JP2012134433A - 極端紫外光源装置及び極端紫外光の発生方法 - Google Patents
極端紫外光源装置及び極端紫外光の発生方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】極端紫外光源装置は、レーザビーム生成システムと、前記レーザビーム生成システムから出力される少なくとも1つのレーザビームの光強度および出力タイミングの少なくともいずれか一方を制御するレーザ制御システムと、前記レーザビーム生成システムから出力される前記少なくとも1つのレーザビームを内部に導入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1と、前記チャンバ1に設けられ、前記チャンバ1内の所定の領域にターゲット物質を供給するターゲット供給部2と、を備えてもよい。
【選択図】図1
Description
図1は、本開示の一実施形態に係る極端紫外(EUV)光源装置の概略構成を示す概念図である。本実施形態に係るEUV光源装置は、レーザビームをターゲット物質に照射してターゲット物質を励起することによりEUV光を発生させるレーザ生成プラズマ(LPP)方式を採用している。図1に示すように、このEUV光源装置は、チャンバ1と、ターゲット供給部2と、ドライバレーザ3と、EUV集光ミラー5と、EUV光源コントローラ7とを備えてもよい。
ここで、プリパルスレーザビームの照射によるドロップレットの拡散について説明する。図2は、ドロップレットにプリパルスレーザビームを照射した様子を示す概念図である。図2は、プリパルスレーザビームのビーム軸(Z軸)に垂直な方向からドロップレットを見たものである。
図3A〜図3Cは、溶融金属スズのドロップレットにプリパルスレーザビームを照射した場合のドロップレットの拡散の様子をシミュレーションした結果の第1の例を示す図である。図3Dは、実際に図3Cに示すシミュレーション結果と同一条件下で溶融金属スズのドロップレットにプリパルスレーザビームを照射した場合のドロップレットの様子を撮影した写真である。図3A〜図3Dは、それぞれプリパルスレーザビームのビーム軸に垂直な方向からドロップレットを見たものである。図3A〜図3Cにおいては、さらに、メインパルスレーザビームのスポット径と、ドロップレットDLに照射されたプリパルスレーザビームの光強度とをそれぞれ示している。そして、図3Bには、拡散ターゲットの拡散径Ddとメインパルスレーザビームの照射スポット径Dmを示す。
V1=4πr3/3 ・・・(1)
V2=n3×4π(r/n)3/3 ・・・(2)
S1=4πr2 ・・・(3)
S2=n3×4π(r/n)2=n×4πr2 ・・・(4)
図4A及び図4Bは、溶融金属スズのドロップレットにプリパルスレーザビームを照射した場合のドロップレットの拡散の様子の第2の例を模式的に示す図である。図4Aは、プリパルスレーザビーム及びメインパルスレーザビームのビーム軸に垂直な方向からターゲット物質を見た図である。図4Bは、メインパルスレーザビームのビーム軸方向からターゲット物質を見た図である。図4Bには、トーラス型の拡散ターゲットの外径Doutとメインパルスレーザビームの照射スポット径Dmを示している。
Dm≧Dout
このようにすることにより、トーラス型の拡散ターゲットの全体にメインパルスレーザビームを照射できるため、拡散ターゲットのより多くの部分をプラズマ化することができる。その結果、ターゲット物質のデブリの発生を低減することができる。
図5A〜図5Hは、直径60μmの溶融金属スズのドロップレットDLにプリパルスレーザビームを照射した場合の拡散ターゲットの状態をシミュレーションした結果を示す図である。図5A〜図5Dは、プリパルスレーザビームのビーム軸に垂直な方向(X軸)からドロップレット及び拡散ターゲットの状態を見たものである。図5A〜図5Dは、それぞれドロップレットDLに対するプリパルスレーザビームの照射後の時間Tが0μs、0.4μs、0.8μs、1.4μs経過した時点でのターゲット物質の状態を示している。図5E〜図5Hは、プリパルスレーザビームのビーム軸方向からドロップレット及び拡散ターゲットの状態を見たものである。図5E〜図5Hは、それぞれ図5A〜図5Dに示す場合と同一の時間が経過した時点でのターゲット物質の状態を示している。図5Iは、メインパルスレーザビームが拡散ターゲットに照射される位置での、メインパルスレーザビームの照射スポット径の大きさを示している。なお、プリパルスレーザビームの光強度が1.5×109W/cm2の場合を示す。
図7A〜図7Hは、直径10μmの溶融金属スズのドロップレットにプリパルスレーザビームを照射した場合の拡散ターゲットの状態をシミュレーションした結果を示す図である。図7A〜図7Dは、プリパルスレーザビームのビーム軸に垂直な方向(X軸)からドロップレット及び拡散ターゲットを見た図である。図7A〜図7Dは、それぞれプリパルスレーザビームの照射後の時間Tが0μs、0.1μs、0.25μs、0.5μs経過した時点でのターゲット物質の状態を示している。図7E〜図7Hは、プリパルスレーザビームのビーム軸の方向からドロップレット及び拡散ターゲットを見たものである。図7E〜図7Hは、それぞれ図7A〜図7Dと同一の時間が経過した時点でのターゲット物質の状態を示している。図7Iは、メインパルスレーザビームが拡散ターゲットに照射される位置での、メインパルスレーザビームの照射スポット径の大きさを示している。なお、プリパルスレーザビームの光強度は1.5×109W/cm2の場合を示す。
次に、添付の図面を参照に各実施形態について説明する。図9は、第1の実施形態に係るEUV光源装置の概念図である。第1の実施形態は、YAGパルスレーザ装置3aから出力されるプリパルスレーザビームのビーム軸と、CO2パルスレーザ装置3bから出力されるメインパルスレーザビームのビーム軸とを、ビームコンバイナ15cによって略一致させる構成を有している。すなわち、第1の実施形態においては、プリパルスレーザビームとメインパルスレーザビームとを各々同軸の光路を介してチャンバ1内に供給している。
図10は、第2の実施形態に係るEUV光源装置の概念図である。第2の実施形態は、YAGパルスレーザ装置3aから出力されたプリパルスレーザビームと、CO2パルスレーザ装置3bから出力されたメインパルスレーザビームとを、別々の経路からチャンバ1内に供給する構成を有している。
図11は、第3の実施形態に係るEUV光源装置の概念図である。第3の実施形態は、YAGパルスレーザ装置3aから出力される第1のプリパルスレーザビームと、CO2パルスレーザ装置3bから出力される第2のプリパルスレーザビーム及びメインパルスレーザビームとを、チャンバ1内に供給する構成を有している。
図13は、第4の実施形態に係るEUV光源装置の概念図である。図13は、図9〜図11のXIII−XIII線における断面を示している。第4の実施形態は、上述の第1〜第3の実施形態において、磁石6a及び6bによってチャンバ1内に磁場を生成することにより、チャンバ1内において発生したイオンを回収する構成を有している。
図14は、第5の実施形態に係るEUV光源装置においてプリパルスレーザビームを発生させるチタンサファイヤレーザの構成例を示す概念図である。第5の実施形態におけるチタンサファイヤレーザ50aは、上述の第1〜第4の実施形態においてドロップレットを拡散させるためのプリパルスレーザビームを発生させるドライバレーザとして、チャンバの外側に設けられる。
図15は、第6の実施形態に係るEUV光源装置においてプリパルスレーザビームを発生させるためのファイバレーザの構成例を示す概念図である。第6の実施形態におけるファイバレーザ50bは、上述の第1〜第4の実施形態においてドロップレットを拡散させるためのプリパルスレーザビームを発生させるドライバレーザとして、チャンバの外側に設けられる。
図16A及び図16Bは、上述のEUV光源装置におけるレーザビームの照射条件の例を示す表である。照射パルスエネルギーをE(J)、パルス幅をT(s)、照射スポット径をDm(m)とすると、レーザビームの光強度W(W/m2)は、次の式(5)で表される。
W=E/(T(Dm/2)2π)・・・式(5)
図17は、第7の実施形態に係るEUV光源装置の概念図である。第7の実施形態は、ファイバレーザシステム31から出力されたプリパルスレーザビームの偏光状態を、偏光子(polarizer)20によって変える構成を有している。偏光子20は、プリパルスレーザビームの偏光状態を、直線偏光以外の偏光状態となるように変える素子である。偏光子20は、ドライバレーザとプラズマ生成サイト(PS)との間の光路の所定の位置に設けられる。本明細書において、偏光子には、polarization retarderも含まれる。
図18A及び図19Aは、ドロップレットに直線偏光のプリパルスレーザビームを照射する様子を示す概念図である。図18B及び図19Bは、ドロップレットに直線偏光のプリパルスレーザビームを照射した場合に、ドロップレットが拡散する様子を示すシミュレーション結果を示す。図18A及び図18Bはプリパルスレーザビームの偏光方向に垂直な方向(X方向)から見た図であり、図19A及び図19Bはプリパルスレーザビームのビーム軸方向(Z方向)から見た図である。
図21A〜図21Fは、第7の実施形態において、円偏光のプリパルスレーザビームをドロップレットに照射し、拡散したドロップレットにメインパルスレーザビームを照射する様子を示す概念図である。図21A及び図21Bは、円偏光のプリパルスレーザビームをドロップレットに照射する様子を示している。図21C及び図21Dは、プリパルスレーザビームの照射によって拡散したドロップレットに、メインパルスレーザビームを照射する様子を示している。図21E及び図21Fは、メインパルスレーザビームの照射によって生成されるプラズマの様子を示している。
P=(Imax−Imin)/(Imax+Imin)×100(%)・・・式(6)
0%≦P<30%(好ましい範囲)
0%≦P<20%(より好ましい範囲)
0%≦P<10%(最も好ましい範囲)
なお、この範囲は実際に使用する偏光プリズム42の消光比を考慮して補正してもよい。
図26は、第7の実施形態における偏光子の第1の例を示す斜視図である。図26においては、直線偏光を円偏光に変換するλ/4波長板(quarter wave plate)21が、偏光子として用いられている。
Δt=λ/2(n1−1)・・・式(7)
図30は、第8の実施形態に係るEUV光源装置の概念図である。第8の実施形態は、ファイバレーザシステム31から出力されたプリパルスレーザビームの偏光状態を、偏光子20によって変更し、このプリパルスレーザビームをメインパルスレーザビームとは別の経路からチャンバ1内に供給する構成を有している。ファイバレーザシステム31及び偏光子20の構成は、第7の実施形態において説明したのと同一である。他の点については第2の実施形態と同一である。
図31A〜図31Cは、第9の実施形態に係るEUV光源装置においてプリパルスレーザビームを発生させるレーザ装置の構成例を示す概念図である。第9の実施形態におけるレーザ装置60aは、上述の第1〜第4の実施形態においてドロップレットを拡散させるためのプリパルスレーザビームを発生させるドライバレーザとして、チャンバの外に設けられる。
Claims (27)
- レーザビーム生成システムと、
前記レーザビーム生成システムから出力される少なくとも1つのレーザビームの光強度および出力タイミングの少なくともいずれか一方を制御するレーザ制御システムと、
前記レーザビーム生成システムから出力される前記少なくとも1つのレーザビームを内部に導入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、
前記チャンバに設けられ、前記チャンバ内の所定の領域にターゲット物質を供給するターゲット供給部と、
を備える極端紫外光生成装置。 - 前記ターゲット物質は、ドロップレットの形状で前記所定の領域に供給される、請求項1記載の極端紫外光生成装置。
- 前記レーザビーム生成システムは、第1のレーザ装置を含み、
前記第1のレーザ装置は、前記チャンバ内で前記ターゲット物質に照射される第1のプリパルスレーザビームを出力する、
請求項1記載の極端紫外光生成装置。 - 前記第1のレーザ装置はYAGレーザ装置を含む、請求項3記載の極端紫外光生成装置。
- 前記第1のレーザ装置はファイバレーザ装置含む、請求項3記載の極端紫外光生成装置。
- 前記第1のレーザ装置はチタンサファイアレーザ装置を含む、請求項3記載の極端紫外光生成装置。
- 前記第1のプリパルスレーザビームの光路上には、偏光子が設けられ、
前記偏光子を透過した前記第1のプリパルスレーザビームの偏光状態は、前記第1のプリパルスレーザビームに含まれる互いに垂直な第1および第2の偏光成分の光強度をそれぞれI1およびI2として、式R=|I1−I2|/|I1+I2|×100(%)で定義される値Rの最大値が0%以上30%未満となるような偏光状態に変更される、請求項3記載の極端紫外光生成装置。 - 前記偏光子を透過した第1のプリパルスレーザビームの偏光状態は、円偏光に変更される、請求項7記載の極端紫外光生成装置。
- 前記偏光子を透過した第1のプリパルスレーザビームの偏光状態は、ラジアル偏光に変更される、請求項7記載の極端紫外光生成装置。
- 前記偏光子を透過した第1のプリパルスレーザビームの偏光状態は、前記第1のプリパルスレーザビームのビーム軸に対して軸対称性を有する偏光状態に変更される、請求項7記載の極端紫外光生成装置。
- 前記レーザビーム生成システムは、第2のレーザ装置をさらに含み、
前記第2のレーザ装置は、前記第1のプリパルスビームが照射された前記ターゲット物質に照射される第1のメインパルスレーザビームを出力する、
請求項3記載の極端紫外光生成装置。 - 前記第2のレーザ装置はCO2レーザ装置を含む、請求項11記載の極端紫外光生成装置。
- 前記第1のプリパルスレーザビームの波長は前記第1のメインパルスレーザビームの波長よりも短い、請求項11記載の極端紫外光生成装置。
- 前記レーザ制御システムは、前記第1のメインパルスレーザビームの出力タイミングを、前記第1のプリパルスレーザビームが前記ターゲット物質に照射される時点から0.3〜3μSの範囲内のタイミングに制御する、請求項11記載の極端紫外光生成装置。
- 前記第1のプリパルスレーザビームが照射された前記ターゲット物質の形状は、円盤状および皿状のいずれかである、請求項14記載の極端紫外光生成装置。
- 前記第1のプリパルスレーザビームが照射された前記ターゲット物質の形状は、前記第1のプリパルスレーザビームの進行方向における長さが、前記第1のプリパルスレーザビームの進行方向に垂直な方向における長さよりも短い形状である、請求項15記載の極端紫外光生成装置。
- 前記第1のメインパルスレーザビームは、前記第1のプリパルスレーザビームと略同一方向から前記ターゲット物質を照射する、請求項11記載の極端紫外光生成装置。
- 前記第1のメインパルスレーザビームの、該第1のメインパルスレーザビームが前記ターゲット物質に照射される時点でのビーム断面の面積は、前記ターゲット物質の前記第1のメインパルスレーザビームの進行方向に垂直な面における断面の最大面積以上である、請求項17記載の極端紫外光生成装置。
- 前記ターゲット物質は、ドロップレットの形状で前記所定の領域に供給され、
前記ドロップレットの直径は12μm以上、40μm以下であり、
前記レーザ制御システムは、前記第1のプリパルスレーザビームの光強度を6.4×109W/cm2以上、3.2×1010W/cm2以下に制御し、
前記レーザ制御システムは、前記第1のメインパルスレーザビームの出力タイミングを、前記第1のプリパルスレーザビームが前記ドロップレットに照射される時点から0.5μS〜2μSの範囲内のタイミングに制御する、
請求項11記載の極端紫外光生成装置。 - 前記第1のプリパルスレーザビームが照射された前記ターゲット物質の形状は、前記第1のプリパルスレーザビームのビーム軸に対して略軸対称であり、且つ実質的に環状である、請求項19記載の極端紫外光生成装置。
- 前記レーザビーム生成システムは、第3のレーザ装置をさらに含み、
前記第3のレーザ装置は、前記第1のプリパルスビームが照射された前記ターゲット物質に照射される第2のプリパルスレーザビームおよび前記第2のプリパルスレーザビームが照射された前記ターゲット物質に照射される第2のメインパルスレーザビームを出力する、
請求項3記載の極端紫外光生成装置。 - 前記第3のレーザ装置はCO2レーザ装置を含む、請求項21記載の極端紫外光生成装置。
- 前記第1のプリパルスレーザビームの波長は、前記第2のプリパルスレーザビームの波長よりも短い、請求項21記載の極端紫外光生成装置。
- 前記第2のプリパルスレーザビームおよび前記第2のメインパルスレーザビームは、前記第1のプリパルスレーザビームと略同一方向から前記ターゲット物質を照射する、請求項21記載の極端紫外光生成装置。
- 前記第2のメインパルスレーザビームの、該第2のメインパルスレーザビームが前記ターゲット物質に照射される時点でのビーム断面の面積は、前記ターゲット物質の前記第2のメインパルスレーザビームの進行方向に垂直な面における断面の最大面積以上である、請求項24記載の極端紫外光生成装置。
- レーザビーム生成システム、レーザ制御システム、チャンバおよびターゲット供給部を備える極端紫外光生成装置において、極端紫外光を生成する方法であって、
前記チャンバ内にターゲット物質をドロップレットの形状で供給することと、
前記ドロップレットに前記レーザビーム生成システムから出力されるプリパルスレーザビームを照射することと、
前記ドロップレットに前記プリパルスレーザビームが照射された時点から所定時間経過後、前記プリパルスレーザビームが照射された前記ドロップレットに、前記レーザビーム生成システムから出力されるメインパルスレーザビームを照射することと、
を含む、方法。 - 前記所定時間は0.5μS〜3μSの範囲内である、請求項26記載の方法。
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