JP2006128157A - 極端紫外光源装置用ドライバレーザシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 MOPA(master oscillator power amplifier)方式に従って構成されたレーザシステム3であって、レーザ光を発生し、該レーザ光のパルス幅が所定の値まで短くなるようにレーザ光のパルス幅を制御して、並列して配置された複数のレーザ増幅系304(1)及び304(2)並びに305(1)及び305(2)において該レーザ光を増幅するレーザシステムと、複数のレーザ増幅系からレーザ光が順次出射するようにレーザシステムの動作タイミングを制御するレーザシステム制御装置4とを含む。
【選択図】 図3
Description
レーザ光を供給することにより、レーザエネルギーのX線エネルギーへの変換効率を上げ、平均的なX線出力パワーを大きくすることができるレーザ励起X線源が開示されている。
図1は、本発明の一実施形態に係る極端紫外(extreme ultra violet:EUV)光源装置及び露光機を含む露光システムの全体構成を示している。この露光システムは、EUV光の生成が行われるEUV光発生チャンバ1と、発生したEUV光の光量(強度)をモニタするEUV光モニタ装置2と、EUV光を発生させるためのレーザを出射するレーザシステム3と、レーザシステム制御装置4と、EUV発生チャンバ1にターゲット物質を供給するターゲット射出装置5と、射出されるターゲットをモニタするターゲットモニタ装置6と、ターゲット射出装置5を制御するターゲット制御装置7と、EUV光モニタ装置2の出力結果に基づいて各部を制御するEUV光源制御装置8と、EUV光発生チャンバ1において発生し、伝送光学系10を介して伝送されたEUV光を用いて半導体装置等に対して露光を行うと共に、この露光システム全体のマスターとして機能する露光機9とを含んでいる。
なお、本実施形態においては、ターゲットとして、キセノン(Xe)のドロップレット(液滴)を用いる場合を例として説明する。
集光光学系11は、レーザシステム3から出射したレーザ光を集光する。それにより、レーザ光は、窓12を通過し、ドロップレットターゲット15の軌道に焦点を形成する。
ターゲット回収筒14は、レーザ光が照射されずに、不要となったドロップレットターゲット15を回収する。
EUV光モニタ装置2は、EUV光発生チャンバ1において発生したEUV光のエネルギーをモニタしており、それによって得られたエネルギー情報(EUVエネルギーモニタ値)を、レーザシステム制御装置4及びEUV光源制御装置8に出力する。
レーザシステム3は、レーザシステム制御装置4の制御の下で、所定のパルス幅を有するレーザ光を射出する。また、後述するように、レーザシステム3には、出射したレーザ光のパルス間隔をモニタするパルス間隔モニタと、レーザ光のエネルギーをモニタするレーザエネルギーモニタとが設けられている。これらのモニタから出力されたモニタ値は、レーザシステム制御装置4にフィードバックされ、レーザシステムに供給される動作パラメータを算出する際に用いられる。また、レーザエネルギーモニタから出力されたモニタ値は、EUV光源制御装置8にもフィードバックされ、種々の指令値を算出する際に用いられる。
ターゲットモニタ装置6は、EUV光発生チャンバ1に射出されるドロップレットターゲットの位置間隔、望ましくは、中心位置間隔をモニタしており、そのモニタ結果(ターゲット間隔モニタ値)をレーザシステム制御装置4及びターゲット制御装置7に出力する。
なお、レーザシステム3には、この他に、レーザエネルギーモニタ及びパルス間隔モニタが設けられるが、図3及び図5においては省略されている。
レーザ発振器301は、例えば、7kHz〜10kHz程度で発振可能なRF放電励起方式の炭酸ガス(CO2)レーザである。このレーザシステム300においては、後段に増幅器を設けているので、レーザ発振器301の出力は、例えば、数10μJ程度と低くても構わない。なお、レーザ発振器301としては、所定以上の繰り返し周波数で発振できれば、その他の様々な方式のものを用いることができる。例えば、固体レーザと色素レーザを組み合わせることにより、所望の波長を有するレーザ光を発振させても良い。
レーザ光分岐装置303は、短パルス化されたレーザ光を、A系及びB系の増幅器に交互に分岐する。
レーザ発振器301は、エネルギー0.1mJ、パルス幅10nsのレーザ光を、繰り返し周波数8kHzで発振可能なRF放電励起CO2レーザである。なお、ドロップレットターゲットを用いる場合に、高いEUV変換効率を得るためには、パルス幅10ns程度のレーザ光を発生させることが望ましいが、レーザ発振器301によって短パルス発振が可能な場合には、図4に示す構成のように、短パルス化装置302(図3)を省略しても良い。
また、ステップS106において、短パルス化タイミング制御部412は、制御タイミングパルスに短パルス化動作遅延を付加して、短パルス化装置302に出力する。その際に、レーザ発振器301と短パルス化装置302との間に、無視できないジッタ(遅延時間の揺らぎ)がある場合には、遅延時間がジッタの中央値付近になるようにする。それにより、短パルス化装置302は、レーザ発振器301から出射したレーザ光について、設定されたタイミングで短パルス化を行う。
なお、本実施例においても、図8に示すレーザシステム320’と同様に、パルス間隔モニタ331を増幅器315(1)及び316(1)の前段に設けても良い。
ステップS206において、エネルギー調整部432及び433は、算出された調整量に応じて、増幅器304(2)及び305(2)から出射するレーザ光のエネルギーを調整する。
図12に示すレーザシステム制御装置440は、エネルギー制御部441と、エネルギー調整部442〜444(2)と、短パルス化タイミング制御部445とを含んでいる。エネルギー調整部442、443(1)、443(2)、444(1)、及び、444(2)は、レーザシステム300のレーザ発振器301、増幅器304(1)、304(2)、305(1)、及び、305(2)について、それぞれエネルギー調整を行う。また、短パルス化タイミング制御部445は、短パルス化装置302に対して、短パルス化タイミングを、最適なタイミングからずらすことにより、レーザエネルギーを調整する。このように、レーザシステム340の各構成要素に対して調整を行うことにより、各構成要素の調整可能範囲を考慮しつつ、レーザシステム全体として、広い調整幅を得ることができる。なお、十分な調整範囲を確保できるのであれば、調整対象とする構成要素を減らしても良い。
レーザ発振器や増幅器から出射したレーザ光のエネルギーを調整するエネルギー調整部としては、光学的、電気的、その他の作用によってエネルギーを変化させる方法及びそれを利用した機器や、それらの組み合わせを用いることができる。
図23は、レーザ光分岐装置の第1の実施例を示す模式図である。本実施例においては、レーザ光分岐装置を、ビームスプリッタを用いて構成している。図23の(a)に示すように、レーザ分岐装置30は、レーザ発振器301から出射したレーザ光の内、一部を透過し、残りを反射するビームスプリッタ30aと、ビームスプリッタ30aから導かれたレーザ光を反射するミラー30bとを含んでいる。ビームスプリッタ30aを透過したレーザ光は、増幅器304(1)に入射し、ビームスプリッタ30a及びミラー30bによって反射されたレーザ光は、増幅器305(1)に入射する。また、A系の増幅器304(1)及びB系の増幅器305(1)は、レーザ発振器301のレーザ光出射タイミング(例えば、繰り返し周波数8kHz)と同期して、交互に活性化される。それにより、図23の(b)に示すように、A系の増幅器304(1)及びB系の増幅器305(1)から、増幅されたレーザ光が交互に(例えば、各々4kHz)出射する。このような構成を用いる場合には、レーザ分岐装置の動作タイミングを制御する必要がないという利点がある。
このようなポッケルスセル32aは高速動作させることが可能なので、本実施例を用いる場合には、パルス間隔の制御精度を向上させることができる。
図26は、増幅器の第1の実施例を示す模式図であり、増幅器を、レーザチャンバ40内に配置された電極40aによって挟まれるレーザ放電部40bを側面方向から見た様子を示している。本実施例においては、チャンバウィンドウ40cの外側に複数枚の全反射ミラー40dを配置し、レーザ光(シード光)にレーザ放電部40cを複数回往復させることにより、レーザ光の強度を増幅している。例えば、図26に示すように、7枚の全反射ミラー40dを用いる場合には、4つのパスが形成される。
本実施例によれば、レーザ光がチャンバウィンドウを透過する際に生じるエネルギーロスを低減すると共に、省スペース化を図ることができる。
以上説明した図26〜図29に示す実施例においては、レーザ発振器から出射したレーザ光(シード光)をコリメートして増幅段に入射させても良い。
ターゲット速度:Vt=d/(T2−T1) (m/s)
射出時間間隔:Tt=Tn1−T1 (s)、又は、Tt=Tn2−T2 (s)
射出位置間隔:Lt=Vt×Tt (m)
また、ターゲット物質の横位置は、ターゲット径Dtの計測時における波形のチャンネルによって表される。
図34の(a)に示すように、ターゲットモニタ装置62は、2つのラインセンサ62a及び62bと、波形処理装置62cと、2つのラインセンサ62a及び62bに向けて光をそれぞれ照射する照明装置62d及び62eとを含んでいる。ラインセンサ62a及び62bは、それらの計測軸が角度Θ(0<Θ<180)を為すように配置されている。この角度Θは、90°であることが望ましい。
高速CCDカメラ64aは、照明装置64cから出射した照明光によって照射されたターゲット物質を撮像し、検出信号を出力する。図36の(b)は、出力された検出信号に基づいて生成されたターゲット物質の画像を示している。このような画像に基づいて、画像処理装置64bは、ターゲット射出位置間隔や、ターゲット物質の横位置等を算出する。それらの情報は、レーザシステム制御装置4等に出力され、レーザ光の出射時間間隔等を制御する際に用いられる。
図37の(a)に示すように、ターゲットモニタ装置65は、2つの高速CCDカメラ65a及び65bと、画像処理装置65cと、2つの照明装置65d及び65eとを含んでいる。高速CCDカメラ65a及び65bは、それらの計測軸が角度Θ(0<Θ<180)を為すように配置されている。なお、図37の(a)においては、Θ=90°となっている。
図38に示すターゲット射出装置5は、圧力調整部50と、マスフローコントローラ51と、ベローズ配管52と、真空ステージ53と、液化室54と、冷凍機55と、ヒータ56と、温度センサ57と、加振装置58と、噴射ノズル59とを含んでいる。圧力調整部50は、外部からターゲット射出装置5内に高純度キセノンガスを供給する際に、ガス圧を調整する。
Claims (6)
- レーザ光源から出力されたレーザ光をターゲット物質に照射することにより、前記ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を発生させる極端紫外光源装置において用いられるドライバレーザシステムであって、
MOPA(master oscillator power amplifier)方式に従って構成されたレーザ光出射手段であって、レーザ光を発生し、該レーザ光のパルス幅が所定の値まで短くなるようにレーザ光のパルス幅を制御して、並列して配置された複数のレーザ増幅系において該レーザ光を増幅する前記レーザ光出射手段と、
前記複数のレーザ増幅系からレーザ光が順次出射するように前記レーザ光出射手段の動作タイミングを制御する制御手段と、
を具備する極端紫外光源装置用ドライバレーザシステム。 - レーザ光源から出力されたレーザ光をターゲット物質に照射することにより、前記ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を発生させる極端紫外光源装置において用いられるドライバレーザシステムであって、
MOPA(master oscillator power amplifier)方式に従って構成されたレーザ光出射手段であって、レーザ光を発生し、並列して配置された複数のレーザ増幅系において該レーザ光を増幅する前記レーザ光出射手段と、
前記複数のレーザ増幅系からレーザ光が順次出射するように前記レーザ光出射手段の動作タイミングを制御すると共に、発生した極端紫外光のエネルギーに関する情報に基づいて、前記複数のレーザ増幅系の各々から所定の強度を有するレーザ光が出射するように前記レーザ光出射手段を制御する制御手段と、
を具備する極端紫外光源装置用ドライバレーザシステム。 - レーザ光源から出力されたレーザ光をターゲット物質に照射することにより、前記ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を発生させる極端紫外光源装置において用いられるドライバレーザシステムであって、
MOPA(master oscillator power amplifier)方式に従って構成されたレーザ光出射手段であって、レーザ光を発生し、並列して配置された複数のレーザ増幅系において該レーザ光を増幅する前記レーザ光出射手段と、
前記複数のレーザ増幅系からレーザ光が順次出射するように前記レーザ光出射手段の動作タイミングを制御すると共に、射出されたターゲット物質の位置に関する情報に基づいて、前記レーザ光出射手段から出射したレーザ光が前記ターゲット物質の所定の領域を照射するように、ターゲット物質を射出する手段を制御する制御手段と、
を具備する極端紫外光源装置用ドライバレーザシステム。 - 前記制御手段が、前記ターゲット物質の位置に関する情報と共に、発生した極端紫外光のエネルギーに関する情報に基づいて、前記レーザ光出射手段の動作タイミングを制御する、請求項3記載の極端紫外光源装置用ドライバレーザシステム。
- 前記制御手段が、前記ターゲット物質の射出間隔に関する情報に基づいて、前記複数のレーザ増幅系から出射したレーザ光が前記ターゲット物質の所定の領域を照射するように、前記レーザ光出射手段の動作タイミングを制御する、請求項1〜4のいずれか1項記載の極端紫外光源装置用ドライバレーザシステム。
- 前記制御手段が、前記ターゲット物質の射出間隔に関する情報に基づいて、ターゲット物質を射出する手段を制御する、請求項5記載の極端紫外光源装置用ドライバレーザシステム。
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