JP2012212641A - 極端紫外光生成装置及び極端紫外光生成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するステップ(a)と、ドロップレットにプリパルスレーザ光を照射することによりドロップレットを拡散させて所望の拡散ターゲットを形成させるステップ(b)と、拡散ターゲットの照射位置において、メインパルスレーザ光のレーザ光軸に垂直な断面の形状を、レーザ光軸の方向から見た拡散ターゲットの形状と実質的に一致させて、メインパルスレーザ光を、所望の拡散ターゲットに照射することによりプラズマを生成して極端紫外光を生成するステップ(c)と、を備えてもよい。
【選択図】図2
Description
1.概要
2.用語の説明
3.EUV光生成システムの全体説明
3.1 構成
3.2 動作
4.光強度分布調節光学系を備えたLPP式EUV光生成システム
4.1 構成
4.2 動作
5.トーラス型拡散ターゲット
5.1 プリパルスレーザ光の照射
5.2 メインパルスレーザ光の照射
6.光強度分布調節光学系の実施形態
6.1 円環状レーザ光を生成して集光光学系により集光する方式
6.1.1 アキシコンレンズによる円環状レーザ光の生成
6.1.2 アキシコンミラーによる円環状レーザ光の生成
6.1.3 同心円状の回折格子による円環状レーザ光の生成
6.2 レーザ光を光学軸と対称に屈折または反射させて集光光学系により焦点を形成する方式
6.2.1 アキシコンレンズと集光光学系との組合せ
6.2.2 アキシコンミラーと集光光学系との組合せ
6.2.3 同心円状の回折格子と集光光学系との第1の組合せ
6.2.4 同心円状の回折格子と集光光学系との第2の組合せ
本開示の実施形態においては、まず、チャンバ内にターゲット物質のドロップレットが供給されてもよい。その後、ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射されることにより、ドロップレットを構成するターゲット物質がトーラス型に拡散し、拡散ターゲットが形成され得る。さらに、断面において周辺部よりも中央部における光強度が低いメインパルスレーザ光が、トーラス型の拡散ターゲットに照射され得る。このようにして拡散ターゲットがプラズマ化され、EUV光が放射され得る。本開示の実施形態においては、ターゲット物質にレーザ光が効率的に吸収され、高い変換効率(conversion efficiency:CE)でレーザ光のエネルギーがEUV光のエネルギーへ変換されることが期待できる。
本願において使用する用語を説明する。「チャンバ」は、EUV光の生成が行われる空間を大気から隔絶するためのチャンバである。「ターゲット供給装置」は、EUV光を生成するために用いられるスズ等のターゲット物質をチャンバ内に供給するシステムである。「プリパルスレーザ光」は、ターゲット物質のドロップレットを拡散させて所望の拡散ターゲットを形成させるレーザ光である。「メインパルスレーザ光」は、拡散ターゲットを励起してプラズマ化するレーザ光である。「EUV集光ミラー」は、プラズマから放射されるEUV光を反射してチャンバ外に出力するミラーである。「デブリ」は、チャンバ内に供給されたターゲット物質のうちプラズマ化されなかった中性粒子、及び、プラズマから放出される帯電粒子であり、EUV集光ミラー等の光学素子を汚染又は損傷する原因となる物質である。
3.1 構成
図1に例示的なEUV光生成装置1の概略構成を示す。EUV光生成装置1は、少なくとも1つのレーザ装置3と共に用いることができる(EUV光生成装置1及びレーザ装置3を含むシステムを、以下、EUV光生成システム11と称する)。図1に示し、かつ以下に詳細に説明するように、EUV光生成装置1は、チャンバ2を含むことができる。チャンバ2内は好ましくは真空である。あるいは、チャンバ2の内部にEUV光の透過率が高いガスが存在していてもよい。また、EUV光生成装置1は、ターゲット供給装置(例えばドロップレット生成器26)を更に含むことができる。ターゲット供給装置は、例えばチャンバ2の壁に取り付けられていてもよい。ターゲット供給装置から供給されるターゲットの材料は、スズ、テルビウム、ガドリニウム、リチウム、キセノン、これらの内のいずれか2つ以上の組合せ等を含むことができる。しかし、ターゲットの材料はこれらに限定されない。
図1を参照に、レーザ装置3から出力されたパルスレーザ光31は、レーザ光進行方向制御装置34を経てパルスレーザ光32としてウィンドウ21を透過してチャンバ2内に入射してもよい。パルスレーザ光32は、少なくとも1つのレーザ光経路に沿ってチャンバ2内に進み、レーザ光集光ミラー22で反射されて、パルスレーザ光33として少なくとも1つのドロップレット27に照射されてもよい。
4.1 構成
図2に本開示の実施形態に係るLPP式EUV光生成システムの概略構成を示す。図1を参照しながら説明したレーザ装置3は、図2におけるレーザ光生成装置3aの中に、プリパルスレーザ装置301及びメインパルスレーザ装置302として含まれてもよい。レーザ光生成装置3aは、さらに、レーザ光生成装置コントローラ300、ビームエキスパンダ35、波面調節光学系36、レーザ光調節光学系37、ビームコンバイナ38等を含んでもよい。また、図2に示すLPP式EUV光生成システムは、ドロップレットコントローラ51を含んでもよい。
ドロップレットコントローラ51は、EUV光生成制御部5からドロップレット生成トリガ信号を受信してもよい。ドロップレットコントローラ51は、ドロップレット生成器26に駆動信号を出力して、ドロップレット生成器26からドロップレット27を出力させてもよい。
ビームコンバイナ38は、プリパルスレーザ光とメインパルスレーザ光とを略同軸化してチャンバ2内に導入してもよい。
図3Aは、ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射された様子を示す概念図である。図3B及び図3Cは、ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射されたことによって形成されたトーラス型の拡散ターゲットにメインパルスレーザ光が照射される様子を示す概念図である。図3A及び図3Bは、プリパルスレーザ光及びメインパルスレーザ光の軸方向(Z方向)に直交する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3Cは、メインパルスレーザ光の軸方向(Z方向)から拡散ターゲットを見たものである。
プリパルスレーザ光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3Aに示すように、プリパルスレーザ光をドロップレット27に集光して照射した際、プリパルスレーザ光が照射されたドロップレット27の表面付近においてレーザアブレーションが生じ得る。その結果、レーザアブレーションに伴う反作用圧力によって、プリパルスレーザ光が照射されたドロップレット27の表面からドロップレット27内部に向かって衝撃波が発生し得る。この衝撃波は次第にドロップレット27の全体に伝わり得る。ここで、プリパルスレーザ光の光強度が第1の所定値(例えば1×109W/cm2)以上である場合には、この衝撃波によってドロップレット27が粉々に破壊され拡散し得る。
トーラス型の拡散ターゲットへのメインパルスレーザ光の照射について説明する。トーラス型の拡散ターゲットは、プリパルスレーザ光がドロップレット27に照射された後、例えば0.5μs〜2.0μsのタイミングで形成され得る。従って、プリパルスレーザ光がドロップレット27に照射された後の上記タイミングで、メインパルスレーザ光が拡散ターゲットに照射されることが好ましい。但し、図5に示されたように、ターゲット物質のドロップレット径ごとに、プリパルスレーザ光が照射されてからメインパルスレーザ光が照射されるまでのの遅延時間の最適範囲は異なる可能性がある。
Doutm≧Doutt
Dinm≦Dint
このように構成することにより、トーラス型の拡散ターゲットの大部分にメインパルスレーザ光を照射できるため、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。
光強度分布調節光学系に関する実施形態について説明する。以下、光強度分布調節光学系の例として、円環状レーザ光(レーザ光軸に直交する断面の光強度分布形状が環状であるレーザ光)を生成して集光光学系により集光する場合と、レーザ光を軸対称屈折又は反射して集光光学系により円環状の集光状態を有する場合について説明する。
6.1.1 アキシコンレンズによる円環状レーザ光の生成
図6は、光強度分布調節光学系に関する第1の実施形態を示す概念図である。第1の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系37として、2つのアキシコンレンズ37a及び37bを含んでもよい。
図7は、光強度分布調節光学系に関する第2の実施形態を示す概念図である。第2の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系37として、アキシコンミラー37c及び平面ミラー37dを含んでもよい。
図8Aは、光強度分布調節光学系に関する第3の実施形態を示す概念図である。第3の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系37として、2つの回折格子37e及び37fを含んでもよい。図8Bは、回折格子が形成された面を示す図であり、図8Cは、回折格子の断面を拡大した図である。
mλ=a・sinβ (2)
ここで、mは回折次数であり、λは光の波長である。aは溝の間隔であり、βは出射角度である。
n1・sinθ1=n2・sinθ2 (3)
ここで、n1は回折格子の屈折率であり、n2は回折格子が配置された雰囲気中の屈折率である。θ1は回折格子側の入射角又は出射角であり、各溝の傾斜角度に相当する。θ2は回折格子が配置された雰囲気側の出射角又は入射角である。
β=|θ2−θ1| (4)
上述の式(2)〜(4)を満足するように各溝の傾斜角度θ1を決定することにより、強い出射光を得ることができる。
6.2.1 アキシコンレンズと集光光学系との組合せ
図9は、光強度分布調節光学系に関する第4の実施形態を示す概念図である。第4の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系37として、アキシコンレンズ37gを含み、集光光学系として、集光光学系22gを含んでもよい。
図10は、光強度分布調節光学系に関する第5の実施形態を示す概念図である。第5の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系37として、アキシコンミラー37h及び平面ミラー37iを含み、集光光学系として、軸外放物面ミラー22hを含んでもよい。
D=2F・tan(θ−45°) (5)
ここで、Fは焦点距離であり、θは、第2の反射面372の回転対称軸に対する傾斜角度である。但し、アキシコンミラー37hの第1の反射面371の回転対称軸に対する傾斜角度を45°とする。
図11Aは、光強度分布調節光学系に関する第6の実施形態を示す概念図である。第6の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系37として、回折格子37jを含み、集光光学系として、集光光学系22jを含んでもよい。図11Bは、回折格子が形成された面を示す図であり、図11Cは、回折格子の断面を拡大した図である。
d=λ/{2(n−1)} (6)
ここで、λはメインパルスレーザ光の波長であり、nは回折格子37jの屈折率である。
mλ=a・sinβ (7)
ここで、mは回折次数であり、λは光の波長である。aは溝の間隔であり、βは出射角度である。従って、出射角度βは、次式(8)で表される。
β=sin−1(mλ/a) (8)
D=2F・tan{sin−1(λ/a)} (9)
ここで、Fは集光光学系22jの焦点距離であり、λは光の波長である。aは溝の間隔である。
図12は、光強度分布調節光学系に関する第7の実施形態を示す概念図である。第7の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系37として、回折格子37kを含み、集光光学系として、フレネルレンズ22kを含んでもよい。
Claims (17)
- チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するステップ(a)と、
前記ドロップレットにプリパルスレーザ光を照射することにより前記ドロップレットを拡散させて所望の拡散ターゲットを形成させるステップ(b)と、
前記拡散ターゲットの照射位置において、メインパルスレーザ光のレーザ光軸に垂直な断面の形状を、前記レーザ光軸の方向から見た前記拡散ターゲットの形状と実質的に一致させて、前記メインパルスレーザ光を、前記所望の拡散ターゲットに照射することによりプラズマを生成して極端紫外光を生成するステップ(c)と、
を備える極端紫外光生成方法。 - ステップ(b)は、前記ドロップレットを、前記レーザ光軸に対して軸対称に、かつ、実質的に環状に拡散させることを含む、請求項1に記載の極端紫外光生成方法。
- ステップ(c)は、前記メインパルスレーザ光の前記拡散ターゲットの照射位置における、前記メインパルスレーザ光の中央部の光強度が周辺部の光強度よりも低い空間的な光強度分布を有する前記メインパルスレーザ光を前記拡散ターゲットに照射することを含む、請求項2に記載の極端紫外光生成方法。
- チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するステップ(a)と、
前記ターゲット物質にプリパルスレーザ光を照射するステップ(b)と、
前記ターゲット物質の照射位置において、レーザ光軸の中心から所定距離の位置における光強度よりも低い光強度を有する低強度領域が前記レーザ光軸の中心から前記所定距離の範囲内に存在するメインパルスレーザ光を、前記プリパルスレーザ光が照射された前記ターゲット物質に照射することによりプラズマを生成して極端紫外光を生成するステップ(c)と、
を備える極端紫外光生成方法。 - チャンバと、
前記チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するターゲット供給部と、
前記ターゲット物質に照射されるプリパルスレーザ光と、前記プリパルスレーザ光が照射された前記ターゲット物質に照射されることによりプラズマを生成するメインパルスレーザ光とを、前記チャンバ内に導入する少なくとも1つの光学素子と、
前記メインパルスレーザ光のレーザ光伝播経路に設置され、前記ターゲット物質の照射位置における前記メインパルスレーザ光の空間的な光強度分布を、レーザ光軸の中心から所定距離の位置における光強度よりも低い光強度を有する低強度領域が前記レーザ光軸の中心から前記所定距離の範囲内に存在する光強度分布となるように調節する光強度分布調節光学系と、
を備える極端紫外光生成装置。 - 前記光強度分布調節光学系は、
前記メインパルスレーザ光を、レーザ光軸に垂直な断面の形状が環状であるレーザ光となるように調節する第1の光学系と、
前記第1の光学系から出力したレーザ光を集光する第2の光学系と、
を含む、請求項5に記載の極端紫外光生成装置。 - 前記光強度分布調節光学系は、
前記メインパルスレーザ光を、レーザ光軸に対して軸対称に、一定角度で屈折又は反射させる第3の光学系と、
前記第3の光学系から出力したレーザ光を集光する第4の光学系と、
を含む、請求項5に記載の極端紫外光生成装置。 - 前記第1の光学系は、アキシコンレンズ、アキシコンミラー、同心円状の回折格子のうち少なくとも1つを含む、請求項6に記載の極端紫外光生成装置。
- 前記第3の光学系は、アキシコンレンズ、アキシコンミラー、同心円状の回折格子のうち少なくとも1つを含む、請求項7に記載の極端紫外光生成装置。
- 前記メインパルスレーザ光のレーザ光伝播経路に設置され、前記メインパルスレーザ光の波面の曲率を調節する波面調節光学系と、
前記プリパルスレーザ光と前記波面調節光学系から出力した前記メインパルスレーザ光とを同軸化するビームコンバイナと、
をさらに備える、請求項5に記載の極端紫外光生成装置。 - 前記ドロップレットに前記プリパルスレーザ光が照射されることにより所望の拡散ターゲットが形成されるように前記プリパルスレーザ光の光強度を制御し、前記拡散ターゲットに前記メインパルスレーザ光が照射されることにより前記プラズマが生成されるように前記メインパルスレーザ光の光強度分布及び発生タイミングを制御するレーザ制御部をさらに備える、請求項5に記載の極端紫外光生成装置。
- 前記ドロップレットに前記プリパルスレーザ光が照射されることにより所望の拡散ターゲットが形成されるように前記プリパルスレーザ光のフルーエンスを制御し、前記拡散ターゲットに前記メインパルスレーザ光が照射されることにより前記プラズマが生成されるように前記メインパルスレーザ光の光強度部分布及び発生タイミングを制御するレーザ制御部をさらに備える、請求項5に記載の極端紫外光生成装置。
- 前記光強度分布調節光学系は、
前記メインパルスレーザ光を、レーザ光軸に垂直な断面の形状が環状であるレーザ光となるように調節する第1の光学系と、
前記第1の光学系から出力したレーザ光を集光する第2の光学系と、
を含む、請求項12に記載の極端紫外光生成装置。 - 前記光強度分布調節光学系は、
前記メインパルスレーザ光を、レーザ光軸に対して軸対称に、一定角度で屈折又は反射させる第3の光学系と、
前記第3の光学系から出力したレーザ光を集光する第4の光学系と、
を含む、請求項12に記載の極端紫外光生成装置。 - 前記第1の光学系は、アキシコンレンズ、アキシコンミラー、同心円状の回折格子のうち少なくとも1つを含む、請求項13に記載の極端紫外光生成装置。
- 前記第3の光学系は、アキシコンレンズ、アキシコンミラー、同心円状の回折格子のうち少なくとも1つを含む、請求項14に記載の極端紫外光生成装置。
- 前記メインパルスレーザ光のレーザ光伝播経路に設置され、前記メインパルスレーザ光の波面の曲率を調節する波面調節光学系と、
前記プリパルスレーザ光と前記波面調節光学系から出力した前記メインパルスレーザ光とを同軸化するビームコンバイナと、
をさらに備える、請求項12に記載の極端紫外光生成装置。
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