JP2012119098A - 光学装置、レーザ装置および極端紫外光生成装置 - Google Patents

光学装置、レーザ装置および極端紫外光生成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】照射可能領域を拡大する。
【解決手段】光学装置は、入射する第１のレーザ光をビーム断面が円環状の第２のレーザ光に変換する第１のビーム整形部と、前記第２のレーザ光を第１の所定の位置に集光して、ベッセルビームを形成させる第１の集光光学素子と、を備えてもよい。
【選択図】図１

Description

本開示は、光学装置、レーザ装置および極端紫外光生成装置に関する。
たとえば半導体プロセスのフォトリソグラフィに使用する光源装置としては、エキシマレーザが存在する。また、近年では、半導体プロセスのさらなる微細化を目的として、極端紫外（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ）光生成装置の研究が進められている。これらの光生成装置は、レーザ加工装置にも使用される場合がある。
ＥＵＶ光生成装置には、ＬＰＰ（Ｌａｓｅｒ−Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式装置やＤＰＰ（Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式装置やＳＲ（Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）方式装置などが存在する。ＬＰＰ方式のＥＵＶ光生成装置には、ターゲット物質に対してメインパルスレーザ光を照射する前にプレパルスレーザ光を照射する、いわゆる多段レーザ光照射タイプが存在する。
米国特許出願公開第２００８／１４９８６２号
概要
本開示の一態様による光学装置は、入射する第１のレーザ光をビーム断面が円環状の第２のレーザ光に変換する第１のビーム整形部と、前記第２のレーザ光を第１の所定の位置に集光して、ベッセルビームを形成させる第１の集光光学素子と、を備えてもよい。
また、本開示の他の形態によるレーザ装置は、上述の光学装置と、少なくとも１つのレーザ生成システムと、を備えてもよい。
また、本開示の他の態様による極端紫外光生成装置は、上述の光学装置と、少なくとも１つのレーザ生成システムを含むレーザ装置と、前記レーザ装置から出力されるレーザ光が入射するための少なくとも１つの入射口が設けられたチャンバと、前記チャンバ内で、前記レーザ光が照射されるターゲット物質を前記チャンバ内に供給するターゲット供給部と、前記レーザ光が前記ターゲット物質に照射されることによって生成される光のうち、所定の波長の光を選択的に反射する、集光ミラーと、を備えてもよい。
図１は、実施の形態１によるＥＵＶ光生成装置の概略構成を示す。 図２は、実施の形態１によるビーム整形部の一例を示す。 図３は、図２に示すビーム整形部の、レーザ光の中心軸を含む面における断面を示す。 図４は、実施の形態１による凹面アキシコンミラーの一例を示す。 図５は、図４の凹面アキシコンミラーで反射されたレーザ光を示す。 図６は、実施の形態２によるＥＵＶ光生成装置の概略構成を示す。 図７は、実施の形態２によるアキシコンレンズの一例を示す。 図８は、実施の形態２においてプラズマ生成サイト付近で形成されるベッセルビームを示す。 図９は、実施の形態３によるＥＵＶ光生成装置の概略構成を示す。 図１０は、実施の形態３による回折格子の一例を示す。 図１１は、実施の形態３においてプラズマ生成サイト付近で形成されるベッセルビームを示す。 図１２は、実施の形態４によるＥＵＶ光生成装置の概略構成を示す。 図１３は、実施の形態５によるＥＵＶ光生成装置の概略構成を示す。 図１４は、実施の形態５によるウィンドウの概略構成を示す。 図１５は、実施の形態５によるウィンドウ、円筒メインパルスレーザ光および円筒プリパルスレーザ光の一例を示す。 図１６は、変形例１によるビーム整形部を示す。 図１７は、図１６に示すビーム整形部の断面を示す。 図１８は、変形例２によるビーム整形部を示す。 図１９は、図１８に示すビーム整形部の断面を示す。 図２０は、変形例３によるビーム整形部を示す。 図２１は、図２０に示すビーム整形部の断面を示す。
実施するための形態
以下、本開示を実施するための形態を図面を参照に詳細に説明する。なお、以下の説明において、各図は本開示の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本開示は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。また、各図では、構成の明瞭化のため、断面におけるハッチングの一部が省略されている。さらに、後述において例示する数値は、本開示の好適な例に過ぎず、従って、本開示は例示された数値に限定されるものではない。
なお、本明細書においては、光軸は光学系において系全体を通過する光束の代表となる仮想的な光線と定義する。具体的には集光レンズ、集光ミラー、アキシコンレンズ及びアキシコンミラー等の光軸は回転対称軸と一致する。
（実施の形態１）
以下、本開示の実施の形態１について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施の形態１によるＥＵＶ光生成装置の概略構成を示す。ＥＵＶ光生成装置１００は、ドライバレーザ１０１と、プリパルスレーザ１０２と、チャンバ４０とを備えることができる。
／ドライバレーザ
ドライバレーザ１０１は、マスタオシレータＭＯと、リレー光学系Ｒ１〜Ｒ３と、プリアンプＰＡと、メインアンプＭＡと、高反射ミラーＭ３とを備えてもよい。
マスタオシレータＭＯは、パルス状のレーザ光をシード光Ｌ１として出力する。このマスタオシレータＭＯには、たとえば量子カスケードレーザや分布帰還型半導体レーザなどの半導体レーザを用いてもよい。ただし、これらに限定されず、固体レーザ、ガスレーザなどの種々のレーザを用いてもよい。
マスタオシレータＭＯから出力されたシード光Ｌ１は、リレー光学系Ｒ１によってそのビーム径が拡大された後、プリアンプＰＡに入射する。プリアンプＰＡは、たとえばＣＯ２ガスを主たる増幅媒体としたガス増幅器でよい。リレー光学系Ｒ１は、シード光Ｌ１がプリアンプＰＡの増幅領域で効率的に増幅されるように、シード光Ｌ１のビーム径を拡大する。プリアンプＰＡは、入射したシード光Ｌ１のうち、増幅媒体に特有の少なくとも１つの増幅波長帯域に含まれる波長のレーザ光を増幅して、メインパルスレーザ光Ｌ２として出力する。
プリアンプＰＡから出力されたレーザ光Ｌ２は、リレー光学系Ｒ２でそのビーム径が拡大されつつ平行光化された後、メインアンプＭＡに入射する。メインアンプＭＡは、プリアンプＰＡと同様、たとえばＣＯ２ガスを主たる増幅媒体としたガス増幅器でよい。リレー光学系Ｒ２は、メインパルスレーザ光Ｌ２がメインアンプＭＡの増幅領域で効率的に増幅されるように、メインパルスレーザ光Ｌ２のビーム径を拡大する。メインアンプＭＡは、プリアンプＰＡと同様、入射したレーザ光Ｌ２のうち、増幅媒体に特有の少なくとも１つの増幅波長帯域に含まれる波長のレーザ光を増幅する。
メインアンプＭＡから出力されたメインパルスレーザ光Ｌ２は、リレー光学系Ｒ３で平行光化された後、高反射ミラーＭ３で反射されて、ドライバレーザ１０１から出力される。なお、リレー光学系Ｒ３および高反射ミラーＭ３は、ドライバレーザ１０１に含まれなくてもよい。
／プリパルスレーザ
一方、プリパルスレーザ１０２は、プリパルスレーザ光源ＰＬと、リレー光学系Ｒ４とを備えてもよい。プリパルスレーザ光源ＰＬは、チャンバ４０内に供給されるターゲット物質（ドロップレットＤ）に照射されるパルス状のレーザ光をプリパルスレーザ光Ｌ３として出力する。このプリパルスレーザ光源ＰＬには固体レーザ、ガスレーザまたはファイバレーザなど、種々のレーザを用いてよい。プリパルスレーザ光源ＰＬから出力されたプリパルスレーザ光Ｌ３は、リレー光学系Ｒ４にてそのビーム径が拡大された後、プリパルスレーザ１０２から出力される。
／チャンバ
ドライバレーザ１０１から出力されたメインパルスレーザ光Ｌ２は、ウィンドウＷ１を介してチャンバ４０内に入射する。プリパルスレーザ１０２から出力されたプリパルスレーザ光Ｌ３は、ウィンドウＷ２を介してチャンバ４０内に入射する。チャンバ４０には、レーザ光の集光光学系として、ビーム整形部２０と、凹面アキシコンミラー３０と、集光レンズ３１と、が配置されてもよい。また、チャンバ４０には、ドロップレットジェネレータ４１と、ドロップレット回収部４３と、電磁石コイル４４と、ＥＵＶ集光ミラー４５と、が配置されてもよい。
／／ウィンドウ
ウィンドウＷ１およびＷ２は、たとえばダイヤモンド基板など、メインパルスレーザ光Ｌ２またはプリパルスレーザ光Ｌ３に対する透過率が高く、且つ熱安定性に優れた透明基板であるのが好ましい。また、ウィンドウＷ１およびＷ２は、表面で反射される光がたとえばリレー光学系Ｒ３およびＲ４などの上流の光学系における光学素子表面でホットスポットを形成しないように、レーザ光の中心軸に対して３〜５°程度傾いて配置されることが好ましい。
／／ビーム整形部
ウィンドウＷ１からチャンバ４０内に入射したメインパルスレーザ光Ｌ２は、ビーム整形部２０によってビーム断面が円環状の円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａに変換される。ここで、図２および図３に、本実施の形態１によるビーム整形部の一例を示す。なお、図３は、図２に示すビーム整形部の、レーザ光の中心軸ＡＸ２を含む面における断面を示す。図２に示すように、ビーム整形部２０は、２つの円錐状のアキシコンレンズ２１および２２を備えてもよい。図３に示すように、２つのアキシコンレンズ２１および２２は、互いにその頂点が向かい合うように配置されるのが好ましい。アキシコンレンズ２１および２２は、それぞれの光軸（回転軸）が実質的に同一直線上に位置するように配置されるのが好ましい。このように構成されるビーム整形部２０に対し、一方のアキシコンレンズ２１の底面にたとえばビーム断面が円形のメインパルスレーザ光Ｌ２が入射すると、他方のアキシコンレンズ２２の底面からは、ビーム断面が円環状の円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａが出射する。この構成において、２つのアキシコンレンズ２１および２２の頂点間の距離を調節することで、円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａのビーム断面の径を調節することができる。なお、メインパルスレーザ光Ｌ２は、アキシコンレンズ２１および２２の底面それぞれに対して実質的に垂直に入射するのが好ましい。そして、この両アキシコンレンズの表面に反射防止膜をコートすることが好ましい。
／／凹面アキシコンミラー
円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａは、たとえば高反射ミラーＭ２２で反射された後、集光光学系における凹面アキシコンミラー３０に入射する。図４に、凹面アキシコンミラーの一例を示す。図５に、図４の凹面アキシコンミラーで反射されたレーザ光を示す。図４に示すように、凹面アキシコンミラー３０は、内部に円錐台状の空洞を備えた円筒状の部材でよい。凹面アキシコンミラー３０の内周は、下底３０ａの径が、上底３０ｂの径よりも大きい。ビーム整形部２０で整形された円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａは、下底３０ａ側から入射する。この円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａが凹面アキシコンミラー３０の内側面で反射されると、円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａは平行光のまま絞り込まれるように集束する。円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａを集束させることにより、図５に示すように円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａが集束する部分に、所謂ベッセルビームＶＬ２が形成される。この際、入射する円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａの中心軸は、凹面アキシコンミラー３０の光軸ＡＸｍと実質的に一致しているのが好ましい。それにより、ベッセルビームＶＬ２は、円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａの中心軸上に形成され得る。ベッセルビームＶＬ２を形成することで、メインパルスレーザ光Ｌ２の実質的な焦点深度を深くすることが可能となり、レーザ光の中心軸方向におけるターゲット物質の変位による照射精度への影響を低減することが可能となる。本実施の形態１では、円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａが集束する領域を、プラズマ生成サイトＰ１またはその付近に設定する。これにより、より確実にメインパルスレーザ光Ｌ２をターゲット物質（たとえばドロップレットＤ、または、ドロップレットＤが変容した膨張ターゲットＤＤ）に照射することが可能となると推測される。
一方、プリパルスレーザ１０２から出力されたプリパルスレーザ光Ｌ３（図１参照）は、たとえば高反射ミラーＭ４で反射された後、ウィンドウＷ２を介してチャンバ４０内に入射する。チャンバ４０内に入射したプリパルスレーザ光Ｌ３は、たとえば高反射ミラーＭ２１で反射される。高反射ミラーＭ２１は、たとえば円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａの光路上で円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａの中空部分に配置されてもよい。具体的には、高反射ミラー２１は、たとえばビーム整形部２０と高反射ミラー２２の間に、円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａを遮らないように配置され得る。プリパルスレーザ光Ｌ３は、高反射ミラーＭ２１で反射された後、円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａと同様に、高反射ミラーＭ２２で反射される。高反射ミラーＭ２２で反射されたプリパルスレーザ光Ｌ３は、集光レンズ３１（図１参照）に入射する。
／／集光レンズ
集光レンズ３１は、たとえば円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａの光路上で円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａの中空部分に配置される。集光レンズ３１の径は、凹面アキシコンミラー３０の内径よりも小さいのが好ましい。集光レンズ３１は、その光軸が凹面アキシコンミラー３０の光軸ＡＸｍと実質的に一致するように配置されるのが好ましい。集光レンズ３１は、入射したプリパルスレーザ光Ｌ３をプラズマ生成サイトＰ１またはその付近に集光する。プリパルスレーザ光Ｌ３は、凹面アキシコンミラー３０の空洞を通過してプラズマ生成サイトＰ１またはその付近に集光される。すなわち、プリパルスレーザ光Ｌ３は、メインパルスレーザ光Ｌ２と同一方向（ＥＵＶ集光ミラー４５側）からプラズマ生成サイトＰ１付近に集光される。なお、メインパルスレーザ光Ｌ２の集光点とプリパルスレーザ光Ｌ３の集光点とは、一致していても、一致していなくてもよい。
／／ドロップレットジェネレータ
再び図１を参照に、プラズマ生成サイトＰ１またはその付近には、プラズマの生成材料となるターゲット物質（たとえばＳｎ）がドロップレットジェネレータ４１から供給される。ドロップレットジェネレータ４１は、たとえばダーゲット物質をドロップレットＤの形態で供給する。具体的には、ドロップレットジェネレータ４１は、ターゲット物質であるＳｎを融解した状態で貯留し、これをノズル４１ａを介してドロップレットＤの状態でプラズマ生成サイトＰ１へ向けて出力する。
“膨張ターゲット（プリプラズマと飛散ターゲット）”
プラズマ生成サイトＰ１に到着したドロップレットＤには、プリパルスレーザ光Ｌ３が照射される。このプリパルスレーザ光Ｌ３の照射によって、ドロップレットＤが膨張ターゲットＤＤに変容する。なお、本説明において、膨張ターゲットＤＤとは、プリプラズマと飛散ターゲットの少なくとも一方を含む状態のターゲットとする。プリプラズマとは、たとえばプラズマ状態またはプラズマと気体状態の原子との混合状態である。また、飛散ターゲットとは、レーザ光の照射によりターゲット物質が分裂して変容したクラスタ、マイクロドロップレット等の微粒子、または、それらが混在する微粒子群であり得る。
また、膨張ターゲットＤＤには、メインパルスレーザ光Ｌ２（ベッセルビームＶＬ２）が照射される。これにより、膨張ターゲットＤＤからプラズマが生成される。このプラズマからは、所定の波長（たとえば１３．５ｎｍ）のＥＵＶ光Ｌ４を含む光が放出される。この放出された光の一部は、ＥＵＶ集光ミラー４５に入射する。
／／ＥＵＶ集光ミラー
ＥＵＶ集光ミラー４５は、入射した光のうち、所定の波長のＥＵＶ光Ｌ４を選択的に反射する。また、ＥＵＶ集光ミラー４５は、選択的に反射したＥＵＶ光Ｌ４を所定の位置（たとえば中間集光点ＩＦ）に集光させる。 なお、ＥＵＶ集光ミラー４５には、反射面中央部に軸方向に設けられた貫通孔４５ａが形成されていてもよい。プリパルスレーザ光Ｌ３およびメインパルスレーザ光Ｌ２は、たとえば貫通孔４５ａを介してプラズマ生成サイトＰ１またはその付近に集光される。これにより、プリパルスレーザ光Ｌ３およびメインパルスレーザ光Ｌ２を、ＥＵＶ集光ミラー４５の背面側からプラズマ生成サイトＰ１またはその付近に集光させることが可能となる。
／／露光装置接続部と露光装置
中間集光点ＩＦは、たとえばチャンバ４０と露光装置６０とを接続する露光装置接続部５０内に設定されてもよい。また、露光装置接続部５０には、ピンホールをもつ隔壁５１が設けられてもよい。中間集光点ＩＦに集光されたＥＵＶ光Ｌ４は、隔壁５１のピンホールを通過した後、不図示の光学系を介して露光装置６０へ導入される。
／／ドロップレット回収部
また、プラズマ生成サイトＰ１付近に到着したドロップレットＤのうち、プリパルスレーザ光Ｌ３やメインパルスレーザ光Ｌ２が照射されなかったドロップレットＤや、プラズマの生成に寄与しなかった残りのターゲット物質は、たとえばドロップレット回収部４３に回収されるとよい。
／／磁場ミチゲーション（電磁石コイル）
また、プラズマ生成サイトＰ１付近には、プラズマ生成の際に発生したデブリをトラップするための局所磁場が生成されてもよい。この局所磁場は、たとえば電磁石コイル４４を用いて生成することができる。なお、局所磁場の方向は、ドロップレットＤの進行方向と異なる方向であってもよい。また、局所磁場方向におけるプラズマ生成サイトＰ１を挟む２つの位置には、それぞれデブリ回収部（不図示）を設けることができる。局所磁場にトラップされたデブリは、磁力線にラーマー（サイクロトロン）運動しつつ局所磁場方向に移動することで、デブリ回収部に回収される。
本実施の形態１によれば、プラズマ生成サイトＰ１またはその付近にメインパルスレーザ光Ｌ２のベッセルビームＶＬ２を形成するため、メインパルスレーザ光Ｌ２の焦点深度を深くすることが可能となる。それにより、レーザ光の中心軸方向におけるターゲット物質の変位による照射精度への影響を低減し、より確実にメインパルスレーザ光Ｌ２をターゲット物質（たとえばドロップレットＤ、もしくは、ドロップレットＤが変容した膨張ターゲットＤＤ）に照射することが可能となると推測される。さらに、焦点深度を深くすることで、集光光学系を移動させてメインパルスレーザ光Ｌ２の焦点を調整する必要性が低減され得る。
また、本実施の形態１のように、メインパルスレーザ光Ｌ２をビーム断面が円環状の円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａに変換することで、ダイクロイックミラーなどの合波光学素子を用いずに、プリパルスレーザ光Ｌ３とメインパルスレーザ光Ｌ２とを実質的に同一方向からターゲット物質に照射することが可能となる。これにより、合波光学素子などによるエネルギーロスを低減できる。プリパルスレーザ光Ｌ３とメインパルスレーザ光Ｌ２とを実質的に同一方向からターゲット物質に照射することで、ターゲット物質を効率的にプラズマ化することが可能となる。この結果、ＥＵＶ光Ｌ４へのエネルギー変換効率（Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＣＥ）が改善し、高出力のＥＵＶ光Ｌ４を得ることができる場合がある。
（実施の形態２）
つぎに、本開示の実施の形態２について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
図６は、実施の形態２によるＥＵＶ光生成装置の概略構成を示す。図１と図６とを比較すると明らかなように、ＥＵＶ光生成装置２００（図６）は、ＥＵＶ光生成装置１００（図１）と同様の構成を備える。ただし、ＥＵＶ光生成装置２００は、プラズマ生成サイトＰ１付近でプリパルスレーザ光Ｌ３のベッセルビームＶＬ３を形成する。そこで、ＥＵＶ光生成装置２００は、プリパルスレーザ光Ｌ３を円筒状の円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａに変換するビーム整形部２２０を備えるとともに、ＥＵＶ光生成装置１００における集光レンズ３１が円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａをプラズマ生成サイトＰ１付近に平行光のまま集束させるアキシコンレンズ２３１に置き換えられる。
／／プリパルスレーザ光用ビーム整形部
ビーム整形部２２０は、たとえば図２および図３に示すビーム整形部２０と同様である。このビーム整形部２２０によって変換された円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａは、高反射ミラーＭ２１およびＭ２２で反射された後、アキシコンレンズ２３１に入射する。
／／アキシコンレンズ
図７に、アキシコンレンズの一例を示す。円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａは、アキシコンレンズ２３１の底面に入射する。円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａは、円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａの中心軸とアキシコンレンズ２３１の回転軸とが実質的に一致するようにアキシコンレンズ２３１に入射するのが好ましい。この円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａがアキシコンレンズ２３１の斜面から出射すると、円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａは平行光のまま絞り込まれるように集束する。円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａを集束させることにより、図８に示すように、円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａが集束する部分に所謂ベッセルビームＶＬ３が形成される。ベッセルビームＶＬ３は、円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａの中心軸に形成される。このようにベッセルビームＶＬ３を形成することで、プリパルスレーザ光Ｌ３の実質的な焦点深度を深くすることが可能となる。本実施の形態２では、円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａが集束する領域を、プラズマ生成サイトＰ１付近に設定する。これにより、より確実にプリパルスレーザ光Ｌ３をターゲット物質（たとえばドロップレットＤ）に照射することが可能となる。なお、ベッセルビームＶＬ３が形成される領域とベッセルビームＶＬ２が形成される領域とが少なくとも部分的に重なるよう、集光光学系などを配置してもよい。
この他の構成、動作および効果は、実施の形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
（実施の形態３）
つぎに、本開示の実施の形態３について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、実施の形態１または２と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
図９は、実施の形態３によるＥＵＶ光生成装置の概略構成を示す。図６と図９とを比較すると明らかなように、ＥＵＶ光生成装置３００（図９）は、ＥＵＶ光生成装置２００（図６）と同様の構成を備える。ただし、ＥＵＶ光生成装置３００では、ＥＵＶ光生成装置２００におけるアキシコンミラー２３１が、同心円状の複数のトレンチまたはリッジが形成された回折格子３３１に置き換えられる。
／／回折格子
図１０に、回折格子の一例を示す。図１０に示すように、回折格子３３１は、円盤状の透明基板３３１ａの一方の主平面に、同心円状に形成された複数のトレンチまたはリッジが形成された回折部３３１ｂを含む。透明基板３３１ａは、たとえばダイヤモンド基板などでよい。回折部３３１ｂの径は、円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａの径と一致するのが好ましい。回折格子３３１は、その光軸が凹面アキシコンミラー３０の光軸ＡＸｍと実質的に一致するように配置されるのが好ましい。
円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａは、透明基板３３１ａの他方の主平面に略垂直に入射する。この円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａが回折格子３３１の回折部３３１ｂから出射されると、図１１に示すように、円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａの回折光Ｌ３ｃがプラズマ生成サイトＰ１付近に集光される。この結果、プラズマ生成サイトＰ１またはその付近に、円筒プリパルスレーザ光Ｌ３ａの中心軸上に所謂ベッセルビームＶＬ３が形成される。このようにベッセルビームＶＬ３を形成することで、実施の形態２と同様、プリパルスレーザ光Ｌ３の実質的な焦点深度を深くすることが可能である。この結果、より確実にプリパルスレーザ光Ｌ３をターゲット物質（たとえばドロップレットＤ）に照射することが可能となる。
この他の構成、動作および効果は、実施の形態１または２と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
（実施の形態４）
また、上述の実施の形態では、２段階のレーザ照射を経てターゲット物質をプラズマ化する場合を例に挙げた。ただし、これに限らず、１段階のレーザ照射でターゲット物質をプラズマ化してもよい。図１２は、実施の形態４によるＥＵＶ光生成装置の概略構成を示す。以下の説明において、実施の形態１〜３のいずれかと同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。なお、以下では、簡略化のため、実施の形態１を引用して説明する。ただし、これに限らず、実施の形態２または３に対しても本実施の形態４を適用可能である。
図１と図１２とを比較すると明らかなように、ＥＵＶ光生成装置４００（図１２）は、ＥＵＶ光生成装置１００（図１）におけるプリパルスレーザ１０２と、プリパルスレーザ光Ｌ３をプラズマ生成サイトＰ１またはその付近に集光する集光光学系（高反射ミラーＭ２１および集光レンズ３１）が省略されている。このように、メインパルスレーザ光Ｌ２のみによってターゲット物質（ドロップレットＤ）をプラズマ化する場合でも、プラズマ生成サイトＰ１またはその付近にメインパルスレーザ光Ｌ２のベッセルビームＶＬ２を形成することで、より確実にメインパルスレーザ光Ｌ２をターゲット物質（たとえばドロップレットＤ）に照射することが可能となる。
この他の構成、動作および効果は、実施の形態１〜３のいずれかと同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
（実施の形態５）
つぎに、本開示の実施の形態５について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、実施の形態１〜４のいずれかと同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。なお、以下では、簡略化のため、実施の形態１を引用して説明する。しかし、これに限らず、実施の形態２〜４のいずれに対しても本実施の形態５を適用可能である。
図１３は、実施の形態５によるＥＵＶ光生成装置の概略構成を示す。図１３に示すように、ＥＵＶ光生成装置５００では、メインパルスレーザ光Ｌ２およびプリパルスレーザ光Ｌ３をプラズマ生成サイトＰ１付近に集光する光学系（ビーム整形部２０、高反射ミラーＭ２１およびＭ２２、凹面アキシコンミラー３０ならびに集光レンズ３１）が、チャンバ４０外に配置されている。また、ＥＵＶ光生成装置５００では、ＥＵＶ光生成装置１００におけるウィンドウＷ１が省略されるとともに、ウィンドウＷ２がウィンドウＷ４０に置き換えられている。
／／ウィンドウ
図１４に、ウィンドウの概略構成を示す。図１５に、ウィンドウとメインパルスレーザ光およびプリパルスレーザ光との位置関係の一例を示す。ウィンドウＷ４０は、たとえばダイヤモンド基板などのウィンドウ基板４４０を含む。ウィンドウ基板４４０の２つの主平面における中央付近には、プリパルスレーザ光Ｌ３の透過率を向上させる反射防止コーティングＣ４３が形成されてもよい。また、反射防止コーティングＣ４３の外周部には、メインパルスレーザ光Ｌ２の透過率を向上させる反射防止コーティングＣ４２が形成されてもよい。
このように、メインパルスレーザ光Ｌ２およびプリパルスレーザ光Ｌ３をプラズマ生成サイトＰ１付近に集光する光学系をチャンバ４０外に配置することで、これらがデブリにより汚染されることを防止できる。ただし、ビーム整形部２０、高反射ミラーＭ２１およびＭ２２、凹面アキシコンミラー３０ならびに集光レンズ３１のすべてをチャンバ４０外に配置しなくてもよい。すなわち、これらのうちの少なくとも１つをチャンバ４０外に配置する構成でもよい。
この他の構成、動作および効果は、実施の形態１〜４のいずれかと同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
（ビーム整形部の変形例１）
ここで、上述のビーム整形部の変形例１を示す。図１６は、変形例１によるビーム整形部を示す。図１７は、図１６に示すビーム整形部の断面を示す。図１６および図１７に示すように、ビーム整形部５２０は、アキシコンミラー５２１と、穴あき平面ミラー５２２とを含む。また、アキシコンミラー５２１と穴あき平面ミラー５２２とのそれぞれの反射面には、メインパルスレーザ光Ｌ２に対して高い反射率を有する反射膜コーティング５２１ａおよび５２２ａが形成されていてもよい。このように、ビーム整形部５２０を反射型の光学素子を用いて構成することで、メインパルスレーザ光Ｌ２が入射する光学素子の熱負荷を軽減することができ、波面の歪みを抑制することができる。
（ビーム整形部の変形例２）
また、上述のビーム整形部は、図１８および図１９に示すようにも変形することができる。図１８および図１９に示すように、変形例２によるビーム整形部６２０は、４つのアキシコンミラー６２１〜６２４を含む。それぞれの反射面には、メインパルスレーザ光Ｌ２に対して高い反射率を有する反射膜コーティング６２１ａ〜６２４ａが形成されていてもよい。この構成において、アキシコンミラー６２１および６２２によって、メインパルスレーザ光Ｌ２が、ビーム断面が円環状の円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａに変換される。その後、アキシコンミラー６２３および６２４によって、円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａの径が調節される。すなわち、アキシコンミラー６２３に対するアキシコンミラー６２４の位置を、図１９に示す矢印Ｅの方向に移動させることで、ビーム整形部６２０から出力される円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａのビーム断面の径を調節することができる。なお、変形例２でも、変形例１と同様、ビーム整形部６２０を反射型の光学素子を用いて構成しているため、各光学素子でのエネルギーロスを抑えられる。
（ビーム整形部の変形例３）
また、上述のビーム整形部は、図２０および図２１に示すようにも変形することができる。図２０および図２１に示すように、変形例３によるビーム整形部７２０は、２つのアキシコンミラー７２１および７２２と、穴あき平面ミラー７２３とを含む。それぞれの反射面には、メインパルスレーザ光Ｌ２に対して高い反射率を有する反射膜コーティング７２１ａ〜７２３ａが形成されていてもよい。この構成において、アキシコンミラー７２１によって、メインパルスレーザ光Ｌ２が円錐中空メインパルスレーザ光Ｌ２ｃに変換される。その後、穴あき平面ミラー７２３によって、円錐中空メインパルスレーザ光Ｌ２ｃが円筒メインパルスレーザ光Ｌ２ａに変換される。この変形例３でも、変形例１および２と同様、ビーム整形部７２０を反射型の光学素子を用いて構成しているため、メインパルスレーザ光Ｌ２が入射する光学素子の熱負荷を軽減することができ、波面の歪みを抑制することができる。
上述のビーム整形部の変形例のそれぞれは、メインパルスレーザ光Ｌ２用およびプリパルスレーザ光Ｌ３用のいずれにも適用することができる。
なお、円環状のビームを曲率を有する集光光学系によって、集光する場合は焦点深度の調節は困難である。これに対して、円環状のビームからアキシコンミラーまたはアキシコンレンズによってベッセルビームを形成する場合は円環状のビームの内径と外径との差を調節することによって、焦点深度の調節が可能である。
また、上記実施の形態およびその変形例は本開示を実施するための例にすぎず、本開示はこれらに限定されるものではなく、仕様等に応じて種々変形することは本開示の範囲内であり、更に本開示の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。例えば各実施の形態に対して適宜例示した変形例は、他の実施の形態に対して適用することも可能であることは言うまでもない。
１００、２００、３００、４００、５００ ＥＵＶ光生成装置
２０、２２０、５２０、６２０、７２０ ビーム整形部
２１、２２、２３１ アキシコンレンズ
３０ 凹面アキシコンミラー
３０ａ 下底
３０ｂ 上底
３１ 集光レンズ
４０ チャンバ
４１ ドロップレットジェネレータ
４１ａ ノズル
４３ ドロップレット回収部
４４ 電磁石コイル
４５ ＥＵＶ集光ミラー
４５ａ 貫通孔
５０ 露光装置接続部
５１ 隔壁
６０ 露光装置
１０１ ドライバレーザ
１０２ プリパルスレーザ
３３１ 回折格子
３３１ａ 透明基板
３３１ｂ 回折部
４４０ ダイヤモンド基板
５２１、６２１〜６２４、７２１、７２２ アキシコンミラー
５２１ａ、５２２ａ、６２１ａ〜６２４ａ、７２１ａ〜７２３ａ 反射膜コーティング
５２２、７２３ 穴あき平面ミラー
ＡＸ２、ＡＸ３ 中心軸
ＡＸｍ 光軸
Ｃ４２、Ｃ４３ 反射防止コーティング
Ｄ ドロップレット
ＤＤ 膨張ターゲット
ＩＦ 中間集光点
Ｌ１ シード光
Ｌ２ メインパルスレーザ光
Ｌ２ａ 円筒メインパルスレーザ光
Ｌ２ｃ 円錐中空メインパルスレーザ光
Ｌ３ プリパルスレーザ光
Ｌ３ａ 円筒プリパルスレーザ光
Ｌ３ｃ 回折光
Ｍ３、Ｍ４、Ｍ２１、Ｍ２２ 高反射ミラー
ＭＡ メインアンプ
ＭＯ マスタオシレータ
Ｐ１ プラズマ生成サイト
ＰＡ プリアンプ
ＰＬ プリパルスレーザ光源
Ｒ１〜Ｒ４ リレー光学系
ＶＬ２、ＶＬ３ ベッセルビーム
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４０ ウィンドウ

Claims (22)

  1. 入射する第１のレーザ光をビーム断面が円環状の第２のレーザ光に変換する第１のビーム整形部と、
    前記第２のレーザ光を第１の所定の位置に集光して、ベッセルビームを形成させる第１の集光光学素子と、
    を備える、光学装置。
  2. 前記第１のビーム整形部は、透過型光学素子で構成される、
    請求項１記載の光学装置。
  3. 前記透過型光学素子は、凸面アキシコンレンズである、
    請求項２記載の光学装置。
  4. 前記第１のビーム整形部は、反射型光学素子で構成される、
    請求項１記載の光学装置。
  5. 前記反射型光学素子は、凹面アキシコンミラーおよび凸面アキシコンミラーの少なくともいずれか一方を含む、
    請求項４記載の光学装置。
  6. 前記第１の集光光学素子は、光軸方向に開口が形成された凹面アキシコンミラーである、
    請求項１記載の光学装置。
  7. 入射する第３のレーザ光をビーム断面が円環状の第４のレーザ光に変換する第２のビーム整形部と、
    前記第４のレーザ光を第２の所定の位置に集光して、ベッセルビームを形成させる第２の集光光学素子と、
    をさらに備える、請求項１記載の光学装置。
  8. 前記第２のビーム整形部は、透過型光学素子で構成される、
    請求項７記載の光学装置。
  9. 前記透過型光学素子は、凸面アキシコンレンズである、
    請求項８記載の光学装置。
  10. 前記第２のビーム整形部は、反射型光学素子で構成される、
    請求項７記載の光学装置。
  11. 前記反射型光学素子は、凹面アキシコンミラーおよび凸面アキシコンミラーの少なくともいずれか一方を含む、
    請求項１０記載の光学装置。
  12. 前記第２の集光光学素子は、凸面アキシコンレンズである、
    請求項７記載の光学装置。
  13. 前記第１の集光光学素子は、回折格子である、
    請求項７記載の光学装置。
  14. 前記第１の所定の位置と前記第２の所定の位置とは、実質的に同一の位置である、
    請求項７記載の光学装置。
  15. 前記第１の所定の位置と前記第２の所定の位置とは、異なる位置である、
    請求項７記載の光学装置。
  16. 前記第１および第２のビーム整形部から出力される前記第２および第４のレーザ光の中心軸が互いに一致するように、前記第２および第４のレーザ光の光路上に配置された光学系をさらに備える、
    請求項７記載の光学装置。
  17. 前記第１および第２の集光光学素子は、それらの光軸が実質的に同軸配置される、
    請求項１６記載の光学装置。
  18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光学装置と、
    少なくとも１つのレーザ生成システムと、
    を備える、レーザ装置。
  19. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光学装置と、
    少なくとも１つのレーザ生成システムを含むレーザ装置と、
    前記レーザ装置から出力されるレーザ光が入射するための少なくとも１つの入射口が設けられたチャンバと、
    前記チャンバ内で、前記レーザ光が照射されるターゲット物質を前記チャンバ内に供給するターゲット供給部と、
    前記レーザ光が前記ターゲット物質に照射されることによって生成される光のうち、所定の波長の光を選択的に反射する、集光ミラーと、
    を備える、極端紫外光生成装置。
  20. 前記光学装置は、前記チャンバ内に配置される、
    請求項１９記載の極端紫外光生成装置。
  21. 前記光学装置は、前記チャンバ外に配置される、
    請求項１９記載の極端紫外光生成装置。
  22. 前記少なくとも１つの入射口にウィンドウが設けられ、
    前記ウィンドウは、前記第２および第４レーザ光が透過可能な透明基板を含み、
    前記透明基板のそれぞれの主面に、前記第２および第４のレーザ光の少なくともいずれか一方の反射を防止する反射防止コーティングが形成される、
    請求項２１記載の極端紫外光生成装置。
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