JP5670619B2

JP5670619B2 - 極端紫外光源装置

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Publication number: JP5670619B2
Application number: JP2009025645A
Authority: JP
Inventors: 隆之薮; 浩染谷; 若林　理; 理若林; 渡辺　幸雄; 幸雄渡辺
Original assignee: Gigaphoton Inc
Current assignee: Gigaphoton Inc
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2029-02-06
Also published as: JP2010182555A

Description

本発明は、半導体ウエハを露光するためなどに用いられる極端紫外光を発生するＬＰＰ(laser produced plasma)型ＥＵＶ（extreme ultra violet：極端紫外）光源装置に関し、特にターゲット物質を極端紫外光発生チャンバ内に噴射するターゲット物質供給部を改良した極端紫外光源装置に関する。

近年、半導体集積回路は回路パターンの微細化が急速に進み、今後数年以内に３０ｎｍノード以下の微細加工が必要とされる。その要求を満たすための露光光源の有力候補として１３．５ｎｍの光を使用したＥＵＶ光源がある。ＥＵＶ光はターゲットと呼ばれる物質をプラズマ化することにより得られる。ターゲットをプラズマ化する方式は、放電によって生成するプラズマを用いたＤＰＰ（discharge produced plasma）と、レーザビームによって生成するプラズマを用いたＬＰＰ（laser produced plasma）の２種類がある。ＬＰＰ方式ではレーザを高密度に集光し、そのエネルギーによりターゲットをプラズマ化する。

図１２は、従来のＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置の一例についてその概要を示す図である。図１２に示すように、このＥＵＶ光源装置は、ドライバーレーザ１０１と、ＥＵＶ光発生チャンバ１０２と、ターゲット物質供給部１０３と、レーザ光集光光学系１０４とを主要な構成要素として構成される。

ドライバーレーザ１０１は、ターゲット物質を励起させるために用いられる駆動用のレーザ光を発生する発振増幅型レーザ装置である。
ＥＵＶ光発生チャンバ１０２は、ＥＵＶ光の生成が行われるチャンバであり、ターゲット物質のプラズマ化を容易にするとともにＥＵＶ光の吸収を防止するため、真空ポンプ１０５によって真空引きされている。また、ＥＵＶ光発生チャンバ１０２には、ドライバーレーザ１０１から発生したレーザ光１２０を導入するためのウインドウ１０６が取り付けられている。さらに、ＥＵＶ光発生チャンバ１０２の内部には、ターゲット噴射ノズル１０３ａと、ターゲット回収筒１０７と、ＥＵＶ光集光ミラー１０８とが配置されている。

ターゲット物質供給部１０３は、ＥＵＶ光を発生するために用いられるターゲット物質を、ターゲット物質供給部１０３の一部であるターゲット噴射ノズル１０３ａを介して、ＥＵＶ光発生チャンバ１０２内に供給する。供給されたターゲット物質の内、レーザ光が照射されずに不要となったものは、ターゲット回収筒１０７によって回収される。

レーザ光集光光学系１０４は、ドライバーレーザ１０１から出射したレーザ光１２０をＥＵＶ光発生チャンバ１０２の方向に反射するミラー１０４ａと、ミラー１０４ａの位置及び角度（アオリ角）を調整するミラー調整機構１０４ｂと、ミラー１０４ａによって反射されたレーザ光１２０を集光する集光素子１０４ｃと、集光素子１０４ｃをレーザ光の光軸に沿って移動させる集光素子調整機構１０４ｄとを含んでいる。レーザ光集光光学系１０４によって集光されたレーザ光１２０は、ウインドウ１０６、及びＥＵＶ光集光ミラー１０８の中央部に形成された孔を通過して、ターゲット物質の軌道上に達する。このように、レーザ光集光光学系１０４は、レーザ光１２０をターゲット物質の軌道上に焦点を形成するように集光する。それにより、ターゲット物質１０９が励起してプラズマ化し、ＥＵＶ光１２１が発生する。

ＥＵＶ光集光ミラー１０８は、例えば、１３．５ｎｍの光を高反射率で反射するＭｏ／Ｓｉ膜がその表面に形成された凹面鏡であり、発生したＥＵＶ光１２１を反射することによりＩＦ（中間集光点）に集光する。ＥＵＶ光集光ミラー１０８によって反射されたＥＵＶ光１２１は、ＥＵＶ光発生チャンバ１０２に設けられたゲートバルブ１１０、及びプラズマから発生した光の内の不要な光（ＥＵＶ光より波長が短い電磁波（光）、ＥＵＶ光より波長が長い光（例えば、紫外線、可視光線、赤外線等））を除去して所望のＥＵＶ光（例えば、波長１３．５ｎｍの光）のみを透過させるフィルタ１１１を通過する。ＩＦ（中間集光点）に集光されたＥＵＶ光１２１は、その後、伝送光学系を介して露光機等へ導かれる。

ターゲットは、ＳｎやＬｉなどの溶融金属が用いられる。そのようなターゲット材料をターゲット生成装置で溶融し、Ａｒなどの不活性ガスにより数十μｍ程度の微細な孔から押し出し、レーザの集光点へ搬送する。微細孔から押し出された溶融金属は、初めは筋状の状態であるが、ある距離から大きさの一定でない塊となる。ところが、筋状の溶融金属柱にある振動を与えると、微細孔から押し出された溶融金属柱は、ある距離から一定の大きさを有する球状の塊(ドロップレットと呼ばれる)に変化する。そこで、微細孔に適当な振動を与えることにより、所望の溶融金属ドロップレットが形成され、集光点においてＣＯ２レーザなどに照射されてプラズマが生成される。生成されたプラズマから放射した光を、１３．５ｎｍの波長の光を選択的に反射する集光ミラーで反射すると、選択された極端紫外（ＥＵＶ）光が露光機側へ伝播する。

ＥＵＶ光は酸素などに吸収されるので、上記の過程は真空チャンバ内で行われる。
なお、レーザに照射された溶融金属は、中性またはイオンの状態でデブリとなり四方へとび散る。このデブリの発生を最小限に抑えるために、レーザに照射される溶融金属の量を所望のＥＵＶ光を得られるだけの量とすることが好ましい。

特許文献１には、ターゲット噴射ノズルの側壁にピエゾ素子の振動を伝えることにより、粒のそろったドロップレットを生成するようにしたターゲット生成装置が開示されている。図１３と図１４は、特許文献１に開示されたターゲット噴射ノズルの断面を示す立面図と平面図である。開示されたターゲット生成装置のターゲット容器２００に溶融金属などのターゲットが充填され、ターゲット容器下端の細孔２０４からターゲットが真空チャンバへと射出される。ターゲット容器２００の側壁２０２の腹部分には、複数のピエゾ素子２０６が断熱材２１０を挟んで対称の位置に当接されており、ピエゾ素子２０６を振動させることにより、その振動がターゲット容器２００の側壁２０２に伝わる。細孔２０４から射出されたターゲットは、ターゲット容器２００の振動により、ある距離垂下した位置からほぼ同じ大きさの球状をしたドロップレットとなる。

ターゲット容器２００の側壁２０２の外側には、モリブデンなどの抵抗体膜が形成され、ターゲットの溶融温度を維持する加熱体２１４となっている。なお、スズをターゲットとするときには、ターゲット温度を３００℃から４００℃の範囲に維持する必要がある。一方、多くのピエゾ素子はキュリー点が１００℃あるいはそれ以下であるため、ピエゾ素子２０６とターゲット容器２００の間に断熱材２１０を介装して、ターゲット容器２００の熱がピエゾ素子２０６の機能を損なわないようにしている。また、ターゲット噴射ノズルを構成する部品を定位置に把持すると共にピエゾ素子２０６の振動を確実に側壁２０２に伝達するために、ピエゾ素子２０６の外側を囲んで与圧を与えながら支持する把持部材２１８を備えている。把持部材２１８には、冷却媒体を内部に循環させる冷却路２２０が設けられていて、ピエゾ素子２０６を冷却する。

特許文献１に開示されたターゲット生成装置は、ピエゾ素子２０６がそれぞれ独立に駆動できるようになっていて、ターゲット容器側壁２０２に異物が付着したときに、対称位置にある任意のピエゾ素子２０６を伸縮が逆になるように駆動することにより、周方向の任意の位置でターゲット容器側壁２０２を激しく動かして、異物の剥離と排出を容易に行わせることができる。

開示された発明によれば、ピエゾ素子２０６とターゲット容器２００の加熱体２１４との間に断熱材２１０を介装し、ピエゾ素子２０６の外側に冷却路２２０を備えた把持部材２１８を密接させるので、キュリー点の低いピエゾ素子を使ってもピエゾ素子の性能を損ねることなく、ターゲット容器２００に強い振動を与えて、内壁に固着物が生じても容易に剥離させて排除することができる。しかし、ターゲット容器２００とピエゾ素子２０６の間に断熱材２１０を介装しているため、ターゲット容器２００に伝わる振動が減衰し振動波形が崩れる。また、減衰を補って十分な振動を伝えるため、ピエゾ素子２０６の振動を大きくする必要が生じて、ピエゾ素子の劣化が促進される。

また、図１５は、出願人が使用してきた従来のドロップレット生成装置の振動部分を示す構成図である。ターゲット噴射ノズルの先端に設けたノズル部３０１は、内部に、図外のターゲット貯留部から供給されるターゲットの流路となる細管３０３が備えられており、細管３０３の先端に微細な孔があいた細孔板３０４を設ける。ノズル部３０１はターゲット材料の融点もしくはそれ以上の温度に加熱されている。また、細孔板３０４を振動させるために、細孔板３０４の近傍にピエゾ素子３０６が配置されている。ピエゾ素子３０６は、キュリー温度以上になると振動が起こらなくなるので、温度を少なくともキュリー点以下、望ましくはキュリー点の１／２以下の温度に保持する必要がある。そこで、断熱材３０５により高温のノズル部３０１からの熱流を遮断し、冷却水管３２０を通して水などで冷却できる冷却材３０８によりピエゾ素子３０６で発生する熱を除去する。

断熱材３０５は、熱伝導率の低い樹脂系かセラミック系の材料で形成される。樹脂系材料を用いて形成した断熱材３０５は、金属と比べて剛性が低いため、断熱材にピエゾ素子３０６の振動が吸収されて、細孔板３０４に伝達される振動の振幅が小さくなる。一方、セラミック系材料を用いて形成した断熱材３０５は、脆性があり取扱いが難しく、また、細孔板３０４に伝わる振動が減衰し波形が歪むことになる。

図１６は、ピエゾ素子３０６近傍で測定した振動と細孔板３０４近傍で測定した振動における変位量を示すグラフである。図に見られるように、ピエゾ素子３０６から細孔板３０４に振動が伝達する過程で、振幅の減衰と振動波形の歪みが生じる。ドロップレット生成にはある程度の振幅が必要であり、したがって伝達による減衰が大きくなるとピエゾ素子の振動を大きくする必要がある。これにより、ピエゾ素子の劣化が速くなる。また、振動波形が歪むことにより、ドロップレットの形状や生成タイミングが不安定になるなどの問題が明らかになった。

米国特許第７，３７８，６７３号明細書

そこで、本発明が解決しようとする課題は、振幅の減衰や波形の歪みを抑制しながら、ピエゾ素子の振動をノズル部に伝達して、ターゲット物質のドロップレットを的確に生成させる極端紫外光源装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る極端紫外光源装置は、レーザ光をターゲット物質に照射することにより、ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を生成する極端紫外光源装置であって、極端紫外光の生成が行われるチャンバと、溶融されて、不活性ガスにより圧力を加えられたターゲット物質を、上記圧力によってチャンバ内に供給する、微細孔が形成されたノズル部を備えたターゲット物質供給部と、ノズル部のうちの、ノズル部から供給されたターゲット物質の軌道上の位置と対向する面に配置され、ノズル部に振動を伝えるピエゾ素子と、レーザ光源から出射されたレーザ光をターゲット物質に照射させる光学系と、を具備し、ターゲット物質供給部が、ピエゾ素子との間に振動伝達部を含み、押し当て部材が、ピエゾ素子に接続された第１の面と、ノズル部又は振動伝達部に接続された第２の面と、を有する。

なお、底面に突起を設けてピエゾ素子を突起した面に直接接触させるようにしてもよい。さらに、ピエゾ素子を挟んで底面と反対の位置に、冷却機構を備えた部材を配置することが好ましい。ピエゾ素子の振動面に剛性部材を接合し、剛性部材を底面に接合することにより振動を伝えるようにしてもよい。また、この剛性部材は、ピエゾ素子との接触面積の方が底面との接触面積より大きいことが好ましい。さらに、剛性部材に冷却機構を備えるようにしても良い。また、ピエゾ素子は、ＰＺＴ、ＡｌＮ薄膜、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、リン酸ガリウム、ランガサイト、および、酸化亜鉛のいずれか１つを含むものであることが好ましい。

本発明の１つの観点によれば、ピエゾ素子に対向する底面にピエゾ素子の振動を直接的に伝達するので、振動の振幅が減衰したり波形の歪みが生じたりすることを抑制することができる。したがって、ドロップレットが規則的に生成し、プラズマが一定の位置で生成され、ＩＦにおけるＥＵＶ強度の安定性が向上する。

本発明の第１実施形態に係る極端紫外光源装置（ＥＵＶ光源装置）の概要を示す模式図である。第１実施形態のノズル部末端部分の拡大図である。本発明の第２実施形態に係るＥＵＶ光源装置の概要を示す模式図である。本発明の第３実施形態に係るＥＵＶ光源装置の概要を示す模式図である。本発明の第４実施形態に係るＥＵＶ光源装置の概要を示す模式図である。本発明の第５実施形態に係るＥＵＶ光源装置の概要を示す模式図である。本発明の第６実施形態に係るＥＵＶ光源装置の概要を示す模式図である。本発明の第７実施形態に係るＥＵＶ光源装置の概要を示す模式図である。本発明の第８実施形態に係るＥＵＶ光源装置の概要を示す模式図である。本発明の第９実施形態に係るＥＵＶ光源装置の概要を示す平面模式図である。本発明の第１０実施形態に係るＥＵＶ光源装置の概要を示す平面模式図である。従来のＬＰＰ型のＥＵＶ光源装置の概要を示す図である。特許文献に開示されたターゲット噴射ノズルの立面断面図である。特許文献１に開示されたターゲット噴射ノズルの平面断面図である。従来のドロップレット生成装置の振動部分を示す構成図である。ピエゾ素子近傍で測定した振動と細孔板近傍で測定した振動における変位量を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の１実施形態に係る極端紫外光源装置（以下において、「ＥＵＶ光源装置」とも言う）のＥＵＶ光発生チャンバ部分について概要を示す構成図、図２はノズル部末端部分の拡大図である。
このＥＵＶ光源装置は、ドライバーレーザと、レーザ光集光光学系と、ＥＵＶ光発生チャンバと、ターゲット物質供給部と、ＥＵＶ光集光光学系とを主要な構成要素として構成される。

ドライバーレーザ１３は、ターゲット物質を励起させるために用いられる駆動用のレーザ光を発生する発振増幅型レーザ装置である。ＥＵＶ光発生チャンバ１１は、ＥＵＶ光の生成が行われるチャンバである。また、ＥＵＶ光発生チャンバ１１には、ドライバーレーザ１３から発生したレーザ光を導入するためのウインドウ１５が取り付けられている。また、ＥＵＶ光発生チャンバ１１の内部には、レーザ光集光光学系と、ターゲット噴射ノズルと、ＥＵＶ光集光ミラー１９とが配置されている。

レーザ光集光光学系は、ドライバーレーザ１３から出射したレーザ光をＥＵＶ光発生チャンバ１１の方向に反射する集光ミラー１７を含んでいる。レーザ光集光光学系によって集光されたレーザ光は、ＥＵＶ光集光ミラー１９の中央部に形成された孔を通過して、ターゲット物質の軌道上に焦点を形成するように集光する。それにより、ノズル部２１から供給されるターゲット物質のドロップレット２９が励起してプラズマ化し、ＥＵＶ光が発生する。

ターゲット物質供給部は、ＥＵＶ光を発生するために用いられるターゲット物質を、ターゲット噴射ノズルを介して、ＥＵＶ光発生チャンバ１１内に供給する。ターゲット噴射ノズルの先端に設けたノズル部２１には、内部にターゲットとなる溶融金属の流路となる細管２８が形成され、細管２８の先端に微細孔２４をあけた細孔板２３が設けられている。ターゲット材を溶融状態に維持するため、ノズル部２１の本体はターゲット材の融点近くもしくはそれ以上の温度に加熱される。

また、細管２８もしくは細孔板２３を振動させるために、細孔板２３の近傍のピエゾ素子２５に対向する底面２２に振動面を直接に接触してピエゾ素子２５が配置されている。ピエゾ素子２５の振動をノズル部２１に確実に伝達させるため、押し当て部材２７がピエゾ素子２５を囲って底面２２に固定され、ピエゾ素子２５に押し付け圧力を与えている。ピエゾ素子２５は、キュリー温度以上になると圧電効果が起こらなくなるので、キュリー点がターゲットの溶融温度より高いピエゾ素子、望ましくは溶融温度の２倍以上のキュリー点を持つピエゾ素子を使うことが好ましい。

ターゲットには、ＳｎやＬｉなどの溶融金属が用いられる。そのようなターゲット材料をターゲット生成装置で溶融し、Ａｒなどの不活性ガスにより細孔板２３の数十μｍ程度の微細孔２４から押し出し、レーザの集光点へ搬送する。微細孔２４から押し出された溶融金属は、初めは筋状柱体３０を形成するが、ある距離からドロップレット２９となる。ここで、ピエゾ素子２５で高周波振動を発生させると、微細孔２４から押し出された溶融金属柱体３０は、ある距離から一定の大きさを有する球状のドロップレット２９に変化する。

ドロップレット２９は、集光点においてＣＯ２レーザに照射されてプラズマ３１を生成する。生成されたプラズマ３１から放射した光を、１３．５ｎｍの波長の光を選択的に反射するＥＵＶ光集光ミラー１９で反射すると、選択されたＥＵＶ光がＩＦ(中間集光点)３３に集光して、露光機側へ伝播する。
なお、レーザに照射された溶融金属は、中性またはイオンの状態でデブリとなり四方へとび散る。このデブリの発生を最小限に抑えるために、レーザに照射されるドロップレット２９の大きさを調整して、所望のＥＵＶ光を得られるだけのターゲット量とすることが好ましい。

本実施形態のＥＵＶ光源装置は、ピエゾ素子２５を含むノズル部２１が真空状態のＥＵＶチャンバ１１内に設置されている。細孔板２３から射出したターゲット材はレーザの集光点でプラズマ３１となる。プラズマ３１から発生した光は、ＥＵＶ光集光ミラー１９によりＩＦ３３へ送られ、その後、露光機側へと導かれる。図１では、ピエゾ素子２５は高温のノズル部２１のＥＵＶチャンバ１１に面する底面２２に直接設置されていて、振動を吸収する断熱材などを介装していない。したがって、伝達した振動における振幅の減衰や波形のひずみは極力抑えられる。これにより、安定して一定の位置でプラズマ３１が生成されるため、ＩＦ３３でのＥＵＶ強度の安定性が向上する。なお、ノズル部２１本体における振動の減衰やひずみを抑えるために、ノズル部２１本体はステンレス鋼などの剛性の高い金属を用いて構成することが好ましい。

図１では、ノズル部２１本体の温度やピエゾ素子２５の自己発熱を考慮すると、ピエゾ素子２５はかなりの高温となる。そのためキュリー点が高く、高温で正常に動作できるピエゾ素子が必要となる。ピエゾ素子として最も普及しているＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛)は、キュリー点が組成により１５０℃から３５０℃程度の範囲にあるので、キュリー点が低いＰＺＴは、溶融温度２３２℃のスズなど溶融金属を扱う高温のノズル部２１に直接設置して使用することは好ましくない。

本実施形態においては、例えば、１２００℃で使用可能な窒化アルミニウム（ＡｌＮ）薄膜や、キュリー点が５７３℃の水晶、キュリー点が１２１０℃のニオブ酸リチウム、キュリー点が４９０℃のチタン酸鉛、キュリー点が５７０℃のメタニオブ酸鉛、９５０℃まで安定しているリン酸ガリウムや、キュリー点が１４００℃のランガサイトなどで構成されるピエゾ素子が好ましい。なお、キュリー点の高い組成を持ったＰＺＴも使用可能で、さらに、３００℃まで使用可能な酸化亜鉛などを利用することもできる場合がある。
また、ピエゾ素子２５を駆動するための給電部あるいは電極は、温度の関係からはんだ付けにすることはできないので、機械的に接点を設けるか、ろう付けにする必要がある。

なお、ピエゾ素子２５で高周波振動を発生させたときに、微細孔２４から流下する溶融金属柱体３０が、ある距離から規則的な球状のドロップレット２９に変化する現象は、必ずしも大きな振幅の振動を与える必要はなく、一定周期の滑らかな正弦波形を持つ振動を与えることによって、生起されることが分かっている。たとえば、６００〜８００ｐｍの振幅があれば、十分有効なドロップレットが形成できる。本実施形態のＥＵＶ光源装置では、ピエゾ素子２５とノズル部２１の底面２２の間に、振動伝搬中に波形を崩しがちな介装物が存在しないようにしたため、ピエゾ素子２５で発生する振動波形をそのままノズル部２１に伝達するので、所定のサイズのドロップレットを所定の間隔で生成することができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるノズル部の概要を示す構成図である。本実施形態のＥＵＶ光源装置は、第１の実施形態のノズル部２１に対して、高振動伝達部材を付加したことが異なるだけで、その他の構成はほぼ同じである。

圧電素子２５の保持などに使うため、圧電素子２５とノズル部２１の間に構成部品が必要となる場合がある。その際、従来のように断熱材を使用せずに振動が伝達しやすい高振動伝達部材３５を圧電素子２５とノズル部２１の底面２２との間に介装することにより、振動の減衰や波形のひずみを抑えることができ、規則的にドロップレットを発生して、安定したＥＵＶ光を生成することができる。振動を伝達しやすい材質としては剛性の高い金属があげられる。例えば、ステンレス鋼系合金、炭素鋼などの鉄系金属、インコネル、ハステロイなどのＮｉ系合金などである。ただし、ピエゾ素子２５は強制的な冷却をおこなっていないので、第１実施形態で用いたような高温で使用できるピエゾ素子を用いることが望ましい。

（第３実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるノズル部の概要を示す構成図である。本実施形態のＥＵＶ光源装置は、第１の実施形態のノズル部２１に対して、冷却管３９を仕込んだ冷却プレート３７を付加したことが異なるだけで、その他の構成はほぼ同じである。

本実施形態では、ピエゾ素子２５の高温のノズル部２１と反対の側を冷却プレート３７で冷却することにより、ノズル部２１を冷やすことなく、ピエゾ素子２５の作動温度を低下させるので、ピエゾ素子２５としてキュリー点の低いＰＺＴを含めた各種の素子を利用することができるようになる。冷却プレート３７は、熱伝導率が高く、剛性が高い材質からなり、内部に冷却管３９が仕込まれていて、温度調整装置などで温度管理された水などの冷媒が流通するようになっている。さらに冷却の効果を高めるためには、ピエゾ素子２５を囲ってピエゾ素子に圧力を与えている押し当て部材２７の、高温構造物に接触していない全ての面を覆うように冷却プレート３７を設置することにより、冷却プレート３７との接触面積を増加させて効果的に冷却することができる。

冷却プレート３７の温度は、（１）ピエゾ素子２５が動作可能な温度以下、（２）高温構造物であるノズル部２１本体が所望の温度以上、という２つの要求を満たす温度とする。また、温度管理を実施するため、高温構造物のノズル部２１、ピエゾ素子２５、冷却プレート３７は、熱電対や測温抵抗体、ファイバー温度計などで温度を測定する必要がある。代表的なケースとして、ピエゾ素子にＰＺＴ、ターゲット材にスズＳｎを用いた場合は、高温構造物は２６０℃以上、ピエゾ素子は１００℃以下になるように、冷却プレート３７の温度を管理する。また、第１実施形態の記載において列挙した、高温で使用可能なピエゾ素子でもよい。ただし、ピエゾ素子２５に接触している高温構造物部分の温度が２６０℃以下でも、溶融金属がその部分からある程度離れている場合は接触部分の温度の影響が小さいため(溶融金属が固化しないので)より低く設定できる。例えば、前述の２６０℃は２００℃でもよい場合もある。

（第４実施形態）
図５は、本発明の第４の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるノズル部の概要を示す構成図である。本実施形態のＥＵＶ光源装置は、第１の実施形態のノズル部２１に対して、押し当て部材２７に冷却管４３を仕込み、高温構造物が冷却しないように断熱部材４５を設けたことが異なるだけで、その他の構成はほぼ同じである。

本実施形態のノズル部は、ピエゾ素子２５に与圧を与える押し当て部材に冷却管４３を設けて直に冷媒を通す構造に特徴を有する。これにより、ピエゾ素子２５の冷却効率が上がる。なお、冷却付き押し当て部材４１とノズル部２１が近くなったため、ノズル部２１が余分に冷却されるおそれがある。そこで、冷却付き押し当て部材４１とノズル部２１の間に断熱部材４５を入れることで、ノズル部２１などの高温物の温度が高温に保たれるようにする。

（第５実施形態）
図６は、本発明の第５の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるノズル部の概要を示す構成図である。本実施形態のＥＵＶ光源装置は、図４に表した第３の実施形態のノズル部２１に対して、ノズル部２１の底面２２にピエゾ素子２５振動を伝達する突起部４７を設けて、その突起部４７にピエゾ素子２５を当接させたことが異なるだけで、その他の構成はほぼ同じである。

図６に表した通り、本実施形態では、ピエゾ素子２５と接触して振動伝達するノズル部２１の突起部４７が、底面２２に近いほど断面積が減少するように側面形状がくさび形に形成されていて、底面２２に接続する位置で熱流速を制限するようにくびれている。これにより、ピエゾ素子２５の振動をノズル部２１に効率よく伝えると共に、ピエゾ素子２５からの熱の流入・流出を抑えることができる。さらに、冷却管３９を備えた冷却プレート３７をピエゾ素子に与圧を与える押し当て部材２７の後ろに接触するように配置して、ピエゾ素子２５を押し当て部材２７の側から冷却することにより、ピエゾ素子２５の温度管理を容易に行うことができる。

（第６実施形態）
図７は、本発明の第６の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるノズル部の概要を示す構成図である。本実施形態のＥＵＶ光源装置は、図６に表した第５実施形態のノズル部２１に対して、押し当て部材２７とノズル部２１の底面２２の間に断熱部材５１を入れて、ノズル部２１の温度低下および押し当て部材２７の温度上昇を抑制することが異なるだけで、その他の構成はほぼ同じである。断熱部材５１により、金属を溶融する高温なノズル部２１の温度低下を抑制し、かつピエゾ素子２５を加熱しないため冷却が必要な押し当て部材２７の温度上昇を抑制することができる。

（第７実施形態）
図８は、本発明の第７の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるノズル部の概要を示す構成図である。本実施形態のＥＵＶ光源装置は、図３に表した第２実施形態のノズル部２１に対して、圧電素子２５とノズル部２１の底面２２との間に介装した高振動伝達部材３５に冷却管５３を付設したことが異なるだけで、その他の構成はほぼ同じである。

高振動伝達部材３５を低温化することにより、ＰＺＴなどの比較的低温で使用するピエゾ素子を利用することができる。高振動伝達部材３５の温度は、（１）ピエゾ素子２５が動作可能な温度以下、（２）高温構造物であるノズル部２１本体が所望の温度以上、という２つの要求を満たす温度とする。また、温度管理を実施するため、高温構造物のノズル部２１、ピエゾ素子２５、高振動伝達部材３５は、熱電対や測温抵抗体、ファイバー温度計などで温度を測定する必要がある。

（第８実施形態）
図９は、本発明の第８の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるノズル部の概要を示す構成図である。本実施形態のＥＵＶ光源装置は、図８に表した第７実施形態のノズル部２１に対して、冷却管３９を仕込んだ冷却プレート３７を付加したことが異なるだけで、その他の構成要素はほぼ同じである。第７実施形態に加えて、押し当て部材２７の側からも冷却することでよりピエゾ素子２５を効率よく冷却することができる。この場合、高振動伝達部材３５と冷却プレート３７の温度は同じでもよいが、冷却プレート温度＜高振動伝達部材温度、というような温度差をつけることにより、ノズル部２１に影響を与えずピエゾ素子２５を冷却することができる。

（第９実施形態）
図１０は、本発明の第９の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるノズル部の概要を示す構成図である。本実施形態のＥＵＶ光源装置は、図６に表した第５実施形態のノズル部２１に対して、ノズル部２１の底面２２に一体に形成された突起部４７と同等の高振動伝達部材５５を、ピエゾ素子２５の振動面に接合して、底面２２とピエゾ素子２５振動面との間に介装したことが異なるだけで、その他の構成はほぼ同じである。

ピエゾ素子２５のノズル部と反対の側は押し当て部材２７を介して冷却プレート３７に冷却されている。また、高振動伝達部材５５とノズル部２１の接地面積を小さくすると、高振動伝達部材５５を通過する熱流束を低くすることができる。例えば、高振動伝達部材５５（熱伝導度２０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］）が断熱材（熱伝導度０．１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］）と同じ熱流束をもたらすようにするならば、設置面積を２００分の１にすればよい。接地面の形状が円形であるなら、半径を１４分の１程度にすればよい。冷却プレート３７の構成や設定温度に関しては、第３実施形態と同じである。

（第１０実施形態）
図１１は、本発明の第１０の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるノズル部の概要を示す構成図である。本実施形態のＥＵＶ光源装置は、図１０に表した第９実施形態のノズル部２１に対して、底面２２とピエゾ素子２５の間に介装した高振動伝達部材５５に冷却管５７を組み込んだことが異なるだけで、その他の構成はほぼ同じである。

ピエゾ素子２５は、ノズル部２１の側も高振動伝達部材５５により冷却される。高振動伝達部材５５の温度は、第７の実施形態におけると同様、（１）ピエゾ素子２５が動作可能な温度以下、（２）高温構造物であるノズル部２１本体が所望の温度以上、という２つの要求を満たす温度とする。本実施形態のＥＵＶ光源装置は、高振動伝達部材５５とノズル部２１の熱伝導が悪いために、高振動伝達部材５５の冷却温度を下げてもノズル部２１への影響は小さいので、ピエゾ素子２５の温度をさらに下げることができる。

本発明は、半導体ウエハ等を露光する極端紫外光を発生するＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置に適用することにより、振幅の減衰や波形の歪みを十分に抑制しながら、ピエゾ素子の振動を細孔板に伝達して、規則的なドロップレットを生成させて、効率の良い極端紫外光発光をすることができる。

１１…ＥＵＶ光発生チャンバ、１３…ドライバーレーザ、１５…ウインドウ、１７…集光ミラー、１９…ＥＵＶ光集光ミラー、２１…ノズル部、２２…底面、２３…細孔板、２４…微細孔、２５…ピエゾ素子、２７…押し当て部材、２８…細管、２９…ドロップレット、３０…筋状柱体、３１…プラズマ、３３…ＩＦ(中間集光点)、３５…高振動伝達部材、３７…冷却プレート、３９…冷却管、４３…冷却管、４５…断熱部材、４７…突起部、５１…断熱部材、５３…冷却管、５５…高振動伝達部材、５７…冷却管、１０１…ドライバーレーザ、１０２…ＥＵＶ光発生チャンバ、１０３…ターゲット物質供給部、１０３ａ…ターゲット噴射ノズル、１０４…レーザ光集光光学系、１０４ａ…ミラー、１０４ｂ…ミラー調整機構、１０４ｃ…集光素子、１０４ｄ…集光素子調整機構、１０５…真空ポンプ、１０６…ウインドウ、１０７…ターゲット回収筒、１０８…ＥＵＶ光集光ミラー、１０９…ターゲット物質、１１０…ゲートバルブ、１１１…フィルタ、１２０…レーザ光、１２１…ＥＵＶ光、２００…ターゲット容器、２０２…側壁、２０４…細孔、２０６…ピエゾ素子、２１０…断熱材、２１４…加熱体、２１８…把持部材、３０１…ノズル部、３０３…溶融金属流路、３０４…細孔板、３０５…断熱材、３０８…冷却材。

Claims

レーザ光をターゲット物質に照射することにより、ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を生成する極端紫外光源装置であって、
極端紫外光の生成が行われるチャンバと、
溶融されて、不活性ガスにより圧力を加えられたターゲット物質を、前記圧力によって前記チャンバ内に供給する、微細孔が形成されたノズル部を備えたターゲット物質供給部と、
前記ノズル部に配置され、前記ノズル部に振動を伝えるピエゾ素子と、
前記ピエゾ素子を前記ノズル部に押し当てる押し当て部材と、
レーザ光源から出射されたレーザ光をターゲット物質に照射させる光学系と、
を具備し、
前記ターゲット物質供給部が、前記ピエゾ素子との間に振動伝達部を含み、
前記押し当て部材が、前記ピエゾ素子に接続された第１の面と、前記ノズル部又は前記振動伝達部に接続された第２の面と、を有する極端紫外光源装置。
前記振動伝達部は、前記ノズル部と別体に設けられた振動伝達部材を含む、請求項１記載の極端紫外光源装置。
前記振動伝達部材に配置された冷却機構をさらに具備する、請求項２記載の極端紫外光源装置。
前記振動伝達部材は、前記ピエゾ素子に近い第１の端部と、前記ノズル部に近い第２の端部とを有しており、前記第１の端部から前記第２の端部へ向かう方向に垂直な断面の面積が前記第２の端部において小さい、請求項２又は請求項３記載の極端紫外光源装置。
前記振動伝達部材は板状である、請求項２又は請求項３記載の極端紫外光源装置。
前記振動伝達部は、前記ノズル部と一体の突起部を含む、請求項１記載の極端紫外光源装置。
前記突起部は、前記ピエゾ素子に近い端部と、前記ピエゾ素子から遠い基部とを有しており、前記端部から前記基部へ向かう方向に垂直な断面の面積が、前記基部において小さい、請求項６記載の極端紫外光源装置。
前記押し当て部材に配置された冷却機構をさらに具備する、請求項１〜請求項７のいずれか一項記載の極端紫外光源装置。
前記ピエゾ素子は、前記ノズル部のうちの、前記ノズル部から供給されたターゲット物質の軌道上の位置と対向する面に配置された、請求項１記載の極端紫外光源装置。