楕円ミラー表面の考えられる候補として、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、及びパラジウムの４つの材料が指定されている。上記材料は、１３．５ｎｍで比較的高い斜入射反射率を有する。ミラーがソースにより範囲を定められる適正な立体角を捕集できるようにするには、斜入射反射率が比較的大きい角度でも高いままでなくてはならない。理論上は、ルテニウムは上に掲げた４つの材料の中では捕集効率が最も高い。

上記ミラーは、一連の工程を通して製作される。第１に、望ましいミラーの外側形状を有するマンドレルが作られる。通常、マンドレルはアルミニウムを使って過小寸法に作り、次にリンを１５％含有する無電解ニッケルでコーティングを施してマンドレルを過大寸法にする。無電解ニッケルを肉厚約０．５ｍｍにコーティングして、マサチューセッツ州マルボロに会社があるCorning Netoptic等のベンダーに、望ましいミラー表面形状になるまで全表面をダイヤモンド旋削させる。これにより、マンドレル面上の約０．１ｍｍのニッケルを取り去る。ダイヤモンド旋削の現在の技術は非常に良好であるが、この段階での表面はＥＵＶミラーとして使用するには適当ではない。ダイヤモンド旋削は、楕円面の前面対背面偏差及び表面粗さを含む形状要件に関しては十分正確であるが、微小粗さが大きすぎる。ダイヤモンド旋削面は、研磨して微小粗さを０．５ｎｍＲＭＳ未満に抑えなくてはならない。高度の研磨には、無電解ニッケルの高リン成分によりもたらされるニッケル表面の硬さが必要である。無電解ニッケル表面が適切に研磨され、表面形状が規定内に収まった後、反射面材料がマンドレル表面にコーティングされる。表面コーティングに使用される精密な処理手順は、表面に添加される反射材料の特性により決まる。反射性コーティングをマンドレルに施した後、ニッケルがこの表面上に約０．５ｍｍの厚さまで電気鋳造される。電気鋳造されたニッケルは、マンドレルの軸に沿ってマンドレルと電気鋳造ニッケルの間に力を加えることによりマンドレルから離される。反射表面には電気鋳造されたニッケルシェルが残り、それがマンドレル上のニッケル面から滑離するとミラーが出来上がる。リン含有率の高い、十分に研磨された無電解ニッケルの表面は、反射面の自然剥離剤として機能する。ミラーをマンドレルから取り外し、マンドレルを再研磨すると、マンドレルは、第１ミラーと全く同一の別のミラーの製作に使用できる準備が整う。

整列
ソース並びに互いに対するミラーの位置決めは、タンデム型楕円ミラーの正しい機能にとって重要である。整列は、光学ベンチ上で、ソースをＤＰＦ ＥＵＶソースと同じ位置に置いた状態で実現することができる。これら楕円ミラーの光学的特性を利用すべきである。検出器面が第２焦点近くで光軸に直角に配置されている場合は、例えば直径５０ミクロンの小型ソースを、楕円の第１焦点近くに配置することができる。検出器が第２焦点にあれば、像は必ず中心に来て対称となる。第２焦点の軸方向位置を求めた後、検出器アレイを焦点から遠ざけることができる。ここで、ソースがミラー軸上にあれば、像は必ず対称となる。これには二次元空間内でのソースの位置決めが必要になる。第１焦点の軸方向位置は、検出器を第２焦点に移動させ、次いでソースをミラー軸に沿って検出器が像中心に最大信号を与えるまで移動させることにより求めることができる。

この手法を第２ミラーについて繰り返さねばならない。２つのミラーを整列させた後、アッセンブリ全体をＤＰＦに移さねばならない。ＥＵＶソースを第１ミラーの第１焦点に置くには、固定具を適切に調整せねばならない。位置決めの精度は、ＤＰＦ ＥＵＶソースの有効直径の少なくとも２５％でなければならない。ＤＰＦソース直径の現在の推定値は、機械軸に沿って見て８０ミクロンである。従って、予想される整列精度は機械軸に垂直な面内で２０ミクロンである。タンデム型ミラーの軸方向整列はそれほど重要ではなく約０．５ｍｍであればよいと見込まれる。

リソグラフィ投影光学器
好適な実施形態のＥＵＶ投影は、ソーススポットを投影光学器の入射瞳にマップし、ソースの遠場強度（即ちエネルギー対角度）をレチクル上にマップするように設計されている。入射瞳の均一性は重要ではあっても決定的ではないが、レチクル面の均一性は決定的に重要であることから、このような設計が望ましい。この設計コンセプトは、放射が等方性で、従って均一な強度対角度を有しているという事実を活用している。二重ミラーコンセプトは、この均一な強度対角度特性を復活させている（少なくともミラーの補足角の円錐内では）。ＥＵＶ照明器は、強度対角度の「リング」を取り、それを部片即ち弧に分解して、それら弧をレチクル上に重ねる。これにより、均一性が更に改善され、ＥＵＶシステムはスキャナで、従って照明はスリット領域上にしか必要ないので、ＥＵＶシステム内で実施することができる。

デブリ軽減
２つのミラーの間の中間焦点１１と最終焦点４８の両方は、ＤＰＦソース領域がリソグラフィ露光領域から分離されるようにする。これらの点で、ＥＵＶ放射線は、ソースデブリ又は（第１楕円ミラー装置の領域に侵入した）活性ガスは露光チャンバに到達しないように遮断するがＥＵＶ放射線は遮断しないピンホールを通過する。更に、これら小さなピンホールは、露光チャンバが、ＤＰＦ動作に求められるよりもずっと低い圧力を有することができるようにする。

ハイブリッド収集
現在利用可能な反射器技術に基づけば、この１２−１４ｎｍＥＵＶ光に対して０．７以上の範囲の反射値を提供する反射器は２種類しか存在しない。図１１Ａに示すように、数種類の材料が良好な斜入射角度反射器を提供する。例えば、滑らかなモリブデン表面からの反射は、１０度より小さい斜入射角度で９０％であるが、モリブデンからの反射は斜入射角度が１５度より大きくなると急激に下がり２５度では１０％未満に落ち込む。一方、通常の入射角度で６０％から７０％の反射率値を提供するように特別な多層反射器が設計されているが、これら多層反射器の反射率は法線から約５−８度の範囲についてしか高い反射率を維持できず、入射角度が約１０度から１５度より大きい場合には約１０％未満に落ち込む。法線回りに約２０度までの広い範囲に亘って約３０％の反射率を目指して、他の多層ミラーを設計することもできる。これら入手可能なミラー技術を使って、出願人らは集めた光を最大にする各種コレクタ設計を開発した。それら設計のうち３つについて図１１Ｂ、１１Ｄ、１１Ｅに示している。出願人らは、これらコレクタを、多重収集設計を使っていることからハイブリッドコレクタと呼んでいる。例えば、先行技術としては、入れ子型楕円ミラー、並びにダブルバウンス双曲線ミラーを含む双曲線ミラーによる入れ子型斜入射角が挙げられるが、殆どの多層反射器設計は標準双曲線設計に近いシングルバウンスである。図１１Ｂは、ルテニウムコーティングされた２つの楕円ミラー８０、８１と、ルテニウムコーティングされた２つのダブルバウンス双曲線ミラー８２、８３を使用して、１５００ｎｍの焦点距離を提供するハイブリッドコレクタの部分断面図である。図１１Ｃは、約１０度から５５度の間の光の入射角度におけるミラーの反射効率を示している。この設計では、先行技術による楕円形設計又は先行技術による双曲線設計よりもはるかに多くの光を集めている。出願人らは、発射された光の約２５％が集められ、集められた光の７９％が１５００ｎｍの中間焦点に届けられると推定している。これは、捕集効率を２０％と推定することに等しい。

図１１Ｄは、図１１Ｂのコレクタに変更を加えたバージョンであり、追加の放物線二重反射ミラー８４と放物線三重反射ミラー８５を使用して、集められる正味エネルギーを約２８％にまで増やしている。

図１１Ｅは、第３のハイブリッドバージョンで、図１１Ｂのコレクタに変更を加えたものであるが、（２つの楕円反射器と、２バウンス放物線反射器に加えて）出願人らは、更に第３の２バウンス放物線ミラー８６と、斜入射角湾曲光線追跡型ミラー８７と、法線からの約９度で反射する多層放物線ミラー８８を加え、捕集効率を約２０％から約２５％に上げている。

別の実施形態では、多数のレーザービームを、電極の対応する開口部に通して、共通の中央焦点に集束させることができる。主放電は、レーザーチャネルに沿って進み、中央プラズマに集束する。

デブリシールド
デブリシールド製作技法
先に述べたように、考案中の実質的に全てのＥＵＶ光源において、デブリシールドは重要な要素である。完全なデブリシールドは、デブリ全部を捕捉し、全部を帯域内放射で移送するのではない。デブリシールドは寿命に限りがあるので、製作の難しくないのが望ましい。デブリシールド製作に好適な３つの技法を図２８Ａ−Ｂ、２９Ａ−Ｃ、３０Ａ−Ｃに示している。

図２６Ａ及びＢに説明する技法では、図２６Ａに示す取り外し可能なやせたピラミッド形の型枠を製作して、この型枠の小さな端部を図２８Ｂに示すような格子状構造体に挿入する。スペーサプレートを、そのタブが各型枠の大きな方の端の穴に一致するようにして、型枠の大きい端に載せ、型枠同士を互いに格子の肉厚分だけ分離させるが、この肉厚は約０．０１から０．１ｍｍ以下であるのが望ましい。格子間隔は、型枠の間に狭い空間を提供し、この空間は液体金属又は液体セラミックで満たされる。金属又はセラミックが硬化したら、型枠を取り外してデブリシールドが出来上がる。

図５Ａ−Ｃの技法では、図５Ｂの７６に示すような中空の円錐体を、図５Ａの７７で示すように箔シートから切り出した非常に薄い（約０．１ｍｍの）金属箔から溶接する。これら中空円錐体は図５Ｃの７８に示す金属の型枠に挿入されデブリシールドを形成する。

図７Ａ−Ｃに示すように、好適なデブリシールドは、薄いシートを積層して作ることができる。各シートは、それぞれ、半径方向の格子工作物を有し、格子工作物パターンは各シートごとに成長し、多数のシートが積み重ねられると、図７Ａ−Ｃに示す所望の形状が作り出される。

積層方式の利点は、チャネルの不均一な表面が、粒子に対して曲がりくねった経路を形成し、粒子が中に集まる多数の渦ができることである。別の利点は、シールドアッセンブリを多数の材料で作ることができる点である。光源付近で耐熱セラミックを使用すること、或いは同じ領域から熱を奪う際に助けとなる銅の様な熱伝導率に優れた材料を使用することは有益であると分かるであろう。

磁気抑制
ＥＵＶ光源のデブリシールドの効果を高める別の技法は、デブリシールドの領域及びピンチとシールドの間の領域に磁界を印加することである。磁界は、ＥＵＶビームの軸に直角な方向に向き、デブリシールドに接近して中に入る際に、荷電粒子を曲がった軌道に付勢するのが望ましい。デブリシールドの効果を高めるには、デブリは、更にイオン化されたポストパルスでもよい。これは、プレイオン化に使用するのと同じ構成要素で行ってもよいし、又は同様のイオン化構成要素をピンチ後・イオン化に使用してもよい。

別の実施形態では、大径コイル（コレクタミラーの直径よりも大きい）を、ミラー及びプラズマソースと同軸に取り付ける。通常は、高電流をコイルに印加して、軸方向に高磁界を発生させる。電流はパルス状（パルス幅は数十μｓ程度）で、高誘導磁界強度（１０テスラ程度）を実現するのが好ましい。この高磁界を生成するのに、定常場及び好ましくは超伝導コイルを採用してもよい。これは、最もエネルギーの高いイオンを曲がった経路に偏向させて、コレクタミラーを外させるには十分である。高磁界は、プラズマソース体が僅かに長くなる原因となるが、これは許容できる。コイルは、或る種の支持構造体に取り付けねばならない。コイルを真空チャンバの内側又は外側に取り付けるのは考えられることである。

磁界内の荷電粒子の曲率半径は、運動方程式
Ｆ＝ｑ（ｖｘＢ）
で規定される。この式から、電圧Ｖまで加速された質量Ｍのイオンに対する磁気剛性（Ｂ＊Ｒ）が導き出され、次の式
Ｂ＊Ｒ＝１４４（Ｍ＊Ｖ）^0.5
で与えられる。これを、１０００ボルトまで加速された１価Ｘｅイオン（質量１３２）を偏向する場合に当てはめると、剛性は
Ｂ＊Ｒ＝１４４（１３２＊１０００）^0.5（Ｇ−ｃｍ）＝５２，３１８Ｇ−ｃｍ
となる。従って、半径１０ｃｍの円形軌道でイオンを運動させたい場合は、５２，３１８Ｇ−ｃｍ／１０ｃｍの磁界が必要となり、これは〜５２３２ガウスに匹敵する。

一般に、質量とエネルギーの異なるイオンを偏向するには、磁界を強くするか弱くする必要がある。ＥＵＶ光学器のシールドパワーを最適化するために、コイルを各種構成で巻くことにより、又はコイルと永久磁石を組み合わせて望ましい磁界プロファイルを実現することにより、磁界の構成を調整することもできる。これら磁界の場合には、コイルは真空容器の外側又はその内側の何れに配置してもよい。所与の磁界を生成するのに必要なコイルを駆動する電流は、簡単に計算できる。

ハニカムデブリシールド
図９Ａ、９Ｂ、９Ｃは、楕円型放射線コレクタ付デブリコレクタとして、テーパ付粉末成形セルラーハニカム体を使用している特別に好適な実施形態を例示している。デブリコレクタは、米国特許第６，２９９，９５８号に記載の技法の１つを使用して製造するのが望ましく、同特許を本願に参考文献として援用する。デブリシールドは、可塑化した粉末バッチ材料で成形した先駆ハニカムに、適性のあるプラスチック充填材を充填し、次に充填済みのハニカムを円錐形の型枠に通すことにより成形する改変処理を通して製造される。この処理により、充填材とハニカム構造体は共に収縮する。こうして円錐形に成形された構造体を、次に型枠から外して、溶融などの処理により充填材を除去する。その後、円錐形になったハニカムを、焼結などで硬化させる。図９Ａは、ピンチ領域１００、ハニカムデブリシールド１０２、及び楕円形放射線コレクタ・ディレクタ１０４の一部を示す三次元破断図である。図９Ｂは、図９Ａの構成要素を、ピンチ領域１００から出る４本の光線の内の線軌跡１０６Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤと共に示す断面図である。図９Ｃは、追加的楕円要素がどのように入れ子状にされ、より多くの光を集束するかを示している。外側の楕円要素内に９又は１０個の要素を入れ子状にするのが望ましい。粉末、結合材、及び充填材は、特許第６，２９９，９５８号に掲げられているものから選択することができる。材料の選択は、強力な極紫外線に耐えるためのデブリシールドの要件を認識して行う必要がある。好適な選択は、シリコン、マンガン及びアルミニウムから構成されるコージェライトを生成するように選択された粉末及びその他の材料である。

活性材料及びバッファガス
活性材料とバッファガスの選択
波長範囲約１３．２ｎｍから１３．８ｎｍのＥＵＶ光を生成するには幾つかの活性材料とバッファガスが利用可能である。好適な活性材料は、キセノン、錫、又はリチウムである。これら３つの活性材料については「１２−１４ｎｍＥＵＶ用のソース」の項で論じている。インジウム、カドミウム、及び銀も候補となり得る。上記材料の１つを活性材料として使用する場合は、ヘリウム、ネオン又はアルゴンなどの希ガスをバッファガスとして使用するのがよい。特にキセノンが活性材料である場合は、バッファガスの候補リストに窒素と水素を加えることができる。活性材料が金属の場合は、殆どの実施形態において放電チャンバに蒸気として添加されるが、液体又は固体として添加しても、或いは溶液又は粉末の形態で添加してもよい。

これら活性材料は、全て、１３．２ｎｍから１３．８ｎｍの所望範囲で輝線を提供し、且つ、上に説明したように、この範囲ではＵＶ光にとって比較的良好な特性を備えた反射光学器が入手可能であるという理由で選択されている。良好な光学器要素が、この範囲よりも低い又は高い他の波長範囲で利用可能となったときには、周期表及び対応する輝線の文献から代わりの活性材料を捜し求める必要がある。また、バッファガスは上記のものに限定されない。

アノード経由注入
本発明の好適な実施形態の特徴を図１８Ａに示すが、本図では、活性ガス、この場合はキセノン（混合率１対１４でヘリウムと混合）がアノード経由で注入される。コレクタ・ディレクタ８の下流領域の１２でバッファガス（この場合１００％Ｈｅ）が注入される。デブリコレクタ６は、ピンチ領域の中心からコレクタ・ディレクタ８まで伸びる光線と整列した狭い通路を提供する入れ子状の円錐形部分を備えている。これら通路は、コレクタ・ディレクタ８に向かう光子の約８５％を通過させるが、ＥＵＶ光よりもランダムな経路を経るピンチ領域で生成されたデブリが通過するのを実質的に阻止する。ガスは、真空チャンバ１０から出口１４を通して毎秒４０リットルの真空ポンプで排出される。従って、ガス供給孔１２からデブリコレクタ６内の狭い通路を通るバッファガスの流れは、ピンチからのデブリの通過を更に阻止し、ピンチ領域からチャンバ１０の領域へのＸｅ活性ガスの流れを阻止する。従って、ピンチ領域からのデブリと入口２４を通して注入された活性ガスの実質的に全てが、出口１４を通って排気されるか、デブリコレクタ表面又はデブリコレクタ上流の容器の内壁を覆うかの何れかとなる。これにより、ピンチからのデブリによるコレクタ・ディレクタ８の汚染が回避され、デブリコレクタ６の狭い通路をバッファガスが流れることにより大量のキセノンがデブリコレクタ６の下流領域に流入するのが防止されることから、キセノンガスによるビームの減衰を最小化することができる。

二方向ガス流れ
図１８Ｂは、本発明の実施形態の特徴を示しており、本図では、二方向のガス流れを使って、ピンチ領域近くの活性ガスの濃度を、ＥＵＶビーム経路の下流部における活性ガスの濃度が最小となるよう制御できるようにしている。本事例では、活性ガスは、図１８Ｂの２４で示すように、アノード１８Ａの中心を通して導入される。この好適な実施形態では、導入されたガスは、キセノンとヘリウムの混合比１／１５対１４／１５の混合気体である。上記実施形態では、ヘイルムは１２からも導入される。両ソースから導入されたガスは、上記型式の真空ポンプで１４から排気される。ガスの流れは、ピンチ領域では約０．７５トルの圧力に、及びコレクタ・ディレクタ領域では１トルの圧力になるように制御されるので、コレクタ・ディレクタ領域からのガスの流れはピンチ領域からの流れよりもずっと大きくなる。

活性ガスの上流注入
図１８Ｃは、デブリと活性ガスを制御して、活性ガスによるＥＵＶ吸収を最小限にするための別の好適な技法を示している。ピンチ領域のガス圧は約０．５トルである。この実施形態では、真空チャンバ１０内のガスの流れは、ピンチ領域からのデブリがコレクタ・ディレクタ装置８の領域に達するのを防ぎ、ピンチ領域を取り囲む中間区域を越えた領域の活性ガスの量を最小化するのを支援するように配置されている。例えばキセノンでもよいが、活性ガスは、ノズル２から約５ＳＣＣＭの速度でピンチ領域の約３ｃｍ上流に注入され、そのほぼ全量が、電極１８Ａ内をその軸に沿って走る排気口３を通して５０リットル／秒のポンプ速度で排気される。排気流は、カナダの会社であるSynergy Vacuumから入手可能なAnect Iwata ＩＳＰ−５００スクロールポンプで裏打ちされたデザインブロワーのような真空ポンプで作り出される。これは毎秒４０リットルのポンプ速度を提供する。キセノンは、デブリキャッチャ６の中央領域を通るガス管４を通してノズル２に供給される。デブリキャッチャ６は、ピンチ位置の中心からコレクタ・ディレクタ８に向かって伸びる光線と整列した表面を有する、６Ａの入れ子型円錐部分で構成されている。これら入れ子型円錐部分は、ピンチで作り出されコレクタ・ディレクタ８に向かうＥＵＶ光子用に比較的障害の少ない通路を提供している。この通路は狭くて長さは約１０ｃｍである。

デブリコレクタ６は、タングステン電極１８Ａから蒸発したタングステンを（凝結により）集める。（活性ガスがリチウム蒸気の場合は、この蒸気はデブリコレクタ６の表面でも凝結する。）

本実施形態ではヘリウムであるバッファガスは、１２で示すコレクタ・ディレクタ８の下流に注入され、バッファガスの殆どは、上記型式の真空ポンプ（図示せず）で真空チャンバ１０から排気口１４を通して排気される。ヘリウムの流れの約９０％は、コレクタ・ディレクタ８を通りピンチ領域に向かい、バッファガスの全量が入れ子状円錐部領域６Ａを通過する。上記例のように、このガスの流れは、ピンチ領域に発生したデブリがコレクタ・ディレクタ８に達するのを防ぎ、且つ出力ＥＵＶビームを生成するためにコレクタ・ディレクタ８によって集められ方向決めされる光の経路内の活性ガスの量を最小限にするのを助ける。これらの特徴は、デブリコレクタ６の表面にデブリが堆積すると反射率が下がり、ＥＵＶビーム経路内の活性ガスはビームを減衰させてしまうことになるので、重要である。

出口３を通して排気されるガスは、フィルタに掛けて大気へ排出されるのが望ましい。出口１４を通して排気されるガスも、大気中に排気されるが、このシステム内の全ヘリウムガスの流れは毎時約１６グラムしかないので過剰なガス費用はかからない。代わりに、ヘリウム及び／又は活性ガスは、分離し再循環してもよい。

活性ガスとしてのリチウム
リチウム蒸気は、ピンチエネルギーを、所望波長範囲の有効な光に効率的に変換する。リチウムは、室温では固体であるが、１８０℃から１３４２℃では液体である。リチウム蒸気を放電及びピンチ領域に導入するのには多くの方法を利用することができる。リチウムは、気化温度まで加熱して蒸気として導入することができる。リチウムは、固体又は液体として導入し、放電又はピンチで気化してもよいし、高出力レーザーパルスのような他のエネルギー形態によって、又は抵抗加熱要素、電気放電、又はＲＦ加熱など他の加熱形態によって気化してもよい。リチウムは、Ｌｉ₂Ｏ、ＬｉＨ、ＬｉＯＨ、ＬｉＣｌ、Ｌｉ₂ＣＯ₃、ＬｉＦ、ＣＨ₃のような化合物として、又はその水溶液又は他の液体の溶液として導入することもできる。

リチウムは、レーザー誘導による蒸発又は削摩によってピンチ領域に送出してもよい。リチウム金属ターゲット３０は、図１８Ｄに示すように、デブリコレクタの中央ディスクに組み付けられたホルダに取り付けられている。或る好適な例では、ＫｒＦエキシマレーザー３２は、波長が２４８ｎｍでエネルギーがパルス当たり１００ｍＪから２００ｍＪのパルス状レーザービームを生成し、有効パルス長５０ｎｓでアノード上流側に取り付けられたウインドウ３４を通過する。光は中空のアノードを通過して、真空チャンバの外側に取り付けられたレンズ３６によって直径約１ｍｍのスポットに集束される。このレーザー強度とスポットサイズは、温度上昇が気化潜熱で決まるような高速でＬｉ金属を加熱するのに十分である。必要な閾値出力密度は、約５×１０⁷Ｗ／ｃｍ²である。出力が低いと、Ｌｉは、所与の温度における蒸気圧で決まる速度で蒸発する。

別の実施形態では、図１８Ａに示すように、中央電極の中央領域には、図１７の３８で示すようにＬｉ金属が詰められており、レーザービームが、図１７の４０で示すように、デブリシールド８の中央を通過する。

Ｌｉをピンチ領域に送出できる別の技法は、Ｌｉ金属をタングステンプレートに取り付けて、それを今度は永久磁石を入れたハウジングに取り付けることである。この装置は、デブリコレクタからの絶縁シャフト上に取り付けられる。Ｌｉ金属は、Ｌｉの小領域しか露出しないようにタングステンマスクで更に覆われる。無線周波数で生成されるプラズマは、５００ＭＨｚから２．４５ＧＨｚの周波数で作動するＲＦジェネレータによりＬｉターゲットの前方領域で生成される。放電は、パルスモードかＣＷモードの何れかで作動する。パルスモードでは、放電はプラズマピンチと同期化する。５０００ＷのＲＦパワーなら概ね十分である。

生成されたプラズマは、バッファガス、一般的にはＨｅで構成される。Ｈｅイオンは、Ｌｉターゲットに負のバイアス電圧を印加することによりプラズマから抽出される。５００Ｖから２０００Ｖのバイアスであれば十分である。Ｈｅ＋イオンは、Ｌｉに当たると表面からＬｉ原子を放出させる。上記バイアスエネルギーでのスパッタ収量は、法線方向入射の場合、約０．２から０．３まで変動する。斜入射の場合及びＬｉが高温の場合には、非常に高い収量が期待できる。

プレイオン化の改良
ＤＰＦは、ＥＵＶ出力に対してそれぞれに有益な効果を有する多種多様な技法によってプレイオン化することができる。元々ＣｙｍｅｒＤＰＦで使用されている技法は、図２Ａ（２）に示す装置の外側電極に搭載された一組のスパークプラグ型ピン１３８を駆動することに基づいている。これらのピンは、ＲＦシミュレータなどの高電圧パルスにより、又は６０００シリーズ・コミュテータの単極出力により駆動される。ＲＦシミュレータ又はコミュテータを使った場合、ブレークダウンを起動するのに必要な電圧は＋／−２０ｋＶである。出願人らは、プレイオン化ソースは、カソードから離して且つ主真空容器の内部に配置できることも実証している。これはコイル状アンテナである。出願人らは、またプレイオン化に直線アンテナを使用して、これも成功させている。

この型式のアンテナは、線形又は螺旋コイル形態の何れでもよい。アンテナは、（例えば）２μｓの間１３ＭＨｚで高電圧パルスを送出するＲＦシミュレータ、正か負何れかの極性パルスを送出するコミュテータ、又はＲＦ増幅器の何れかで駆動することができる。我々は、（１０ｋＨｚのパルス繰り返し数）を支援することを実証した。外部プレイオン化（アノード／カソード領域の外側にアンテナを配置する）が、負極性の深いプラズマ焦点をプレイオン化する望ましいモードであることを示している。正極ＤＰＦでは、先の図１に示す「内部」アンテナの方がやや良好なプレイオン化を実現する。

図３２は、プレイオン化パルスのタイミングは、最適な効果を実現するためＤＰＦ主パルスに対して調整せねばならないことを示している。プレイオン化が早すぎると（９２で図示）、又は遅すぎると（９３で図示）、深いプラズマ焦点の効率は悪影響を受ける。

注入ガスのプレイオン化
出願人らは、準安定状態のガスは安定状態のガスよりもプレイオン化が簡単であることを発見した。ガスは、放電チャンバへの注入に先立ちイオン化によって準安定状態にすることができる。例えば、図２Ａ（４）及び図１８Ａ−Ｅは、ガス注入技法を示している。何れの場合も、注入ガスは（数ｎｓの持続時間で１５ｋＶパルスの電圧の様な）高電圧放電により、又はＲＦプレイオン化により準安定状態にすることができる。これら準安定状態は約５０ミリ秒続くので、約１ｍ／秒のガスの流れでは、イオン化放電がピンチ放電の源の約５ｃｍ上流にあれば、多くの準安定原子が存在することになる。

キセノンが活性ガスである場合に有効な別の技法は、ＲＦコイルを放電領域へのキセノン入口の周りに設置することである。出願人らは、吸気管内のキセノンガスのブレークダウンを起こすのに、２ＭＨｚから２．５ＭＨｚのＲＦ周波数を提案する。代わりに、キセノン吸入管内で高電圧パルス放電を使用してもよい。或る好適な実施形態では、磁界を掛けて、生成されたキセノンイオンをピンチ放電が開始される特定の場所に向かわせる。

ノズルを使ったプレイオン化
出願人らの第４世代装置でＥＵＶ光を最適に生成できる圧力は、約１００ｍトル以下の範囲にある。この圧力では、放電はパッシェン破壊曲線の左側となるので、イオン化を起こすにはブレークダウン用に非常高い電圧が必要になる。イオン化は、圧力が高いほど容易に起こる。先の項で説明した技法に矛盾しない解は、バッファガス又は活性ガスの何れかを放電チャンバに注入するのに使用されるノズル内でプレイオン化を起こさせることである。注入管内にイオンを発生させる技法については上で論じている。別の技法は、イオン化放射線を、図３１に示すようにチャンバの内側から注入ノズルに向かわせることである。この放射線は、生成されたＵＶ光又はＸ線を放射することが望ましい。

バッファガスとしての水素
出願人らは、この試作装置のＥＵＶ光学器が炭素の堆積によって汚染されることを発見した。１ｎｍの炭素層は、多層光学器で１％以上（斜入射光学器では約１０％まで）の相対反射損失を発生させる。１つの方法として、酸素をバッファガスに添加して炭素と反応させＣＯとＣＯ₂を生成するという方法が知られている。しかしながら、酸素は、光学器とも反応して酸化物を生成し光学器の劣化を招いてしまうことにもなる。

出願人らは、バッファガスに水素を望ましくは約２０％から５０％添加することを提案する。水素は、１３．５ｎｍでは吸収されず、炭素をエッチングして酸素とも反応する。更に、水素は、光学器の洗浄を行う保守プログラムの一環として周期的に短期間しか添加されず、光学器が洗浄された後は取り除かれる。

最適化技法
キャパシタンスの最適化
出願人らは、プラズマピンチ事象が駆動コンデンサバンクからの電流のピークと同時に発現する際に、最高のプラズマ温度が存在することを発見した。所与のアノード構成とバッファガス密度では、プラズマ前線は、所与の時間、所与の充電電圧で、アノード長を下る。最大放射効率は、ピークコンデンサ電流がプラズマピンチ事象の間に存在するように、キャパシタンス値と充電電圧を調整することにより得られる。

より高い入力エネルギーレベル、従ってより高い充電電圧が望ましい場合は、駆動キャパシタンスは、駆動波形のタイミングがアノード長に沿ってプラズマが走り下る時間と合致するように小さくせねばならない。コンデンサに蓄えられるエネルギーは、電圧の二乗に比例し、且つキャパシタンスとは線形関係にあるので、蓄積されるエネルギーは、キャパシタンスが電圧の増加に比例して下がるので、電圧と共に線形に増加する。

図１３は、キャパシタンスがピンチ時に最大コンデンサ電流を生成するように適切に選択されている好適な実施形態について、測定された駆動キャパシタンス電圧、測定されたアノード電圧、及びＥＵＶ強度対時間を示す図である。この事例では、長さ２ｃｍのアノードに対し、Ｈｅバッファガス圧力は２．５トル、Ｃ₁キャパシタンスは３μＦである。

中央電極の最適形状
出願人らは、中空アノード構成を使えば、プラズマピンチは一旦形成されると軸に沿って急速に成長し、中空アノードの開口部を伸び下ることを発見した。このピンチの長さが成長するにつれ、その長さに沿って電圧も大きく低下し、アノードの表面に亘って弧絡が発生する。この弧絡を防止する１つの解法では、ピンチ長が上記のようにアノードから離れて伸びる成長に対する物理的障壁を形成するためにブラストシールドを利用する。ピンチ長が成長して中空アノード内に下っていく速度を下げる別の解法は、図１４Ｃ及び図１４Ｄ（１）に示すアノードの狭い領域内部の開口直径を大きくすることである。これは、ピンチ長の成長を遅らせ、弧絡を防止する。前出の参考文献は全て、中空部の寸法が一定の中空アノードを示している。図１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄは、各種中空アノード形状についてピンチ形状の例を示している。図１４Ｄに示す構成は最短ピンチ形状を示している。

中央電極の露出長
プラズマのランダウン時間によって、駆動電圧波形のどこでピンチが生じるかが決まるので、出願人らは、アノードの露出量、従ってランダウンの持続時間を変えることによりプラズマ集束装置のピンチ部分の持続時間を調整することができた。バッファガス密度は所望のプラズマピンチ直径で規制され、駆動キャパシタンスは実際には或る範囲内に制限される。これら２つのパラメータを、駆動電圧と組み合わせると所望のランダウン時間が決まる。ランダウン時間は、露出アノードの長さを増減させることにより調整することができる。ランダウン時間は、駆動電流波形のピークの間にプラズマピンチ事象が起こるように選択するのが望ましい。長いプラズマピンチ持続時間が望ましい場合には、アノードの露出長を短くし、それによってランダウン時間を短縮してプラズマピンチを駆動波形の早い時期に起こさせることができる。

ＲＦ出力による蒸気生成
上記金属蒸気送出のスキームは、金属の蒸気圧が所望のレベルに達するのに十分な温度にまでアノード温度を上昇させることにかかっている。このような温度は、リチウムについては１０００℃から１３００℃の範囲、錫については２２６０℃である。

別の方法は、リチウムを浸潤させた多孔質タングステンの様な材料でＲＦアンテナを製作することである。この多孔質リチウム充填タングステンアンテナ５０は、図１５に示すようにアノードの内部に置かれる。ＲＦ電源５２は、アンテナ上及びその近くにプラズマ層を作り出して原子を追い出し、原子はガスの流れ５４で吹き上げられて中空アノードの中心を通り、リチウム原子はアノードの端まで運ばれる。金属イオン生成速度は、ＲＦ電源の出力レベルで容易に制御される。更に、多孔質タングステンアノードは、このＲＦドライブで、液体金属をアノードの底部に配置されたリザーバ５６から吸い上げるのに十分な温度に保つことができる。

電極冷却
中央電極の冷却
本発明の好適な実施形態では、中央アノードは、外径が約０．５ｃｍから１．２５ｃｍの範囲にある。中央電極は、放電時のプラズマ降下により、並びにプラズマピンチからの放射線の吸収により、相当なエネルギーを吸収する。約１５ｋＷ以上の範囲の冷却が必要である。ガス圧が非常に低いので、バッファガスを介する対流で大幅な冷却を行うことはできない。放射冷却は、非常に高いアノード温度でしか有効ではない。アノード長を下る伝導には非常に大きな温度降下が必要となる。

ヒートパイプ
リチウム蒸気を活性ガスとして使用し、アノードの中心を通して注入する場合、アノード温度は、１０００℃から１３００℃又はそれ以上の範囲に維持する必要がある。この高い作動温度、相当な熱除去要件、包被問題、及び高い電圧によって、冷却技法の選択肢が制限される。しかしながら、１つの技術として、リチウム（又は他のアルカリ金属）ヒートパイプは、比較的単純で頑丈な解としての可能性を提供する。リチウム・ヒートパイプは、約１０００℃の温度で効率良く作動する。このような装置の特定の設計では、ケーシング及び内部灯心として、耐火性金属、モリブデン、及びタングステンを使用するのが普通であり、従って非常に高い温度で作動可能である。

最も単純な実施形態は、最良の熱結合ができるようにＤＰＦのアノードと一体化されている管状又は環状のヒートパイプの形態を取る。有望な実施形態では、液体又は気化したリチウムをＤＰＦのプラズマまで送出できるように環状となっている。一例として、１５ｋＷを除去する直径０．５インチの中実ヒートパイプは、ワット密度が７５ｋＷ／ｉｎ²（１１．８ｋＷ／ｃｍ²）である。外径が１．０インチで内径が０．５インチ、１５ｋＷの熱を除去する環状ヒートパイプでは、ワット密度は２５．４Ｗ／ｉｎ²（３．９ｋＷ／ｃｍ²）である。１５ｋＷ／ｃｍ²を大きく超えるワット密度がリチウム・ヒートパイプで実証されていることから、上記両例は、この技術の可能性を例示している。作動時、ヒートパイプは、長さ方向に非常に小さな温度勾配があるだけなので、実用上は長さに亘って一定の温度を有していると考えることができる。従って、ヒートパイプの「低温の」（コンデンサ）端も、１０００℃かそれ以上の温度になる。ヒートパイプのコンデンサ端から熱を除去するため、或る好適な実施形態では、（水の様な）液体クーラントのジャケットへの放射冷却を利用する。温度の４乗の放射熱伝導率、即ち高い熱伝導率が、提案されている作動温度では可能となる。ヒートパイプは、１５ｋＷの定常状態で作動可能な環状の水冷式熱交換器で取り囲んでもよい。他の実施形態では、ヒートパイプのコンデンサ端をステンレス鋼の様な別の材料で断熱し、当該材料の外面を液体クーラントで冷却する。どんな技法を使用するにしろ、ヒートパイプは、コンデンサのクーラントによって「衝撃を受けない」、即ちエバポレータ端より遙かに冷やされないことが重要である。これは、性能に関わる重大なことである。ヒートパイプ温度がその長さ方向のある点において作動液の凍結温度（リチウムの場合には〜１８０℃）より低くなると、全く作動しなくなる。

中央電極（アノード）の基部近くの構成要素の作動温度に対する制限事項として、この領域へ伝導される熱を最小限にすることが求められる。この条件は、例えば温度許容範囲が低い領域近くのヒートパイプの外側を、放射率の低い材料でコーティングすることにより実現することができる。すると、ヒートパイプと所望の低温度構成要素の間に真空ギャップが形成される。真空は熱伝導率が非常に低く、ヒートパイプは放射率の低い材料でコーティングされているので、ヒートパイプとそれより低温の構成要素との間では熱伝導が最小になる。パワー負荷レベルが変化する状態でアノード温度を制御できるように維持することは、もう一つの問題である。これは、ヒートパイプと水冷式外側ジャケットの間にシリンダを配置することにより実現できる。このシリンダは、内径の反射率を高くして外径の放射率が低くなるようにコーティング又は仕上げ処理が施される。放射ヒートパイプと水冷ジャケットの間にシリンダを一杯に挿入すると、放射はヒートパイプに向けて反射し戻されるので、ヒートパイプからジャケットへのパワーの流れが低減される。「絞り」シリンダが引き抜かれると、ヒートパイプのコンデンサの大部分が水冷式ジャケット熱交換器に直接放射できるようになる。「絞り」位置を調整することにより、ヒートパイプ更に最終的にはアノードの定常状態作動温度を設定するパワーの流れが制御される。

図１６に、ヒートパイプ冷却システムを使った好適な実施形態を示しており、アノード８Ａ、カソード８Ｂ、及び絶縁要素９を備えている。本例では、活性ガスとしてリチウム蒸気を使用し、４４０で示すアノード８Ａの中心を通って放電チャンバ内に運ばれる。アノード８Ａは、リチウムヒートパイプ４４４を備えたリチウムヒートパイプシステム４４２で冷却される。ヒートパイプ４４４の熱伝導領域４４６内のリチウムは、電極８Ａの高温端付近で蒸発し、蒸気はヒートパイプの低温端に向かい、そこで熱は、ヒートパイプから放射冷却によって、ウォーターコイル４５０により冷却されるヒートシンク面４４８を有するヒートシンク装置４４６に移動する。リチウム蒸気は冷却されると状態が液相に変化し、その液体は周知のヒートパイプ技術に基づいて吸い上げられ高温端に戻される。この実施形態では、絞りシリンダ４５２は、図示しない温度フィードバック制御装置の一部である駆動装置に基づいて、４５４で示すようにヒートシンク面４４８内側を上下に滑動する。アノードヒートパイプ装置も、プラズマピンチ装置が十分な熱を生成しないときに、リチウムを凍結点を越える温度に保つための補助的な加熱システムを備えていることが望ましい。

中央電極の水冷
中央電極を冷却する別の好適な方法を、図２０、２０Ａ、２１、２２に示す。この事例では、中央電極を通して加圧された水を循環させる。中央電極８Ａは、図２０Ｃに示すように２つの部分、即ち単結晶タングステンから成る放電部８Ａ１（ドイツのFuelichのMateck GMBHから入手可能）と、焼結タングステンから成る低部８Ａとで構成されている。外側電極８Ｂは、２つの部分、即ち蓋部８Ｂ１と基部８Ｂ２から成り、両方共Glidcop商標の酸化物硬化銅で構成されている。酸化物材料はアルミナである。外側電極は２つの部分から形成され、外側電極冷却用の水の通路４６０を形成している。両電極は、窒化硼素又は炭化珪素、ステンレス鋼基部８Ａ３上にアルミナを蒸着した層４６４、及びポリイミド４６６（望ましくはDupontから入手可能なKapton）から成る主絶縁体４６２で互いに絶縁されている。中央電極を通る水経路は、図２０Ｃに矢印４６８で示している。円筒形のステンレス鋼隔壁４７０は、電極内の供給流と戻り流を分離している。部分８Ａ１、８Ａ２及び８Ａ３は、Niord又は５０Ａｎ−５０ｃの様な金／ニッケル又は金／銅ろう付け材料を使って一体にろう付けされている。

放射ランダウンによるプラズマピンチ
本発明の好適な実施形態は、図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄで説明した何れかの電極配置に付いて述べたパルスパワー特性、放射線収集特性、及びデブリ制御特性を利用している。この電極配置は、図２１に示す電極構成に比べて利点も欠点もある。電極は、熱問題が最小化できるように表面積が広くなっている。放電のフィラメンテーションは小さく、プラズマ閉じ込めは良好であり、放射安定性も良好であると期待される。出願人らは、図２１に示す電極の軸に沿ってピンチを生成するように電極を設計できると確信している。

多数ＥＵＶソースの使用
先に示したように、将来の機械のためのリソグラフィ光源用としての本発明の好適な応用例は、少なくともその製造バージョンは、まだ設計も製作もされていない。照明出力は、ここで説明した技術を用いれば、単体のＥＵＶソースにより従来から生成することのできる照明出力を超えることが可能である。この場合、２つ又はそれ以上のＥＵＶソースを組み合わせて、必要な照明を提供する。ここに説明する技法と同様の技法を用いて各ソースからの光を集めて、リソグラフィ装置のソースとなる単一スリット上に投影するのが望ましい。

リソグラフィ機との一体化
好適な実施形態では、ＥＵＶ光源装置の部分は、図２Ａ（２１）に示すように、ステッパ機の様なリソグラフィ装置に直接一体化されている。一体化部分は、図２Ａ（２１）に１２０で示すように、半導体パルスパワー装置のコメンテータ及び圧縮ヘッドと、電極セット、デブリシールド及び放射線コレクタを含む真空容器と、ターボ分子真空ポンプとを含んでいる。支援装置（電子制御部、高電圧電源装置、共振充電器、パワー分散システム、並びに冷却水及びガス制御用の流体管理部を含む）は、リソグラフィ装置とは別の支援機器キャビネット内に配置されており、（これは必要に応じて別の部屋にあってもよい）これら全てを１２２で示している。粗真空ポンプ及び高圧水ポンプは、第３のキャビネット１２４内にあるが、これらも別の部屋に配置してもよく、リソグラフィ装置１２６内には、照明用光学器、レチクル、減速光学器、及びウェーハ取り扱い機器がある。

電極腐食
腐食の最小化
出願人の初期の試作ＥＵＶ装置を使った実験は、電極腐食が重大な問題であることを示しており、出願人らはこの問題に対処するため幾つかの技法を開発した。出願人らは、第４世代プラズマピンチ装置での実験を通して、放電回路のインダクタンスが、ピンチが生じる時に劇的に大きくなり、電流が大幅に下がり、電極間の電界が大きくなることを発見した。その結果、アノードとカソードの間の、図２Ａ（２）に示すアノードの概ね先端付近で第２のブレークダウンが生じる。これによって、ブレークダウンの箇所に腐食が発生する。出願人らは、腐食が問題とならない箇所でピンチ後放電を促す手段を提供することによりこの問題を最小化することを提案する。プラズマを含むガスを電極間の下方領域に注入するのも、アノード先端から離れた低い位置にピンチ後放電を生成するための１つの技法である。

アノードから腐食された材料のスパッタ置換
出願人らの第４世代装置を使った実験は、長期運転で相当のアノード腐食を示した。上に示したように、これらプラズマピンチ装置の使用を想定した原理は一体化回路生産用のものである。これは、装置が、保守点検の停止時と停止時の間に何日も又は何週間も実質的に継続して作動せねばならないことを意味する。従って、電極寿命を延ばす技法を見つけ出さねばならない。可能性のある技法は、電極の一つ又は両方に電極材料をスパッタリングで付着させるためのスパッタソースを提供することである。図２５は、電極腐食に置き換えるためにスパッタされたタングステンを提供する２つのタングステンスパッタソースを示す図である。出願人らは、プレイオン化のために使用される短パルス高電圧駆動電極は、アノードの側面とカソードに集まるスパッタイオンを生成していることを発見した。アノードの側面は電極腐食が最も発生し易い場所でもある。従って、出願人らは、アノード及びカソードと同一材料の、スパッタリングにより腐食されるように専用設計した犠牲電極を設けることを提案する。これら犠牲電極は、スパッタされた電極材料がひどい腐食を被っているアノード及び／又はカソードの領域に向かうように配置される。犠牲電極は、腐食に伴って、容易に交換できるように又は周期的に放電チャンバ内に伸張させられるように設計されるのが望ましい。スパッタされた材料の一部は、絶縁体面にも集まるが、出願人らには、これら装置の絶縁体表面上に堆積したスパッタされたタングステンは問題ないことが分かった。

絶縁体で覆われた電極
出願人らは、実際の実験で、中央電極の腐食は、中央電極の側壁を絶縁体材料で覆うことで大幅に低減できることを発見した。何もしなければ高電流密度に面する電極の部分を絶縁体材料で覆うことにより、ピンチ後放電電流は電極の異なる領域のより広い面積に亘って広がるように仕向けられる。この技法は、電極の当該面積内の電流密度、又はアノード及びカソードそれぞれに対するイオン衝撃を低減するために採用することができる。腐食速度が下がると、デブリ発生が減じ電極の寿命が長くなる。絶縁体を横切る滑り放電による腐食とデブリはなお或る程度は存在するが、電極腐食ほど深刻ではない。高腐食速度に繋がるいわゆる「フラッシュオーバー・アーク放電」は、導電面のみに生じる。従って、電極が絶縁体で覆われている領域では、これはなくなる。

この様に、或る好適な実施形態は、通常のアノード及びカソード構成を有し、内側電極の外径に沿った（ランダウン長）滑り放電の生じることのない濃密プラズマ集束である。代わりに、内側電極は、突き出た長い絶縁体管で覆われ、即ち内側電極の直径が消されている。有効インダクタンスは僅かに増えるが、なお強いピンチが軸上で生じ、ＥＵＶが生成される。従来の高密度プラズマ集束装置とは対照的に、内側電極に沿ってランダウンが生じることはない。内側電極の内面も、当該領域のフラッシュオーバー・アーク放電を排除するため絶縁体材料で覆ってもよい。絶縁体は、ピンチサイズとＥＵＶ出力を下げないように適当な内径を有していなければならない。

好適な実施形態を図２６Ａと２６Ｂに示している。図２６Ａでは、絶縁体６０が外側表面を覆っているが、図２６Ｂの実施形態では、外側の絶縁体６０に加えて、絶縁体６２が内側表面を覆っている。両図共、アノードは６４で、カソードは６５で示している。

熱分解グラファイト電極
或る好適な実施形態では、図２Ａ（２）に８Ａで示すアノードの放電面が熱分解グラファイトで覆われている。アノード本体は銅又はタングステンである。この設計の重要な利点は、タングステン（従来の主なアノード材料）よりも炭素は１５倍軽いことである。従って、炭素デブリは、デブリシールド内でずっと簡単に処理できる。更に、グラファイトは溶融せず、蒸発する。グラファイトは、原子グラファイト層が表面に直角に整列し、熱伝導率を改善し腐食を最小限にするように適用されるのが望ましい。熱応力を最小化するために、熱分解グラファイト表面材料と基板電極材料の間に中間層が設けられる。

電極交換
シール付きシャッタ
プラズマ集束ソース構成要素とコレクタが同一チャンバ内に納められている場合、通気を必要とするソースの保守は、コレクタミラー及びデブリトラップに対しては悪影響を及ぼすことになる。これら構成要素を真空の点で２つのチャンバに分離するのが非常に有益である。しかしながら、デブリトラップ及び収集光学機器の位置に関する先行技術による設計は、２つのチャンバの間にゲート弁を設けるのに必要な空間を提供していない。

出願人らは、（電極交換のような）保守のためにソースチャンバを通気する際に、この間コレクタチャンバを（近似）真空下に維持したまま、これを行う技法を開発した。ソースチャンバ６９は、コレクタチャンバ７０に必要な通気に比べて、もっと頻繁に通気を必要とする。コレクタミラー６６とデブリトラップ６８は、ソースで保守が実行されている時も、提案されるシャッタを使用することにより保護されることになる。従って、コレクタの（及び、恐らくデブリトラップも）大幅に寿命が延びることになる。本設計ではピンチソース体積７１とデブリトラップ及び収集光学器入り口の間は距離を非常に短くする必要があるので、大抵は分離用のゲート弁を入れるのに使える十分な空間がない。コレクタチャンバに向けてシールを施した提案のシャッタを導入すると、これを収容するのに必要な空間は非常に小さくて済む。シャッタは通気されるソースチャンバの雰囲気圧でシール面に押し付けられるので、コレクタチャンバは（近似）真空下に維持される。

本設計の利点を図２７Ａと２７Ｂに示す。先行技術の図である図２７は、ソースとコレクタチャンバを分離するゲート弁７２を備えた装置を示している。しかしながら、本設計では、プラズマソース体積から斜入射コレクタ光学器の入口までは１００ｍｍ以下の距離とする必要があるので、普通は、ゲート弁を収容できるだけの余裕を提供できない。ＶＡＴのような真空サプライヤから入手される、開口部直径が８インチ（２００ｍｍ）又は１０インチ（２５０ｍｍ）のＵＨＶゲート弁は、フランジからフランジまでの距離が８０から１００ｍｍである。従って、このようなゲート弁は本設計では省略されている。これは、ソースの保守に通気が必要になる都度、コレクタチャンバも通気されるという点で不都合である。各通気サイクルは、非常に感受性の高いコレクタ光学器にとっては悪影響をもたらす。更に、コレクタチャンバは真空要件がより厳密なので、コレクタチャンバの場合にはソースチャンバに比較してポンプダウン時間が長くなる。ソースチャンバを通気する度に、コレクタチャンバを通気する必要が無くなれば、幾つかの点で好都合であり、即ち、コレクタ光学器の汚染が低減され、光学器の寿命が延びる。保守作業の終了時にコレクタチャンバのポンプダウンが必要無くなるので、システム保守のための停止時間が短くなる。感受性の高いデブリトラップも更に良好に保護される。

図２７Ｂは、提案の機構によるシャッタ７４を示しており、ソースからコレクタチャンバまでの真空シールを備えている。シャッタは、コレクタチャンバに面した側に、ゲート弁のプレートのようなＯリングシールを有している。このシャッタを収容するのに必要な空間は、２０ｍｍだけ、多分１０ｍｍもあればよい。ゲート弁とは対照的に、このシャッタは、ソースチャンバにではなく、コレクタチャンバに関してだけ真空シールを提供できる。しかしながら、殆どの場合、ソースチャンバだけに通気が必要なので（図面ではシャッタは閉鎖位置にある状態を示している）、これで十分である。コレクタチャンバを通気する必要がある場合は、ソースチャンバも常に通気することができ、不都合はない（シャッタは開放位置）。

シャッタが閉鎖位置に近づくと、シャッタは、そのＯリングシールで、コレクタチャンバのシール面に対してシャッタ端位置付近のノッチ又は突起によって押し付けられる。シール面は、従来は、例えば、デブリトラップ（ホルダ）の外周に位置している。ソースチャンバの通気が始まると、ソースチャンバ内の圧力が上がって、シャッタはそのシール面に対して更に押圧され、押圧力はソースチャンバ内の圧力上昇に伴って増加する。通気開始時には、コレクタチャンバに向かって小さな漏れが存在するかもしれないが、許容できる程度である。ソースチャンバが高い（雰囲気）圧力になると、シャッタ面積が比較的大きいためシャッタをそのシール面に対して押圧する力が大きくなるので、高い真空シールが出来上がる。これは、コレクタ光学器（及びデブリトラップ）を防護するのに十分である。シール用シャッタをコレクタ（又はソース）チャンバ設計に組み込まねばならない（接続用真空フランジのすぐ隣が好適）という点が（取るに足らない）欠点である。しかし、大きな利点は、ゲート弁の余分な２つのフランジとその幅の幾らかのために必要な空間を省けることである。従って、ソースからデブリトラップ／コレクタ入口までの必要な分離寸法が非常に小さい場合でも、このようなシャッタを収容することができる。

交換可能な電極モジュール
電極交換を簡素化するための別の技法は、電極、デブリコレクタ及び第１コレクタを単一モジュールとして交換できるようにＥＵＶ装置を設計することである。例えば、図１９に示すように、コレクタ４２は、アノード、カソード、及びデブリコレクタとコレクタ４２から構成されるモジュールの一部である。このシステムでは、保守点検用停止時間を短縮するために、最小の時間でこれら構成要素を一体として取り替えることができる。その結果、腐食により劣化する電極、並びに腐食した材料による汚染のために劣化するデブリコレクタと第１コレクタ光学器を迅速に取替えられるようになる。

最適化された高密度プラズマ集束装置の例
最適化努力
出願人らは、ＥＵＶ放射線を効率的に生成するために、図２Ａ（１）の断面図に示す第４世代高密度プラズマ集束装置の性能を最適化するよう鋭意努力を重ねた。真空チャンバを備えたシステムの側面図を図２Ａ（３）に示す。調査に含まれる性能パラメータは、ＨｅとＸｅの圧力と流量、電極の形状寸法、プレイオン化特性、及び衝撃係数関連の性能問題である。この調査の中で、出願人らは、Ｈｅ（バッファガス）とＸｅ（作動ガス）の注入口の位置、並びに混合気成分の圧力と流量がＥＵＶ放射効率に強く影響することを見出した。ＥＵＶ放射のガス吸収性、及びデブリ軽減特性を提供するという要求からガスレシピに対する付加的制約も派生する。これまでで最良の結果は、中央電極を通して軸方向にＸｅを注入することと結び付けた軸対称バッファガス注入スキームで得られた。得られた最大変換効率は、入力エネルギー１２．４Ｊで０．４２％であった。エネルギー安定性の測定値は、最適ＥＵＶ出力近くで１０％の標準偏差を示している。電圧オーバーシュート波形の減衰で決まる駆動回路とピンチの整合は、ＨｅとＸｅ圧力に大きく依存していることが分かった。ソースから排出されたデブリのエネルギー分散Ｘ線（ＥＤＸ）分析は、デブリの主な発生源は中央電極と絶縁体であることを示している。カソード材料に関する証拠は見出せなかった。より効率的な運転に向けての努力に加えて、熱光学の第１段階の努力がはらわれ、従来型直接水冷による２００ヘルツでの継続運転に至った。システムは、比例的に低いデューティサイクルで高い繰り返し速度で運転することができる。データは、システム全体を通して熱出力が分散されることを示している。この様に熱出力の流れをより詳しく理解することで、出願人らは、このソース技術の最終的な大量生産の可能性をより良好に判定することができる。

出願人らは、変換効率をもっと熟成したレーザー生成式プラズマソースの変換効率に近づけることで性能における十分なゲインを実証した。光源が満たすべき具体的仕様は、全体照明システムの設計と密に結び付いている。測定すべき要となるソースパラメータは、作動波形、帯域内ＥＵＶパワー、帯域外パワー、ソースサイズ；最大収集可能角度、高い繰り返し速度；パルス対パルス繰り返し可能性、及びプラズマに面する構成要素からのデブリ発生である。

ＤＰＦ開発における出願人らの初期の努力は、この種のソースを駆動するのに必要な基本的パルスパワー技術の開発に向けられた。高い変換効率は、高い貯蔵エネルギー（２５Ｊ）でＬｉ蒸気を活性放射要素として用いることで実証された。この貯蔵エネルギーは、高い繰り返し速度運転まで実際に試験するには高すぎた。第４世代機の開発によって、出願人らは、Ｘｅを活性種として使用できるようになった。最近の努力は、Ｘｅをソースガスとして用いてＤＰＦの性能を最適化することに焦点を当てている。この努力をやり易くするために、パルスパワー開発、プラズマの開始と特性、ＥＵＶ測定学、デブリの軽減と特性、熱工学、及びコレクタ光学器開発を研究してきた。

システム説明
出願人らが開発した第４世代高密度プラズマ集束システムは、ＥＵＶ光生成のためにＤＰＦが必要とする高電圧高ピークパワーパルスを生成するために、Ｃｙｍｅｒのエキシマレーザーで使用されたものと同様の固体スイッチングと数段階の磁気パルス圧縮（図１に示し、上で説明済み）を備えたパワーシステムを使用している。このシステムは、充電電圧１３００Ｖで始まり、５０ｎｓ未満の立ち上がり時間で、４ｋＶまでのＤＰＦに印加する出力パルスを生成する。電流測定は直接行わなかったが、通常の実験運転による電圧波形に基づく回路シミュレーションは、出力ＤＰＦ駆動電流が５０ｋＡまでの値でピークになり、ｄＩ／ｄｔは６７５ｋＡ／∝ｓと予測している。この高いピーク電流と高いｄＩ／ｄｔの組合せによって、ＤＰＦが効率的に機能できるようになる。

この第４世代装置の最も重要な特徴を、高密度プラズマ集束装置の利点の箇条書きリストと共に図３３に説明している。他でも説明しているように、出願人らは、約０．５％の変換効率（中間焦点における帯域内ＥＵＶ放射の電力入力に対する割合）を実証した。この出願申請時に、出願人らは以下のシステム性能パラメータを実証した。

電流供給源の性能
ＸｅでのＥＵＶ効率（２％ＢＷ、２πｓｒ） ＞０．４５％
パルス当たりのＥＵＶエネルギー（２％ＢＷ、２πｓｒ） 〜５５ｍＪ
平均ソースサイズ（ＦＷＨＭ） 〜０．４×２．５ｍｍ
ソース位置安定性（エントロイド） ＜０．０５ｍｍ、ｒｍｓ継続繰り返し速度 １０００Ｈｚ
バースト繰り返し速度 ４０００Ｈｚ
エネルギー安定性 〜７％、ｒｍｓ
平均ＥＵＶ出力（２％ＢＷ、２πｓｒ） ５０ワット
ＥＵＶ出力、バースト（２％ＢＷ、２πｓｒ） ２００ワット

収集効率は約２０ないし３０パーセントであり、帯域内放射中の集められたＥＵＶの約半分を、ここに説明する技術を使って中間焦点に届けることができる。従って、中間焦点における実証されたＥＵＶ出力は、現時点では継続ベースで約５ワット、バーストモードで２００ワットである。ここに説明した改良点を用いると、出願人らは、中間焦点での継続出力は、近い将来少なくとも４５．４ワットまで上がり、最終的には１０５．８ワットにまで上がると予測している。バーストモード性能は、概ね比例的に増す。

６機の４世代ＤＰＦ機を製作し、システム最適化、プレイオン化、パワーシステム開発、デブリ軽減、熱管理、及びコレクタ設計に関する各種実験用に使用している。高い繰り返し速度（〜１ｋＨｚ以上）を必要としない実験では、これら機械の充電電力は一組のＤＣ電源装置から抵抗充電で簡単に供給する。高い繰り返し速度能力がまさに必要なＤＰＦシステムは、初期エネルギー貯蔵コンデンサＣ０を２５０μｓ以内で１３００Ｖの電圧まで充電する共振充電システムで充電される。この共振充電システムは、エネルギー回収も実施し、ＤＰＦが使用しない又は熱消散するエネルギーを蓄え、この回収したエネルギーを次のパルスに使用する。これにより、主電源装置が必要とする電力量が減り、熱管理など他の問題にも役立つ。

測定
この項では、出願人らは、少なくとも５０Ｈｚ未満で作動する低衝撃係数ソースのうちの１つについて実行した測定の概略を提示する。出願人らは、ＥＵＶ出力と変換効率がガスレシピに依存していることを示し、帯域外放射に関するデータを提示し、ソースサイズと位置安定性の測定値を示す。

この１年の内に、ＥＵＶ出力の電極の形状寸法に対する経験的依存性とガス力学問題をある程度理解する上で、有意な進歩があった。以前の世代と比較して、装置における大きな変化としては、ガスをアノード領域回りに対称的に注入できるようにする新しいカソード設計と、アノード電極を通してＨｅとＸｅの混合気を注入するためのシステムが挙げられる。ガス送出システムは、ＨｅとＸｅの組み合わせがＤＰＦシステムの異なる部分に注入できるように変更した。このシステムの概略を図１に示す。ガス制御は、２つの質量流量制御装置と高精度キャパシタンス・マノメータを介して行われる。システムは定圧力モードで運転される。Ｘｅは一定流量モードで注入され、目標作動圧力に到達するためＨｅ補給ガスが加えられる。このモードでは、Ｈｅの流量は、システムのポンプ速度によって決まる。異なるポンプ構成を試験することにより、ガス流量依存性を調べた。

軸に沿ったピンチにより発する放射線は、アパーチャを通り差動ポンプ式診断チャンバ２０４に入る。測定容器内のガス吸収は、圧力を５ｍトル未満に維持することにより最小化される。これら測定のために、診断用容器入口は、ピンチ領域から５ｃｍのところにある。主ＤＰＦ容器内のガス減衰に対する補正は、５ｃｍ経路に沿っても診断用容器内においても行わない。ピンチによる放射線は、Ｍｏ／Ｓｉ多層ミラーから反射され、１∝ｍ厚Ｂｅ箔を通ってコーティングを施していないＩＲＤ ＡＸＵＶ−１００フォトダイオードに向けられる。代表的な測定順序は、パルスパワーシステム、ＤＰＦアノード、及びフォトダイオード上の電圧波形を、実験パラメータの関数として記録することから成る。データ捕捉とガスシステムの制御は、コンピュータインターフェースを介して行われる。

帯域内ＥＵＶ信号（１３．５ｎｍ、２％帯域内、２πｓｒ内）のＸｅ流量に対する代表的な依存性を、定作動圧力３５０ｍトル、パルスパワーシステムの第１段階コンデンサの充電電圧を固定した場合につき図２Ａ（５）に示す。

Ｈｅをアノードの周りに注入し、Ｘｅを２０Ｈｚのソース運転でカソードを通して注入した場合、Ｈｅを主ＤＰＦ容器に注入した場合に比較して、ソースからのＥＵＶ出力の大幅な増加が観察された。ポンプ容量を増やすことによりＨｅガス流量を上げることによって、更に改善が見られた。ポンプ速度が速くなったことによる効果は、ＥＵＶ出力のＸｅ質量流量設定値に対する感受性が下がり、実測ＥＵＶ出力が上がることである。

Ｘｅ流量を一定にし、図１に示す第１コンデンサステージＣ２の電圧を１３００Ｖにして、Ｈｅ圧力の関数として同様の測定を行った。図２Ａ（６）は、最終ステージコンデンサ（Ｃ２）の電圧波形と、Ｈｅをアノード周りに注入した場合の帯域内１３．５ｎｍフォトダイオード信号を示している。ＥＵＶ信号はＨｅ圧力に大きく依存している。Ｃ２波形を調べると、不足減衰応答のためこのコンデンサが回収するエネルギーは、ガスレシピに依存していることが分かる。同様の依存性は、Ｘｅ流量変動の関数として観測された。

ピンチ領域で消散するエネルギーは、Ｃ２コンデンサに蓄えられるエネルギーの差から計算される。１５００ｍＴのＨｅ圧力では、蓄えられたエネルギーの約７０％がピンチ領域（８．８Ｊ）で消散するが、一方２００ｍＴでは、対応する値は９６％（１１．９Ｊ）である。この依存性を図２Ａ（７）に示しており、フォトダイオード信号、初期に蓄えられていたエネルギー、回収されたエネルギー、及び消散したエネルギーを、Ｈｅ圧力の関数としてプロットしている。ＥＵＶ信号は、この範囲に亘って約１０の倍数で増加している。Ｈｅ分圧が更に減少すると、このデータには示していないがＥＵＶ収量に急激な低下が起きる。

ガス圧力に対する依存性の別の興味深い特徴は、フォトダイオードで測定されるＥＵＶ放射の開始がずれることである。Ｘｅ流量を一定にすると、１８０ｍＴから１５００ｍＴまで圧力が変動すると、ＥＵＶ放射は１５０ｎｓずれることになる。ＤＰＦ作用の古典的なスノウプラウとスラグのモデルから、出願人らは、プラズマ衝撃前線の特徴的な軸方向及び半径方向の移動時間は、有効質量密度の平方根で評価できると予想する。この評価はこの構成に対して確認する必要があり、比例係数は、質量を電極領域から掃きだす際の衝撃前線の有効性に関係する。１次元スノウプラウモデルに基づく、この効果の計算は、軸方向及び半径方向の有効質量は、実際のガス圧力から派生する質量よりもはるかに小さいことを示唆している。

平均帯域内ＥＵＶエネルギー及びエネルギー効率の、固定ガス流量条件下における消散エネルギーに対する依存性を図２Ａ（８）と２Ａ（９）及び図４ｂに示す。これらのデータは、ソース条件をピークＥＵＶ出力で最適化して取った。充電電圧を小さくし、且つ他の全てのパラメータを固定したままにすることで、低エネルギー入力が得られた。ここに示すデータは、本実験の最適条件の場合、並びに異なるガスレシピとアノード形状寸法を採用している[１]に提示した構成の場合についてのものである。１０Ｊでは、従来の構成に比較して、変換効率（ＣＥ）で７０％の増加が得られた。ピンチへと結合されるエネルギーはガスレシピに依存するが、図２Ａ（６）と２Ａ（７）に示すＥＵＶエネルギーの依存性は、主にガス流量の変動によるもので、結合の変化によるものではない。

１３．５ｎｍを中心に２％帯域幅の外側にあるＥＵＶ放射線に２種類の測定を行った。これらの測定に対する実験的設定を図２Ａ（８）と２Ａ（９）に示している。第１種の測定では、軸上のピンチからの全放射線を、１３０ｎｍから１３００ｎｍ帯域で透過するＣａＦ２ウインドウを透過した部分と比較した。その結果は、ピンチから発せられた全放射線の〜０．５％は、ＣａＦ２帯域の１３０ｎｍから１３００ｎｍの間にあり、出願人らが得た以前の結果と同様であることを示している。第２の測定では、ピンチから発せられ、１つのＭｏ／Ｓｉ多層（ＭＬ）ミラーで反射され、ＡＸＵＶ−１００フォトダイオードにより検出された放射線の部分を、１μｍＢｅ箔を透過してＭＬミラーで反射された放射線の部分と比較した。ＭＬミラーからの反射後フィルタを設置せずにフォトダイオードで測定した信号は、帯域内成分と帯域外成分の合計を与える。Ｂｅフィルタを挿入すると、測定を帯域内部分だけに制限する。従って、ＭＬミラー透過分を補正した放射線の帯域内部分を、フィルタ無しの全信号から引くことにより、我々は１つのＭＬミラーで反射される全放射線の〜１５％は、１３．５ｎｍを中心とする２％帯域の外にあると結論付ける。

ソースをピーク出力に調整して、ソースサイズと重心運動の測定を行った。背面照明ＣＣＤアレイとＢｅフィルタを採用しているピンホールカメラを使用した。ソース像を図２Ａ（１０）に示す。これらの像はカメラを軸上に配置して撮像した。測定は６８度の角度でも行った。平均ソースサイズ（１００パルスの平均）は、全幅半値で０．２５ｍｍ×２ｍｍであった。パルスからパルスまでのＥＵＶソース重心変位を図２Ａ（１１）にプロットしている。平均変位は約５０μｍである。

ピンホールカメラ技法を使えば、各フレーム内の強度を積分し、この量の標準偏差を計算することにより、ＥＵＶエネルギー安定性の推定を得ることができる。結果は９．５％（１Ｊ）強度変動を示している。この測定値を、Ｂｅフィルタ、ＭＬミラー、及びＡＸＵＶ−１００フォトダイオードを使った標準測定で行ったエネルギー安定性の測定値と詳しく比較する。この診断で行われる追加的実験には、帯域内エネルギーでＥＵＶソースサイズを補正することが含まれることになる。

軸上像から、我々は、更に、ピンチとアノード端壁の相互作用によって始まるＥＵＶ生成は無いと結論付ける。最大ＥＵＶ強度は、Ｘｅガスがアノードのアパーチャを通して注入されるピンチの中心に観測される。アノード端壁に接するピンチの周辺部ではＥＵＶ放射は観測されない。

高い繰り返し作動
高い繰り返し速度でソースを安定して作動させることは、高露光線量及び正確な線量制御にとって重要である。この第４世代光源のバーストモード作動は改良された。入力エネルギーを１０Ｊとした（Ｃｙｍｅｒのエキシマレーザーが採用したものと同様）共振充電スキームを使うと、最大バースト放射期間は繰り返し速度２ｋＨｚで３００パルスまで増加した。

ＥＵＶパルスの時間積分帯域内エネルギーを、上記多層ミラー−Ｂｅ箔−フォトダイオード検出スキームを使って測定した。帯域内エネルギー対パルス数のデータを図２Ａ（１２）に示す。ガス混合気の変化無しに、繰り返し速度が低速から高速に上がると、ＥＵＶ出力エネルギーの大きな低下が観測され、バーストパルス数が増加する。ガスレシピを適当に調整することにより、２ｋＨｚの繰り返し速度で３００パルス長のバーストに備えた比較的安定したＥＵＶエネルギーを得るために、出力を調整することができた。図に示すように、約１０−１５パルスの間続く移行期間の後、出力エネルギーは、バーストの残り期間の間、高い値に留まる。このモードにおけるエネルギー安定性の対応する実測標準偏差は１０％である。現段階では、高い繰り返し速度の運転に対する基本的改善限界には達しておらず、アップグレードされたパルスパワー及び熱管理スキームによって更なる性能改良が可能であろう。

デブリ軽減
出願人らは、デブリの主要な源及びコレクタ光学器上のデブリ堆積速度を判定しようとする試みの一環として、ＭｏとＰｄをコーティングしたウェーハを、ＤＰＦで生成されるデブリに曝した。この試験のソースは、タングステンのアノード、アルミナの絶縁体、及び真ちゅうのカソードで構成した。サンプルは、ピンチから５ｃｍ（Ｍｏサンプル）及び１１ｃｍ（Ｐｄサンプル）離して３０Ｈｚで４．１０５パルスに曝した。配列配置の寸法を図１０に示す。露出後、サンプルをEnergy Dispersive X-Ray （EDX）分析で分析した。その結果を下表１にまとめているが、ここではアノード（Ｗ）と絶縁体（Ｏ、Ａｌ）材料は、５ｃｍと１１ｃｍ、２つの距離にあることが分かる。

カソード材料には何ら徴候が見られなかった。５ｃｍ離れたＭｏサンプルでは微量のＸｅが見出された。これは、ＤＰＦで生成された強力なＸｅイオンか、又は薄膜コーティングに組み込まれた単なるＸｅの徴候である。Ｈｅの存在はＥＤＸでは検出されなかった。５ｃｍの距離に弱いが検出可能なＭｏ信号が存在するということは、堆積したデブリが０．５∝ｍないし２．０∝ｍの厚さの間にあることを示しており、これはＥＤＸ分析の代表的な透過深度である。これから、我々は、デブリ生成速度が、ピンチから５ｃｍ離れた軸上で、パルス当たり１−４．１０−３ｎｍであると推定する。

ＤＰＦにより生成されたデブリの堆積を特徴付けるため、簡単な光学技法を試験した。スペクトルの可視領域における金属の吸収は一般的に高い。認識可能な透過率が生じる限界に対応する光学的厚さは、一般には４分の１波長より遙か小さいので、この領域では干渉縞は観測されない。ランベルト・ベールの法則によれば：
Ｔ＝ｅ^―α*L
で、ここに、Ｔは透過率、αは吸収係数、Ｌは膜厚である。従って、Ｌｏｇ₁₀（１／Ｔ）で定義される吸収率Ａは、αがＬに依存していない場合は、膜厚に比例する。Ｌがパルスの数に比例する場合は、ＤＰＦにより生成されたデブリによる透明なサンプル上のコーティングの吸収率をパルス数の関数として測定することにより、パルス当たりのデブリ堆積速度が求められる。この比例性の実験的検証を図１１にプロットしている。

吸収率の測定によって、異なるＤＰＦ作動条件下で、証明用サンプルに関するデブリ堆積速度を比較することができる。我々は、この方法を、デブリの角度的分布を得るため、並びにデブリシールドの挿入によるデブリ軽減因数を得るための主要な手段として使用した。

デブリシールドコンセプトの有効性を評価するために、単純な単一チャネル試験用装置を設計し製作した。形状と重要な寸法を図２Ａ（１５）に示す。ガラスサンプルを、ピンチから６ｃｍの距離に、ピンチに直接面して、又は直径１ｍｍのチャネルを穿孔した一連の金属筒の後、の何れかの条件で配置した。試験はチャネル長１ｃｍと２ｃｍで行った。試験中、主容器にヘリウムを注入してチャンバ内の総圧力を０．７トルとし、アノードを通してＸｅを注入した。作動条件を同一にしデブリシールド長を変えて同一数のパルスに曝したサンプルについて、吸収技法を使用してデブリ膜厚を比較することにより、デブリ軽減因数（Ｆ）を計算することができる。サンプルを何ら防護無しで置いた場合をＦ＝１と定義すると、Ｆはデブリシールドがどのように効果を発揮するかを示す。１ｃｍ及び２ｃｍ厚の単一チャネル装置の場合における実験結果を図２Ａ（１７）にプロットしている。これらの結果は、ｃｍシールド長当たり低減因数が１００であることを示している。これらの結果を、図２Ａ（１６）に示す、より現実的な多チャネルデブリシールドについて測定した軽減因数と比較することもできる。試作シールドは、ステンレス鋼から電子放電加工（ＥＤＭ）で製作した。データは、この条件下で、１ｃｍ長の多チャネルシールドについて測定した軽減因数は、単純な１ｃｍ単チャネル装置に匹敵することを示している。これにより、我々は、この種のデブリシールドの、実際のソース運転に必要な長さに対する判定に自信を得た。

熱工学
水冷式電極、即ちＤＰＦ放電領域に対する熱管理対策の開発における第１段階を、出願人らの第４世代ＥＵＶ光源について設計し試験した。これら電極は、以前に実現されたよりも相当に高い定常状態繰り返し速度におけるＤＰＦ運転の研究を可能にし、各電極での熱エネルギーの消散を示す熱量測定データを作り出した。

カソードは、４つの別々の送出及び排出ループを、環状溶接物の４分円それぞれにつき１つずつ有している。各４分円内の流れは同じになるように配置されている。カソードは、水で内部的に冷却される面積が最大になるように、そしてプラズマで熱せられた壁を通る伝導経路が最小になるように設計され、良好な機械的特性を備え高い熱伝導率を有する銅合金で製作した。４００ｋＰａでは、カソード内の合計水流は毎分３．８リットルである。水冷式電極を図２Ａ（１８）に図解的に示す。アノードは、溶接されたアッセンブリの本体に形成された２つの同心環状チャネルに水を流すことにより冷却される。これにより、プラズマで最も激しく加熱される部品の領域の非常に近くに水を送り込むことができるようになる。水は、比較的高圧でこの電極を通して送り込まれ、高い水の流量を与え、熱流束が最も高い領域に望ましいな温度勾配を維持する。最近の試験では、水はアノードを通して１００ｋＰａで送り込まれ、流量は毎分１１リットルである。

水冷式電極の試験は、ショートバーストで数百ヘルツまで、そして２００Ｈｚまでの定常状態繰り返し速度に対して実施した。これまでの結果は、まだ測定していないが広く理解されている他のシステムの熱損失を考慮すると、電極冷却システム上での実測電気エネルギー入力と実測熱負荷の間には、合理的な相関が存在することを示している。電極から水中へ出て行く熱エネルギーは、アノードとカソードの間で均等に分割されているわけではない。通常、カソードはアノードよりも多くの熱を取り除く。データは、繰り返し速度が上がるにつれ、カソードが高い割合で熱を取り除くことを示唆している。繰り返し速度が上がるにつれて、アノードの温度がカソードの温度よりも速く上昇し、アノード材料の熱伝導性の対応する低下が大きいことから、これは予想されることである。カソードは、アノードよりも、冷却面積が遙かに広く、熱伝導経路が短く、熱伝導率がずっと高い。各電極で取り除かれる熱の割合を図２Ａ（１９）に示す。

実証されたソースパラメータの概要を図２Ａ（２０）に示す。この１年の間に、出願人らは、新しいＤＰＦソースを５個製作すると共に、既存の第４世代システムに改良を施して、Ｃｙｍｅｒの作動システムの合計数を６個にした。主にガスレシピとガス注入形状を最適化することにより、変換効率に大きな改善を施した。２πｓｒ、２％帯域幅への最高達成変換効率は、〜１０．５Ｊ及び低い繰り返し速度で、〜０．４％であった。我々の証明済みの共振充電器技術を使って、２ｋＨｚでの３００パルスのバーストに対して、安定したＥＵＶ出力が実証された。これまでに行われた実験は、ガス送出システムを引き続き最適化することにより、更なる改善が可能であることを示唆している。エネルギー安定性は引き続き〜１０％（１σ）で、改善が求められる。帯域外放射は、改良されたＣＥソースの場合は＜０．５％である。

ピンチに曝した証明用サンプル上に集められたデブリの特性は、主としてアノード材料（Ｗ）及びアノード絶縁体材料（Ａｌ、Ｏ）の堆積であることを示している。カソード材料の証拠は何ら見られない。単チャネル及び多チャネルデブリシールドの場合のデブリ軽減因数の測定値は、ｃｍシールド長当たり１００ｘの軽減因数を示している。この結果を軽減因数１０８に外挿すると、４−５ｃｍのシールドが必要となることを示唆している。

２００Ｈｚでの継続運転の場合の電極からの熱抽出の測定値は、電力の約６０％がカソードで消散され、４０％がアノードに行くことを示している。これは、繰り返し速度５００Ｈｚ、全入力エネルギー１０Ｊでは、アノード電極から約２０ｋＷを抽出する必要があることを示唆している。０．４％ＣＥを使用するこの条件では、全帯域内放射電力２００Ｗが２％ＢＷとソースにおける２πｓｒという計算になる。ソース放射を減衰させる全ての下流構成要素に対して適当な軽減因数を使用せねばならない。

他の改良点
二重目的コレクタ
ＥＵＶミラーの反射損失が大きいため、ＥＵＶリソグラフィ用の照明システムではミラー個数を最小限にすることが強く望まれる。特別に設計された表面は、ビーム均質化特性の様な付加的特性を有することができる。このような特性の１つは、反射ディフューザを上記型式の斜入射コレクタに加えることである。

ピンチを制御するため磁界とプレイオン化装置を使用
出願人らは、ピンチサイズと位置を制御するのに磁界を使用できることを実証した。或る実施形態では、ピンチ領域の上方に配置された永久磁石がピンチ長を短縮する。磁石は、図２８Ａに示す様に、アノードにも配置することができる。ピンチの閉じ込めを図る場合にも磁界を掛けることができる。出願人らは、更に、図２Ａ（２）に示す様に、プレイオン化装置１３８からのプレイオン化信号を加減することによってピンチの形状と位置を制御できることを実証した。

金属を含む溶液のターゲット
リチウム及び錫のような金属は、１３．５ｎｍ範囲の放射線を生成するのに良好な活性ガスを作る蒸気を提供する。しかしながら、金属蒸気の取り扱いは難しい。ピンチ部位でターゲット材料を提供する技法は、金属含む溶液を作り、ターゲットを液相で注入することである。

金属を含む溶液を放電チャンバに挿入する時は、送出に備えて金属を加熱する必要はない。ターゲットの送出は、いわゆる質量限定法で行われ、即ち、必要以上の質量ではなく正確な量の金属（粒子）を送り出す。これにより、余分な粒子が残らず、望ましくないデブリがソースにより生成されることはない。十分に高い背圧が掛けられる場合は、ターゲット材料はノズルから液体ジェットの形態で送出される。この様にして、放電領域に送出され、放電チャンバ全体がターゲット材料で充満するのを回避することができる。懸濁液又は液体中のコロイド状粒子、又は液体状の粒子を使用するので、ターゲット密度は金属蒸気の場合よりも遙かに高くなる。液体中の金属成分の正しい濃度を選択することにより、最適化された質量限定金属ターゲットを提供することができる。例えば、ヒートパイプ原理に基づいて、チャンバ内に液体を単に注入することの方が、金属蒸気送出システムを形成するよりもずっと簡単でもある。硝酸錫は、１３．５ｎｍから１４ｎｍのＥＵＶ光生成にとっては効率的なターゲットである。

ＥＵＶ出力とプレイオン化における改良は、図２８Ｂ下に示すように、パルス磁界が取り付けられたコイルで印加される際に観測された。コイル電流パルスを図３０に示す。このパルスは、アノードの端で２００から５００Ｇの間の磁界を生成する。プレイオン化における改良は、図２９Ａのアノード波形で示すように見られた。Ｃ２波形における対応する変化を図２９Ｂに示す。パルス磁界を印加した結果、図２９Ａに示すアノード電圧の低下により証明される様に、アノードカソード領域のプレイオン化密度が高くなった。ＥＵＶ出力はパルス磁界と共に増大した。帯域内ＥＵＶ波形を図２９ＣにＢオンとオフについて示す。ＥＵＶ出力が、パルス磁界が印加された状態で入力エネルギーに全面的に依存していることは、図２９Ｃの上の曲線に示されている。下の曲線は、パルスＢ磁界のない場合である。図２Ａ（９）は、ガスポンピング、プレイオン化変更、及び磁気効果を使用したプラズマ力学を含めここで説明した電極形状の改良による効率の改善を示している。

金属ターゲットは、液体、流体、溶液、又は懸濁液で送出することができる。化合物は、所与の（背）圧、及び室温、例えば約１０℃から約５０℃までの温度で液体でなければならない。この技法を、高密度プラズマ集束（ＤＰＦ）、Ｚピンチ、ＨＣＴピンチ（＝中空カソードトリガ式ピンチ）又は毛管放電のような、ＥＵＶ又はＸ線放射を作り出すことのできるピンチ式（＝磁気的自己圧縮）放電に適用する。液体は、例えば図１８の事例であるが、放電装置がＤＰＦの場合は、放電装置の先行ガス注入口を通して送出することができる。図２３に示す別の実施形態では、液体は、高圧で、又は非常に高い圧力（約８０ａｔｍ）のヘリウムガスに押されて、非常に小さい孔（約５０μｍから約１０μｍ）のジェットノズルを通して放電領域に送出することができる。こうして、金属を含む液体が細い液体ジェットに閉じ込められる。ジェットは、放電のピンチ領域を横断する。効率的なピンチ放電の展開を促進するため、追加のガスを挿入してもよい。液体と気化したガスは、真空ポンプを用いて近くの排出口から吸い出すことができる。ノズル内又は内側電極を介してのノズル膨張は、代わりに、一連の液滴を形成すること、又は（より拡散的な）液体スプレイ膨張として実施してもよい。液体は、溶液で希釈した状態で最適濃度の金属を放電領域に送出する簡単な手段を提供する。金属蒸気を供給するために金属を加熱するのが回避できる。

好適な金属は、約１３ｎｍから約１５ｎｍの領域で効率的にＥＵＶを生成する金属である。リチウム、錫、インジウム、カドミウム、銀がそうである。リチウム（Ｌｉ２＋）は１３．５ｎｍに強力な遷移を有する。錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）は、１３ｎｍから１５ｎｍ波長領域内で重なる幾つかのイオン種による強力な４ｄ−４ｆ遷移配列を有する。（１３ｎｍから１５ｎｍの範囲を離れると、ＥＵＶリソグラフィ用の多層ミラーのピーク反射率は低下するが、同時にそれらの帯域幅は広がる。従って、総合的反射強度は依然大きく、約１４ｎｍを超える波長がここでは依然重要である。）好適な溶液は、イソプロパノール、メタノール、エタノールなどのアルコール類、並びに水やグリコールである。好適な化合物は、例えば、水に溶かしたフッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、及びその塩類である。Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｄ及びＡｇの場合は、好適な溶液は、同様に塩素溶液、臭素溶液、フッ素化合物である。加えて、金属硫酸塩及び硝酸金属塩が挙げられる。

硝酸錫（Ｓｎ（ＮＯ３）４）は、最も関心のある化合物の１つである。硝酸インジウム（Ｉｎ（ＮＯ３）３）、硝酸カドミウム（Ｃｄ（ＮＯ３）２）、及び硝酸銀（Ａｇ（ＮＯ３））も同様である。溶液中又は懸濁液中のナノ及びマイクロ粒子も使用できる。送出用に液体を全く使用せずに、このようなナノ及びマイクロ粒子を乱流によってヘリウムのガス流に挿入することも考えられる。

電子衝撃による追加的ＥＵＶ光
出願人らは、そのプラズマピンチにより生成された帯域内光を、強力な電子衝突により生じた光で補うことを提案する。

適切な吸収端を有する固体に強力な電子衝突を加えることにより生成される制動放射（＝軟Ｘ線放射）は、ガス状ピンチプラズマで生成されるＥＵＶ放射線に加えて、別のＥＵＶ放射線を生成する。これが概略的着想である。例えば、我々のＤＰＦソースの場合、中央電極に正の極性を持たせて（＝アノード）作動させると、（数ｋｅＶの電子エネルギーを有する）電子ビームが生成され、これが中央電極の前方内側に衝突する。１３．５ｎｍ放射線の場合、Ｓｉ（シリコン）が置くのに適した材料である。シリコンＬ−吸収端は１３．５ｎｍに生じる。従って、強力な電子は１３．５ｎｍの放射線を生成する。これは、ピンチプラズマ内のキセノンイオンにより生成される主に１３．５ｎｍの放射線に対する完全な追加となる。従って、アノードの中央内側部分（一般的には、電子ビームが衝突する場所）がシリコン製である場合は、より多くのＥＵＶ放射線が生成される。１０ｋｅＶの電子の運動エネルギーは、最適効率にほぼ合っている。例えば、シリコンをタングステンアノードの内側に置く。衝突位置にシリコンコーティングが施されていない場合（＝現作動モード）は、吸収端（例えば、タングステン）の整合性は無く、必然的に１３．５ｎｍで発生する追加の放射線はない。ここではシリコンが最も重要であるが、この原理は他の波長では他の材料にも適用できる。（例えば、Ｂｅ Ｋ端で１１．５ｎｍの放射線を生成するにはベリリウムを挿入する。）この技法を示すスケッチを図２４に載せている。

スパッタリングにより生成される金属蒸気
好適な実施形態では、活性ガス（リチウム又は錫の蒸気）とプレイオン化が、単一システム内で提供される。この事例では、金属ターゲットは放電でスパッタされ、金属蒸気を生成し、更に主放電を促進するのに必要なイオン化も作り出す。スパッタ電力供給源は、信号発生器、１００ワット線形ＲＦ増幅器、及び２０００ワットコマンド増幅器であるのが望ましい。固体リチウム又は錫のターゲットは、中央電極の中空部に配置され、スパッタ放電はこのターゲットに向けられるのが望ましい。

例えば、出願人らの第４世代ＥＵＶソースは、図１９の中間焦点に約５ワットの帯域内ＥＵＶエネルギーを生成する。出願人らは、将来的な設計として、既存の技術を使ってこの５ワットを約４５．４ワットまで高めることに期待を持っている。しかしながら、ＥＵＶリソグラフィ媒体の設計者の中には、１００ワットよりも高いパワーレベルに対する要望を表明している者もある。出願人らは、ここに説明した技術を使って、２つのＥＵＶソースを組み合わせて１つのＥＵＶシステムにすることによりこれを達成することを提案する。

波長範囲
本願に論じる各種実施形態は、とりわけ、１２から１４ｎｍの間のスペクトル範囲の紫外線を生成するための光源という点で説明してきた。これは、ミラーサプライヤが、この波長範囲内のＵＶ光用として多層の近標準ミラーの開発に実質的に成功したことを報告しているためである。代表的には、これらのミラーは、１２から１４ｎｍ範囲での最大反射率が約０．６から０．７であり、ミラーは、具体的ミラー設計にもよるが、約０．６ｎｍのＦＷＨＭ帯域幅を有するのが一般的である。従って、通常のミラーは、１２ｎｍから１４ｎｍの間のスペクトル範囲の一部しかカバーできない。

この理由から、ソースのスペクトル出力を、リソグラフィスキャナ機のミラーのようにビームの方向決めに使用されるミラーの反射率のスペクトル範囲に注意深く一致させることが非常に重要である。

本明細書の教示は、現在の極ＵＶへの注意の殆どが焦点を当てている１２ｎｍから１４ｎｍの範囲よりもずっと広いスペクトル範囲に適用できるものと理解されたい。例えば、１１ｎｍ範囲用に良好なミラーを製造することができれば、１４ｎｍ範囲以上約５０ｎｍまでの波長で上記ピンチ装置を使用する場合に好都合であろう。将来的には、投影リソグラフィを約５ｎｍまで下げることが可能となろう。更には、Ｘ線近接リソグラフィに進めば、光源を約０．５ｎｍにまで下げる場合には、ここに説明した技法を使用することができる。

投影リソグラフィでは、活性材料は、投影に使用されるミラーの反射率範囲内に、極ＵＶスペクトル全体を通して利用可能な少なくとも１本の良好な輝線があるように選択する必要がある。良好な線は、近接リソグラフィについては、０．５ｎｍまで下がって適用可能な範囲内でも利用可能である。従って、出願人らは、ここに示したコンセプト及び着想の多く又は殆どは、約０．５ｎｍから約５０ｎｍまでのスペクトル範囲を通して有用であるものと確信する。

上記実施形態は、本発明の原理の適用を代表する多くの考えられる特定の実施形態のうちの数例を説明したに過ぎないと理解頂きたい。例えば、作動ガスを再循環させる代わりに、リチウムを捕捉しヘリウムを排気するだけのほうが望ましい場合もあろう。タングステンと銀以外の他の電極コーティングの組み合わせも使用可能である。例えば、銅又はプラチナ電極とコーティングも利用可能である。プラズマピンチを生成するための他の技法を、上記特定の実施形態の代わりに用いてもよい。それら他の技法の幾つかは、本明細書の背景技術の項で引用した特許に説明されており、それらの説明を全て、本願に参考文献として援用する。高周波高電圧の電気的パルスを生成する多くの方法が利用可能であり、使用できる。或る別の方法は、光管を室温に保ち、リチウムとタングステンの両方を、この光管の長さに亘って下に移動しようとする際に凍結させる。この凍結コンセプトは、原子は衝突すると永久的に光管に取り付くことから、リソグラフィツール内で使用される光学構成要素に到達するデブリの量を更に減らすことになる。リソグラフィツールの光学器上への電極材料の堆積は、主放電チャンバ内の小さなオリフィスを通して放射スポットを再結像し、差動ポンピング装置を使用するようにコレクタ光学器を設計することにより、防ぐことができる。ヘリウム又はアルゴンは、第２チャンバからオリフィスを通し第１チャンバに供給することができる。このスキームは、銅蒸気レーザーの出力ウインドウ上への材料の堆積を防止するのに効果的であることが示されている。水酸化リチウムをリチウムの代わりに使用してもよい。この装置は、作動ガスを電極に通さずに静止充填システムとして運転してもよい。無論、単パルスから毎秒約５パルスまで、更には毎秒数百又は数千パルスまでの非常に範囲の広い繰り返し速度範囲が可能である。必要に応じて、固体リチウムの位置を調整するための調整機構は、中央電極の先端の位置が先端の腐食を考慮して調整可能となるように、変更を加えてもよい。

上記のもの以外にも、他に多くの電極配置が可能である。例えば、外側電極は、円筒形ではなく、ピンチに向かって直径が大きくなる円錐形状にしてもよい。また、幾つかの実施形態の性能は、内側電極が外側電極を越えて突き出るようにすることにより改善することもできる。これは、スパークプラグ又は当技術では周知の他のプレイオン化装置を用いて行うことができる。別の好適な代替形態は、外側電極として、概ね円筒形又は円錐形を成すように配置されたロッドの配列を使用することである。この方式は、結果的に生じる誘導安定化のため、電極軸を中心とした対称ピンチを維持するのに役立つ。

従って、読者には、本発明の範囲を、上記例によってではなく、特許請求の範囲に述べる内容及びその法的等価物によって判断されることを要請する。

Claims (10)

1. ターゲット材料と、
   前記ターゲット材料からＥＵＶ放射を生成するために、共通のレーザー焦点に空間的に重なる複数のレーザービームを生成するシステムと、
   を含むことを特徴とする装置。
2. 前記複数のレーザービームを生成するシステムは、複数のレーザーモジュールを有している、請求項１に記載の装置。
3. 前記複数のレーザーモジュールは、互い違いにトリガーされるものである、請求項２に記載の装置。
4. 前記ターゲット材料は錫を含むものである、請求項１に記載の装置。
5. 前記ターゲット材料は液滴の形態である、請求項１に記載の装置。
6. 前記液滴は、質量限定ターゲットである、請求項１に記載の装置。
7. 前記複数のレーザービームは、別々の集束光学器を用いて共通のレーザー焦点で重ねられるものである、請求項１に記載の装置。
8. 前記複数のレーザービームは、共通の集束光学器を用いて共通のレーザー焦点で重ねられるものである、請求項１に記載の装置。
9. 前記共通のレーザー焦点は、１００μｍより小さい直径を有するものである、請求項１に記載の装置。
10. 前記複数のレーザービームは、パルス持続時間が、１０ナノ秒から３０ナノ秒の間のパルス持続時間を有するパルス化されたレーザービームである、請求項１に記載の装置。

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