JP2018506164A - レーザシステム内の利得エレメントを隔離するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）極端紫外（ＥＵＶ）光システム内でシードレーザを保護するための方法及び装置が開示される。光路上に位置決めされた隔離ステージは、シードレーザに到達しないようにＬＰＰ ＥＵＶ光システム内の更なるコンポーネントから反射された光をそらす。隔離ステージは遅延線によって分離された２つのＡＯＭを含む。ＡＯＭは、開放している時に光路上に光を誘導し、閉鎖されている時に光路から光を遠ざける。遅延線によってもたらされる遅延は、順方向移動パルスを光路上に誘導し、それ以外の時に反射光をそらすようにＡＯＭの開放及び閉鎖を時間設定できるように決定される。隔離ステージは、増幅された反射光がシードレーザに到達するのを防止し、その他の潜在的に有害な影響を防止するために、利得エレメント間に位置決めすることができる。【選択図】図２
Description
[01] 本出願は、一般に、レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）極端紫外（ＥＵＶ）光源に関し、より具体的には、このような光源内の利得エレメント（ｇａｉｎ ｅｌｅｍｅｎｔ）を通るフィードバックを防止するための方法及びシステムに関する。
[02] 半導体業界は、ますます寸法が小さくなる集積回路を印刷できるリソグラフィ技術を開発し続けている。極端紫外（「ＥＵＶ」）光（時には軟Ｘ線ともいう）は一般に６〜５０ナノメートル（ｎｍ）の波長を有する電磁放射であると定義される。ＥＵＶリソグラフィは現在一般に、５〜７ｎｍの範囲内の波長のＥＵＶ光を含むものと見なされ、シリコンウェーハなどの基板に極めて小さいフィーチャ、例えば１０ｎｍ未満のフィーチャを生成するために使用される。商業的に有用であるために、これらのシステムは信頼性が高く、費用対効果の大きいスループット及び妥当なプロセス許容範囲を提供するものであることが望ましい。
[03] ＥＵＶ光を生成するための方法は、ＥＵＶ範囲内に１つ以上の輝線を含み、例えばキセノン、リチウム、スズ、インジウム、アンチモン、テルル、アルミニウムなどの１つ以上の元素を有する材料をプラズマ状態に変換することを含むが、必ずしもこれに限定されない。しばしばレーザ生成プラズマ（「ＬＰＰ」）と呼ばれるこのような方法の１つでは、所望のライン放出元素を有する材料の小滴、流れ、又はクラスタなどのターゲット材料を照射箇所においてレーザビームで照射することにより、必要なプラズマを生成することができる。ライン放出元素は、純粋形式又は所望の温度で液体である合金などの合金形式である場合もあれば、液体などの他の材料で混合又は分散される場合もある。
[04] いくつかの従来技術のＬＰＰシステムでは、それぞれの小滴からプラズマを形成するために小滴流内の小滴が別個のレーザパルスによって照射される。代替的に、それぞれの小滴が２つ以上の光パルスによって順次照らされる、いくつかの従来技術のシステムが開示されている。場合によっては、それぞれの小滴は、ターゲット材料を加熱、膨張、ガス化、蒸発、及び／又はイオン化するため、及び／又は弱いプラズマを発生するために、いわゆる「前パルス（ｐｒｅ−ｐｕｌｓｅ）」に曝され、続いて強いプラズマを発生し、前パルスの影響を受けた材料のほとんど又はすべてをプラズマに変換し、それによりＥＵＶ光放出を生成するために、いわゆる「主パルス（ｍａｉｎ ｐｕｌｓｅ）」に曝される可能性がある。２つ以上の前パルスを使用することができ、２つ以上の主パルスを使用することができること、並びに前パルスと主パルスの機能がある程度重なる可能性があることは認識されるであろう。
[05] ＬＰＰシステム内のＥＵＶ出力パワーは一般に、ターゲット材料を照射するドライブレーザパワーでスケーリングされるので、場合によっては、比較的低出力の発振器又は「シードレーザ（ｓｅｅｄ ｌａｓｅｒ）」と、シードレーザからのパルスを増幅するための１つ以上の増幅器とを含む配置を使用することが望ましいと見なされる可能性もある。大きい増幅器を使用すると、依然としてＬＰＰプロセスで使用される比較的高出力のパルスを提供しながらシードレーザを使用することができる。
[06] しかしながら、レーザパルスによる小滴の照射は、その結果、反射が発生し、従って利得エレメントを通ってシードレーザに向かって光が伝搬して戻ることになる可能性がある。これは、順方向レーザパルスの不要な変調並びに前置増幅器における利得の剥奪を引き起こす可能性がある。更に、シードレーザは高感度の光学部品を含む可能性があり、シードレーザからのパルスはすでに増幅されているので、この逆伝搬光は比較的脆弱なシードレーザを損傷するのに十分大きい強度のものになる可能性がある。
[07] 例えば、場合によっては、増幅器（複数も可）は１０００００（即ち、１０5）程度の信号利得を有する可能性がある。このような場合、例えば逆伝搬光の約９３〜９９パーセントを阻止できる偏光弁別光アイソレータなどの従来技術の典型的な保護装置は、シードレーザを損傷から保護するのに不十分である可能性がある。
[08] 従って、利得エレメントを隔離し、このようなＥＵＶ光源内のシードレーザを保護するための改良されたシステム及び方法を有することが望ましい。
[09] 本明細書に記載されているように、ＡＯＭは、１対のＡＯＭ間に時間遅延を追加することにより一連の前置増幅器間の隔離を提供するために使用される。
[010] いくつかの実施形態によるシステムは、光路上でレーザ光を生成するためのレーザシードモジュール（ｌａｓｅｒ ｓｅｅｄ ｍｏｄｕｌｅ）と、光路に沿って位置決めされた第１の利得エレメントと、第１の利得エレメントの後に光路に沿って位置決めされた第２の利得エレメントと、第１の利得エレメントと第２の利得エレメントとの間に光路に沿って位置決めされ、第２の利得エレメントから光路に沿って反射して戻る光をそらすように構成された隔離ステージ（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ）であって、当該隔離ステージが、第１の期間について光が光路に沿って誘導される第１の状態と光が光路に沿って誘導されない第２の状態との間を遷移するように構成された第１の音響光学変調器（ａｃｏｕｓｔｉｃ−ｏｐｔｉｃａｌ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）（ＡＯＭ）と、ある期間について光が光路に沿って誘導される第１と光が光路に沿って誘導されない第２の状態との間を遷移するように構成された第２のＡＯＭであって、第２のＡＯＭの遷移がある時間遅延後に発生する第２のＡＯＭと、第１のＡＯＭと第２のＡＯＭとの間に位置決めされ、両方の第１の状態と両方の第２の状態との間を遷移するための期間及び第１のＡＯＭと第２のＡＯＭがどちらも第１の状態に残存する所定の期間に基づいて選択された時間の間、第１のＡＯＭと第２のＡＯＭとの間のレーザビームの送出を遅延させるように構成された遅延素子（ｄｅｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ）とを含む、隔離ステージとを含む。
[011] いくつかの実施形態による方法は、光路上でレーザ光を生成することと、レーザ光から発生したレーザパルスを光路に沿って位置決めされた第１の利得エレメントを通って通過させることと、第１の利得エレメントと第２の利得エレメントとの間に光路に沿って位置決めされ、第２の利得エレメントから光路に沿って反射して戻る光をそらすように構成された隔離ステージを通ってレーザパルスを通過させることであって、当該隔離ステージが、ある期間について光が光路に沿って誘導される第１の状態と光が光路に沿って誘導されない第２の状態との間を遷移するように構成された第１の音響光学変調器（ＡＯＭ）と、当該期間について光が光路に沿って誘導される第１の状態と光が光路に沿って誘導されない第２の状態との間を遷移するように構成された第２のＡＯＭであって、当該遷移がある時間遅延後に発生する第２のＡＯＭと、第１のＡＯＭと第２のＡＯＭとの間に位置決めされ、両方の第１の状態と両方の第２の状態との間を遷移するための期間及び第１のＡＯＭと第２のＡＯＭがどちらも第１の状態に残存する期間に基づいて選択された時間の間、第１のＡＯＭと第２のＡＯＭとの間のレーザビームの送出を遅延させるように構成された遅延素子とを含むことと、第１の利得エレメントの後に光路に沿って位置決めされた第２の利得エレメントを通ってレーザパルスを通過させることとを含む。
[019] ＬＰＰ ＥＵＶ発生システムでは、シードレーザは典型的に、ターゲット材料を照射する前に様々なエレメントによって整形、増幅、その他の修正が行われたシードパルスを発生する。シードレーザは脆弱である可能性があり、光はターゲット材料から反射され、シードレーザに戻る可能性がある。逆経路に沿って、反射光は、シードパルスを修正した同じエレメントに加えられ、そのエレメントによって増幅され、修正される可能性がある。従って、音響光学変調器（ＡＯＭ）は両方の方向に移動する光をそらすか又は通過させるためのスイッチとして一般に使用される。
[020] ＡＯＭを使用する場合の難題の１つは、ブラッグＡＯＭでは開状態（光路に沿って光を偏向する）から閉状態（光路から光をそらす）に遷移するためにある期間（例えば１マイクロ秒）を必要とすることである。この時間は、反射光がＡＯＭを通過できるシードパルスの長さより著しく長くなり、潜在的に他のエレメントを損傷する可能性がある。
[021] ＬＰＰ ＥＵＶシステム内のシードレーザ並びにその他のエレメントを保護するために、特定のエレメント間に隔離ステージが位置決めされる。隔離ステージは、２つのＡＯＭ間に位置決めされた遅延線を含む。ＡＯＭは、それぞれ、シードレーザによって発生された順方向伝搬パルスが光路に沿って通過し、その他の時間では反射光を光路からそらすことができるように時間設定される。第１のＡＯＭが光路上にパルスを偏向すると、第２は反射光をそらし、逆の場合も同様である。遅延線は、一方のＡＯＭが所望の状態に遷移する間にもう一方のＡＯＭを通過した光を遅延させるために使用される。
[022] 図１はＬＰＰ ＥＵＶ光源１０の一実施形態のコンポーネントのいくつかを示す簡略概略図である。図１に示されているように、ＥＵＶ光源１０は、レーザパルスのビームを発生し、１つ以上の光路に沿ってレーザ源１２からチャンバ１４内にビームを送り出し、照射領域１６で小滴などのそれぞれのターゲットを照らすためのレーザ源１２を含む。図１に示されているＥＵＶ光源１０内のレーザ源１２として使用するのに適している可能性のあるレーザ配置の例については以下により詳細に説明する。
[023] 同じく図１に示されているように、ＥＵＶ光源１０は、例えばターゲット材料の小滴をチャンバ１４の内部の照射領域１６に送り出すターゲット材料デリバリシステム２６も含むことができ、その照射領域で小滴は１つ以上のレーザパルスと相互作用して、最終的にプラズマを生成し、ＥＵＶ放出を発生することになる。様々なターゲット材料デリバリシステムが従来技術で提示されており、それぞれの相対的な利点は当業者にとって明らかになるであろう。
[024] 上記のように、ターゲット材料は、スズ、リチウム、キセノン、又はこれらの組み合わせを含む材料を含むことができるが、必ずしもこれに限定されないＥＵＶ放出元素である。ターゲット材料は液体小滴の形である場合もあれば、代替的に液体小滴内に含有される固体粒子である場合もある。例えば、スズ元素は、純粋スズとして、ＳｎＢｒ4、ＳｎＢｒ2、ＳｎＨ4などのスズ化合物として、スズ−ガリウム合金、スズ−インジウム合金、又はスズ−インジウム−ガリウム合金などのスズ合金として、或いはこれらの組み合わせとして、ターゲット材料として提示することができる。使用される材料次第で、ターゲット材料は、室温又は室温付近（例えば、スズ合金又はＳｎＢｒ4）、室温より高い温度（例えば、純粋スズ）、或いは室温より低い温度（例えば、ＳｎＨ4）を含む様々な温度で照射領域１６に提示することができる。場合によっては、これらの化合物は、ＳｎＢｒ4など、比較的揮発性である場合もある。スズ以外のＥＵＶ放出元素の同様の合金及び化合物並びにこのような材料及び上記のものの相対的な利点は当業者にとって明らかになるであろう。
[025] 図１に戻ると、ＥＵＶ光源１０は長球面（即ち、その長軸の周りを回転させた楕円）の形の反射面を有する近垂直入射集光鏡などの光学素子１８も含むことができ、光学素子１８が照射領域１６内又はその付近の第１の焦点といわゆる中間領域２０の第２の焦点とを有し、ＥＵＶ光をＥＵＶ光源１０から出力し、集積回路リソグラフィツール（図示せず）などのＥＵＶ光を使用する装置に入力できるようになっている。図１に示されているように、光学素子１８は、レーザ源１２によって発生されたレーザ光パルスが通過して照射領域１６に到達できるようにするためのアパーチャを備えて形成される。
[026] 光学素子１８は、ＥＵＶ光を使用する装置にその後送り出すために、ＥＵＶ光を集め、それを中間領域２０に誘導するための適切な表面を備えていなければならない。例えば、光学素子１８は、モリブデンとシリコンの交互の層、場合によっては、１つ以上の高温拡散バリア層、平滑化層、キャッピング層、及び／又はエッチングストップ層による段階的多層コーティングを有する可能性もある。
[027] 長球面ミラー以外の光学素子を光学素子１８として使用できることは当業者によって認識されるであろう。例えば、光学素子１８は代替的に、その長軸の周りを回転させたパラボラである場合もあれば、環状の断面を有するビームを中間位置まで送り出すように構成される場合もある。その他の実施形態では、光学素子１８は、本明細書に記載されているもの以外の又は本明細書に記載されているものに加えてコーティング及び層を使用する場合もある。当業者であれば、特定の状況において光学素子１８のために適切な形状及び組成を選択できるであろう。
[028] 図１に示されているように、ＥＵＶ光源１０は、照射箇所のフォーカルスポットにレーザビームを集束させるための１つ以上の光学素子を含む集束ユニット（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）２２を含むことができる。ＥＵＶ光源１０は、レーザ源１２と集束ユニット２２との間に、レーザビームの拡大、方向操作、及び／又は整形、及び／又はレーザパルスの整形のために、１つ以上の光学素子を有するビーム調節ユニット（ｂｅａｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｕｎｉｔ）２４も含むことができる。様々な集束ユニット及びビーム調節ユニットが当技術分野で知られており、当業者によって適切に選択することができる。
[029] 上記のように、場合によっては、ＬＰＰ ＥＵＶシステムは１つ以上のシードレーザを使用してレーザパルスを発生し、次にそのレーザパルスは、ＥＵＶ放出を生成するプラズマを形成するために照射箇所１６でターゲット材料を照射するレーザビームになるように増幅することができる。図２は、ＬＰＰ ＥＵＶシステム内でレーザ光源の一部として使用可能なシードレーザモジュール３０の一実施形態の簡略概略図である。
[030] 図２に示されているように、シードレーザモジュール３０は、前パルスシードレーザ３２と主パルスシードレーザ３４という２つのシードレーザを含む。当業者であれば、２つのシードレーザを含むこのような実施形態が使用される場合、ターゲット材料はまず前パルスシードレーザ３２からの１つ以上のパルスによって照射され、次に主パルスシードレーザ３４からの１つ以上のパルスによって照射されることを認識するであろう。
[031] シードレーザモジュール３０は、コンポーネントを直線に配置するのではなく、「折り返し」配置を有するものとして示されている。実際には、このような配置はモジュールのサイズを制限するために典型的なものである。これを達成するために、前パルスシードレーザ３２及び主パルスシードレーザ３４によって生成されたビームは複数の光学コンポーネント３６によって所望の光路上に誘導される。所望の特定の構成次第で、光学コンポーネント３６は、レンズ、フィルタ、プリズム、ミラーなどの素子、又はビームを所望の方向に誘導するために使用可能な任意のその他の素子にすることができる。場合によっては、光学コンポーネント３６は、通過ビームの偏光を変更することなど、その他の機能も実行することができる。
[032] 図２の実施形態では、それぞれのシードレーザからのビームはまず電気光学変調器（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）３８（ＥＯＭ）を通過する。ＥＯＭ３８は、シードレーザによって発生されたパルスを、より短い持続時間とより速い立ち下がり時間を有するパルスにトリミングするためのパルス整形ユニットとしてシードレーザとともに使用される。より短いパルス持続時間及び比較的速い立ち下がり時間は、パルスとターゲットとの相互作用時間が短くなり、パルスの不必要な部分が増幅器利得を枯渇させないので、ＥＵＶ出力及び光源効率を増すことができる。２つの別個のパルス整形ユニット（ＥＯＭ３８）が示されているが、代替的に共通のパルス整形ユニットを使用して前パルスシードと主パルスシードの両方をトリミングすることもできる。
[033] 次にシードレーザからのビームは、音響光学変調器（ＡＯＭ）４０及び４２とビーム遅延素子４１とを含む隔離ステージを通過する。以下に説明するように、ＡＯＭ４０及び４２は「スイッチ」又は「シャッタ」として働き、これらはターゲット材料からのレーザパルスの反射をシードレーザに到達しないようにそらすように動作し、上記のように、シードレーザは典型的に高感度の光学部品を含み、従って、ＡＯＭ４０及び４２は反射がシードレーザエレメントに対する損傷を引き起こすのを防止する。遅延素子４１は当技術分野で知られているものなどであり、遅延素子４８においてより明確に分かるように、遅延素子４１は、ミラー、プリズムなどの光学コンポーネントを含むビーム折り返し光学配置を有し、このユニットを通過する光が光学遅延距離ｄdelayを移動するようになっており、毎秒約３×１０8メートルという推定光速を使用すると、１メートルのビーム遅延ごとに光路上の光について約３．３３ｎｓの追加の移動時間が加えられる。遅延素子４１及び隔離ステージに関する追加の詳細については、特に図３の第１の隔離ステージ３３に関して、以下により詳細に述べる。ここに示されている実施形態では、それぞれのシードレーザからのビームは２つのＡＯＭを通過する。更に、本明細書の他の箇所に述べられているように、隔離ステージはシードレーザモジュール３０内の他の箇所に位置決めされる場合もある。
[034] ＡＯＭ４２を通過した後、２つのビームはビームコンバイナ（ｂｅａｍ ｃｏｍｂｉｎｅｒ）４４によって「結合」される。それぞれのシードレーザからのパルスは異なる時間に発生されるので、これは実際には、２つの一時的に分離されたビームが更に処理し使用するために共通光路４６上に置かれることを意味する。
[035] 共通光路上に置かれた後、一方のシードレーザからのビーム（この場合も一度に１つのみが存在することになる）はビーム折り返し光学配置を有するもう１つのビーム遅延素子４８を通過する。次に、ビームは、少なくとも１つの前置増幅器５０を通り、その後ビームエクスパンダ５２を通って誘導される。これに続いて、ビームは薄膜偏光子５４を通過し、次に光学コンポーネント５６によって前方に誘導され、この場合も光学コンポーネント５６は、ビームをＬＰＰ ＥＵＶシステム内の次のステージに誘導する素子であり、他の機能も実行することができる。光学コンポーネント５６からのビームは、以下に例証するように１つ以上の光増幅器及びその他のコンポーネントに進む。
[036] 前パルスシードレーザと主パルスシードレーザの両方として使用するのに適した様々な波長可変シードレーザは当技術分野で知られている。例えば、一実施形態では、シードレーザは、準気圧、例えば０．０５〜０．２気圧のＣＯ2を含み、高周波放電によって汲み上げられた密封充填ガスを有するＣＯ2レーザにすることができる。いくつかの実施形態では、格子を使用してシードレーザの光共振器を画定するのを支援する場合があり、この格子は選択された回転ラインに合わせてシードレーザを調整するために回転させることができる。
[037] 図３はシードパルス発生システム６０の一実施形態の簡略ブロック図である。シードレーザモジュール３０のように、シードパルス発生システム６０は、シードパルスを発生し、シードパルスを整形し、シードパルスを増幅する。しかしながら、シードパルス発生システム６０は、図２のシードレーザモジュール３０の１つの前置増幅器５０の代わりに２つの前置増幅器７４及び８４を含む。第２の前置増幅器を追加し、第２の前置増幅器によって追加の利得が提供されることにより、シードパルス発生システム６０を越えて位置決めされた電力増幅器が自動レーザ発振（ｓｅｌｆ−ｌａｓｅ）し、順方向レーザパルスの変調を誘発し、シードパルス発生システム６０内の前置増幅器７４及び８４の利得を剥奪する可能性が高くなる。結果として行われる電力増幅器内の自動レーザ発振は、数マイクロ秒続く長い持続時間を有するパルスとして観察されている。第２の前置増幅器を追加したことによるこのような影響を減ずるために、図３のシードパルス発生システム６０は、反射光がシードレーザ並びに第２の前置増幅器に到達するのを防止するために図２のシードレーザモジュール３０のエレメント間に位置決めされた追加の隔離ステージを含む。当業者にとって明らかになるように、シードパルス発生システム６０の隔離ステージは、図２のシードレーザモジュール３０に追加するか又はその内部に実現することができる。
[038] 図３では、シードレーザ６２が単一ユニットとして描写されているが、これは図２の前パルスシードレーザ３２及び主パルスシードレーザ３４に関して記載されているようにビームを生成するものである。この場合も当業者によって理解されるように、シードパルス発生システム６０は２つ以上のシードレーザ６２を含むことができる。ＥＯＭ６４は、上記の図２のＥＯＭ３８に関して記載されているようにパルスを整形するものである。
[039] 第１の隔離ステージ６６はＥＯＭ６４と第１の前置増幅器７４との間に位置決めされる。第１の隔離ステージ６６は第１のＡＯＭ６８と遅延素子７０と第２のＡＯＭ７２とを含み、遅延素子７０はこの場合もビーム折り返し光学配置を有する。第１の隔離ステージ６６は、図２のＡＯＭ４０及び４２並びに遅延線４１のように、シードレーザ６２に到達しないようにターゲット材料からのレーザパルスの反射をそらすように動作する。本明細書で更に詳述するように、隔離ステージ６６は、第１の前置増幅器７４を通過した増幅パルスからの隔離を改善することができる。
[040] シードレーザ６２によって発生されたシードパルスを増幅するために、シードパルスは、図２に示されているように１つだけの前置増幅器ではなく、２つ以上の前置増幅器を通過する。２つ以上の前置増幅器を使用することにより、シードパルスは段階的に増幅することができ、これはいくつかの利点を有する。より小さい単独利得を有する別個の増幅器を使用することにより、光学素子の自動レーザ発振が防止される。複数の前置増幅器とともに隔離ステージを使用することによるもう１つの利点は、反射光の９９％がそらされた後に依然として反射光の１％でもシードレーザ６２を損傷するのに十分強力であるほど利得が高くなる前に、増幅中に反射光をそらすことができることである。
[041] 第１の前置増幅器７４に続いて、第１のＡＯＭ７８と遅延素子８０と第２のＡＯＭ８２とを含む第２の隔離ステージ７６が配置される。第２の隔離ステージ７６は、ＬＰＰ ＥＵＶシステム内の第１の隔離ステージ以外の部分で発生した反射光をそらすことができる。第２の前置増幅器８４は照射箇所に移動するパルスのために第２の隔離ステージ７６に続いているので、第２の隔離ステージ７６に到達する反射光のすべてが第２の前置増幅器８４によってすでに増幅されたものになる。
[042] 描写されていないが、ＬＰＰ ＥＵＶ発生システムの更なるエレメントにビームを誘導する前に、更なる隔離ステージが第２の前置増幅器８４に続いてもよい。このような更なる隔離ステージは、反射光が第２の前置増幅器８４によって増幅される前にＬＰＰ ＥＵＶシステム内の更なるコンポーネントに届かないように反射光をそらすことができる。
[043] 図４Ａ〜図４Ｅは、図２のシードパルス発生システム３０及び図３のシードパルス発生システム６０内に描写されているものなどのＡＯＭ９０の一実施形態の簡略ブロック図である。ＡＯＭ９０は、当業者が精通することになるブラッグＡＯＭにすることができ、その動作中の５つの時点について描写されている。図２のＡＯＭ４０及び４２に関連して上述したように、ＡＯＭ９０は、その現在の状態次第で光を偏向するか又はそらすための「スイッチ」又は「シャッタ」として動作する。ＡＯＭ９０は、ＡＯＭ９０を通過する光を回折させ、その光の周波数を偏移するために、材料内の音波によってその材料の光学特性の変化を引き起こすという音響光学効果を使用する。
[044] 当技術分野で知られているように、ＡＯＭ９０は典型的に、ＡＯＭの一端に取り付けられた圧電変換器（ＰＺＴ）によって活動化される。電力（典型的に高周波（ＲＦ）電力）は振動電気信号としてＰＺＴに印加され、それによりＰＺＴが振動し、ＡＯＭ内で音波９２が作成される。いかなる電力も印加されない場合、その結果、音波９２は全く存在せず、光はＡＯＭを通って直接送出され、電力が印加される場合、音波は存在し、ＡＯＭは「偏向モード」で動作し、そのモードでは入射光ビームはビーム経路上に偏向され、周波数偏移される。偏向モードでＰＺＴに印加されたＲＦ電力の振幅は、光をビーム経路上に偏向するのに十分なものである。当業者にとって明らかであるように、振幅は偏向を遂行するのに十分な度数だけ光を誘導するだけでよい。所望のスイッチング速度により、電力は典型的にプロセッサ又はコントローラの指示でＰＺＴに印加される。
[045] 図４Ａ〜図４Ｅに描写されているように、音波９２はＡＯＭ９０の端から端まで移動する。音波９２は、電力がＰＺＴに印加される期間Ｔ並びに速度Ｖに基づく長さを有する。ＡＯＭ９０は、ビームアパーチャ９４でパルスを遮断するように光路上に位置決めされる。ビームアパーチャ９４は、直径「ｄ」を有する円として同図に描写されているが、必ずしもＡＯＭ９０の物理的特徴ではない。パルスが通過できるようにするために音波９２がビームアパーチャ９４に重なる時間量Ｔ（最小音響パケットサイズという）は、以下の式によりビーム径とパルス持続時間から計算することができる。
Ｔ＝Ｄ／Ｖ＋ｄＴ
ここで、Ｄはビーム径であり、上記のようにＶは音波がＡＯＭ９０を通って伝搬する速度であり（ＡＯＭの場合は一定）、ｄＴは光パルス持続時間である（同じくＡＯＭの場合は一定）。ビーム径が４ミリメートルである場合、音響パケットの速度は毎秒５５００メートルであり、光パルス持続時間は２００ナノ秒であり、その結果得られる最小音響パケットサイズは９２７ナノ秒である。
Ｔ＝Ｄ／Ｖ＋ｄＴ
ここで、Ｄはビーム径であり、上記のようにＶは音波がＡＯＭ９０を通って伝搬する速度であり（ＡＯＭの場合は一定）、ｄＴは光パルス持続時間である（同じくＡＯＭの場合は一定）。ビーム径が４ミリメートルである場合、音響パケットの速度は毎秒５５００メートルであり、光パルス持続時間は２００ナノ秒であり、その結果得られる最小音響パケットサイズは９２７ナノ秒である。
[046] 図４Ａに示されているように開始されると、音波９０はＡＯＭ９０の端から端まで一方向に伝搬する。音波９０がＡＯＭ９０のビームアパーチャ９４に重なると（図４Ｃに示されている通り）、ビームは他のエレメントに進むために光路上に偏向される。音波９２がビームアパーチャ９４に重ならない場合、シード発生システム６０内でいずれかの方向から発生した光は光路に従わないように通過する。このため、いかなる音波もビームアパーチャ９４に存在しない場合、反射光は、図４Ａ及び図４Ｅに示されているようにシードレーザ３２に到達する可能性が低い。
[047] 図４Ｂ及び図４Ｄに示されているように音波９２がビームアパーチャ９４に部分的に重なる場合、音波９２を有する部分に当たる光の一部分は光路上に偏向され、残りの部分はＡＯＭ９０を通過する。従って、チャンバからシードパルス発生器に向かって移動する反射光の一部分は、音波９２がビームアパーチャ９４に重なる部分を通過し、光路上に誘導される可能性がある。反射光の残りの部分は、音波が全く存在しない光路に従うのを防止される。事例によっては、ビームの偏向された部分は、偏向された時にビームの一部分の形状を保持する「ビーム結像」として知られる現象を呈する。ビーム結像は、ビームアパーチャ９４の中心からのビームのシフトとして観察され、非円形、卵形、又は半円形の形状を有する可能性がある。
[048] 図５Ａ及び図５Ｂは、隔離ステージ６６及び７６などの隔離ステージの一実施形態の簡略ブロック図である。図５では、隔離状態は、ＡＯＭ１０６及び１１２と遅延素子１１０とからなるものとして示されている。図５Ａ及び図５Ｂは、シードパルス及び反射光がそれぞれ隔離ステージを通過する時のＡＯＭの相対的な状態を一緒に描写している。上記のように、音波９２がビームアパーチャ９４に重なる場合、光は光路１０４として描写されている光路上に偏向される。音波９２がビームアパーチャ９４に重ならない場合、光は光路１０４から離れるように誘導される。当技術分野で知られているように、光は音波９２が存在しない時にＡＯＭを通過するが、単純にするため、図５は光路１０４を直線として描写している。
[049] 図５Ａに示されているように、動作時に、ＡＯＭ１０６の端から端まで一方向１０８に伝搬する音波９２がビームアパーチャ９４に到達する時に、シードレーザ６２によって発生されたパルス１０２が第１のＡＯＭ１０６に到達する。パルス１０２は光路１０４に沿って遅延素子１１０に進む。パルス１０２がＡＯＭ１０６を通過すると、遅延素子１１０の直後に位置決めされた第２のＡＯＭ１１２は、隔離ステージを越えて発生した反射光が遅延素子１１０に入り、シードレーザ６２に戻るのを防止するような状態になる。
[050] パルス１０２が遅延素子１１０を通って移動する間、第１のＡＯＭ１０６及び第２のＡＯＭ１１２内の音波９２は伝搬し続ける。第２のＡＯＭ１１２では、音波９２が第１のＡＯＭ１０６内で発生された後に音波９２が発生され、所定の時間量だけ遅延されるようになっている。音波が発生された時間同士の遅延と、遅延素子１１０によって光路内にもたらされた遅延の量は、パルス１０２が第２のＡＯＭ１１２に到達する時に音波９２がビームアパーチャ９４にあり、光路１０４に沿って更に進むように偏向されるように調整される。
[051] 第２のＡＯＭ１１２がパルス１０２を光路１０４上に偏向している間、第１のＡＯＭ１０６は、光が光路１０４に従うのを防止するという反対の状態にある。従って、図５Ｂで分かるように、第２のＡＯＭ１１２が順方向パルスを光路１０４上に部分的に又は完全に誘導している間に反射光１１４が第２のＡＯＭ１１２を通過する場合、第１のＡＯＭ１０６内の音波９２がビームアパーチャ９４から外に伝搬する間に反射光１１４は遅延素子１１０を通って進む。音波９２が第１のＡＯＭ１０６上のビームアパーチャ９４から出た後、反射光１１４は光路１０４上でシードレーザに戻るのを防止される。
[052] 図６は、反射光が隔離ステージ（例えば、隔離ステージ６６及び７６）によってどのようにそらされるかを描写するタイミング図６００である。タイミング図６００は、使用可能なタイミングパターンの一実施形態を描写している。以下に提供する説明に基づいて、当業者は、反射光がシードモジュールに到達するのを防止するための代替タイミングパターンを生成し実現することができるであろう。
[053] グラフ１３０及び１４０に描写されているように、ＲＦ電力は第１のＡＯＭ１０６に提供され、音波がビームアパーチャ９４を覆うのに必要な時間（ＴＲＩＳＥと表示）と光パルス持続時間（ＴＰと表示）との合計に等しい時間の間、オンのままになる。ある時間遅延（ＴＤＥＬＡＹと表示）後、グラフ１５０及び１６０では、第１のＡＯＭ１０６に関して記載されているようにＲＦ電力が第２のＡＯＭ１１２に提供される。
[054] 「ＴＰ」と表示されている時間同士の遅延は遅延素子１１０によってもたらされた遅延である。遅延素子１１０は、例えば、少なくとも３００ナノ秒の遅延を提供する可能性がある。ＡＯＭのタイミング及び遅延線によってもたらされた遅延の量は、ビームの直径、ＡＯＭ内の音波伝搬の方向、及びビーム結像の存在に応じて変動する。遅延は、種々の実施形態について様々なやり方で計算することができる。以下の実施形態例は、必要な量の遅延を決定する方法を例証するためのガイドとして提供されている。
[055] ビームの直径は、音波がビームアパーチャ９４を閉塞するのに必要な時間ＴＲＩＳＥの量に影響を及ぼす。１／ｅ2として定義されたサイズを有するガウスビームの場合、ＴＲＩＳＥは、その幅を横断するための時間として概算することができる。当業者にとって明らかであるように、２．７ミリメートルのビームの場合、ＴＲＩＳＥは６１０ナノ秒であり、６．５ミリメートルのビームの場合、ＴＲＩＳＥは１４７０ナノ秒である。
[056] 図５に関して述べたように、ＡＯＭ内の音波が同じ方向に伝搬する場合、隔離ステージ内のＡＯＭ間に位置決めされた遅延素子によって提供されるはずの遅延の最小量は以下のように計算することができる。
ＴＤＥＬＡＹ＞ＴＲＩＳＥ＋ＴＰ／２
ここで、ＴＤＥＬＡＹは遅延素子１１０によって提供される遅延であり、ＴＲＩＳＥは音波がＡＯＭ内のビームアパーチャを閉塞するのに必要な時間であり、ＴＰは光パルス持続時間である。遅延は、少なくとも、ＡＯＭが種々の時間に開放できるようにするための計算された時間であり、それぞれのゲートが開放する時間同士の時間差は、反射光が隔離ステージに届いた時に組み合わせた２つのＡＯＭが完全に又は実質的に閉鎖されることを保証するのに十分な長さである。本発明に基づいて当業者にとって明らかになるように、時間遅延の上限は、遅延素子１１０の長さ、ボリューム、及び損失を含むがこれらに限定されない遅延素子１１０の特性によって拘束される。
ＴＤＥＬＡＹ＞ＴＲＩＳＥ＋ＴＰ／２
ここで、ＴＤＥＬＡＹは遅延素子１１０によって提供される遅延であり、ＴＲＩＳＥは音波がＡＯＭ内のビームアパーチャを閉塞するのに必要な時間であり、ＴＰは光パルス持続時間である。遅延は、少なくとも、ＡＯＭが種々の時間に開放できるようにするための計算された時間であり、それぞれのゲートが開放する時間同士の時間差は、反射光が隔離ステージに届いた時に組み合わせた２つのＡＯＭが完全に又は実質的に閉鎖されることを保証するのに十分な長さである。本発明に基づいて当業者にとって明らかになるように、時間遅延の上限は、遅延素子１１０の長さ、ボリューム、及び損失を含むがこれらに限定されない遅延素子１１０の特性によって拘束される。
[057] ＡＯＭ内のそれぞれの音波が相反する方向に伝搬する事例では、ＡＯＭ同士はクロスファイア状態であると言われる。ＡＯＭのクロスファイア状態は、第１のＡＯＭの一端と第２のＡＯＭの反対端で音波を開始することによって達成される。ＡＯＭ同士がクロスファイア状態になると両方の音波は正反対の方向に伝搬するので、隔離ステージ内のＡＯＭ間の遅延素子位置によって提供される遅延の最小量は小さくなり、以下のように計算することができる。
ＴＤＥＬＡＹ＞（ＴＲＩＳＥ＋ＴＰ）／２
ＴＤＥＬＡＹ＞（ＴＲＩＳＥ＋ＴＰ）／２
[058] 事例によっては、ダイアグラム１７０によって描写されるように、ビーム結像が観察される可能性がある。上記で説明したように、ビーム結像は、音波がＡＯＭのビームアパーチャに部分的に重なる時に発生する可能性がある。図６に描写されているように、ビーム結像現象は、遅延素子によってもたらされる遅延の量を低減するために活用することもでき、反射光の第１の部分が第２のＡＯＭ１１２でそらされ、反射光の残りの部分が第１のＡＯＭ１０６によってそらされるようにすることができる。反射光の一部分をそらすためにはＡＯＭを部分的に閉鎖するだけでよいので、遅延素子１１０によってもたらされる遅延は、上記のクロスファイア状態のＡＯＭについて使用したものと同じ式により短縮することができる。
[059] 図７は、隔離ステージを使用して反射光をそらす方法２００の一実施形態のフローチャートである。方法２００の動作は、本明細書に記載されているように重なり合う時点同士の間に実行することができる。
[060] 動作２０２では、レーザパルスは任意選択で第１の利得エレメントを通過する。第１の利得エレメントは図３の前置増幅器７４などの前置増幅器にすることができる。
[061] 次に、動作２０４では、第１のＡＯＭ（図５の第１のＡＯＭ１０６など）はレーザパルスを光路（例えば、図５の光路１０４）上に通過させるように遷移する。上述したように、第１のＡＯＭは、ビームアパーチャ（例えば、図５のビームアパーチャ９４）に重なるようにＡＯＭの端から端まで伝搬する音波を作成することにより遷移する。
[062] 次に、動作２０６では、レーザパルスは遅延素子（例えば、図５の遅延素子１１０）を通過する。遅延素子は隔離ステージ内の第１のＡＯＭと第２のＡＯＭとの間の移動時間の量を増加する。
[063] 次に、動作２０８では、第２のＡＯＭ（例えば、図５の第２のＡＯＭ１１２）はレーザパルスを任意選択の第２の利得エレメント（例えば、図３の前置増幅器８４）への光路（例えば、光路１０４）上に通過させるように遷移する。第２のＡＯＭは、音波が伝搬してＡＯＭ内のビームアパーチャを過ぎる時に同様に遷移する。
[064] 次に、動作２１０では、第１のＡＯＭは第２のＡＯＭ及び遅延素子を通過した反射光をそらすように遷移する。第１のＡＯＭは、音波が伝搬してＡＯＭ内のビームアパーチャを過ぎる時に遷移する。実際には、動作２１０は好ましくは動作２０４に続いて行われ、動作２０６及び２０８に重なる。
[065] 次に、動作２１２では、第２のＡＯＭはＬＰＰ ＥＵＶシステム内の更なるコンポーネントから反射光をそらすように遷移する。動作時に、動作２１２は好ましくは動作２０８に続いて行われ、動作２１０に重なる。
[066] 本明細書に記載されている隔離ステージは、光路に沿って反対方向に移動している反射光が隔離ステージの上流の敏感で脆弱なコンポーネントに到達するのを防止しながら、パルスがシードパルス発生システム内の光路を移動できるようにするものである。隔離ステージはシステム内の２つのＡＯＭ間に遅延をもたらす。この遅延は、ＡＯＭをクロスファイア状態にすることによるか又はビーム結像という現象が観察された時に短縮することができる。
[067] 開示されている方法及び装置はいくつかの実施形態に関連して上記で説明されている。その他の実施形態は、本発明を考慮すると当業者にとって明らかになるであろう。記載されている方法及び装置の特定の態様は、上記の実施形態に記載されているもの以外の構成を使用して又は上記のもの以外の要素とともに容易に実現することができる。例えば、おそらく本明細書に記載されているものより複雑な異なるアルゴリズム及び／又は論理回路、並びにおそらく異なるタイプのドライブレーザ及び／又はフォーカスレンズを使用することができる。
[068] 本明細書で使用する「光学コンポーネント」という用語及びその派生語は、入射光を反射及び／又は送出及び／又は操作する１つ以上のコンポーネントを含むが、必ずしもこれらに限定されず、１つ以上のレンズ、ウィンドウ、フィルタ、ウェッジ、プリズム、グリズム、格子、伝送ファイバ、エタロン、拡散器、ホモジナイザ、検出器及びその他の計器コンポーネント、アパーチャ、アキシコン、並びに多層膜反射鏡、近垂直入射ミラー、斜入射ミラー、鏡面反射体、拡散反射面、及びこれらの組み合わせを含むミラーを含むが、必ずしもこれらに限定されないことに留意されたい。その上、他の指定がない限り、本明細書で使用する「光学部品」、「光学コンポーネント」、又はそれらの派生語はいずれも、単独で動作するコンポーネント、或いはＥＵＶ出力光波長、照射レーザ波長、メトロロジーに適した波長、又は何らかのその他の波長などの１つ以上の特定の波長範囲内で有利に動作するコンポーネントに限定されるものではない。
[069] 本明細書で留意されているように、様々な変形例が可能である。場合によっては、図２に示されている２つのシードレーザではなく、単一のシードレーザを使用することができる。共通の隔離ステージが２つのシードレーザを保護する場合もあれば、２つのシードレーザのいずれか一方又は両方が保護のためにそれぞれ独自の隔離ステージを有する場合もある。隔離ステージは、前置増幅器８４の後など、シード発生システム６０内の他の場所に位置決めすることもできる。事例によっては単一のブラッグＡＯＭを使用することができ、所望であれば、単一のシードレーザを保護するために２つ以上のブラッグＡＯＭを使用することもできる。その他のタイプのＡＯＭも使用することができる。
[070] 記載されている方法及び装置は、プロセス、装置、又はシステムとしてを含む、多数のやり方で実現できることも認識しなければならない。本明細書に記載されている方法は、このような方法を実行するようプロセッサに指示するプログラム命令によって実現することができ、このような命令は、ハードディスクドライブ、フロッピーディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）又はデジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）などの光ディスク、フラッシュメモリなどのコンピュータ可読記憶媒体上に、或いはコンピュータネットワークを介して記録され、プログラム命令は光又は電子通信リンクにより送信される。このようなプログラム命令は、プロセッサ又はコントローラにより実行される場合もあれば、固定論理素子に組み込まれる場合もある。本明細書に記載されている方法のステップの順番は変更することができ、依然として本発明の範囲内であることに留意しなければならない。
[071] 諸実施形態に関する上記その他の変形例は、特許請求の範囲のみによって限定される本発明によって包含されるものである。
Claims (14)
- 光路上でレーザ光を生成するためのレーザシードモジュールと、
前記光路に沿って位置決めされた第１の利得エレメントと、
前記第１の利得エレメントの後に前記光路に沿って位置決めされた第２の利得エレメントと、
前記第１の利得エレメントと前記第２の利得エレメントとの間に前記光路に沿って位置決めされ、前記第２の利得エレメントを通って前記光路に沿って反射して戻る光をそらすように構成された隔離ステージであって、前記隔離ステージが、
第１の期間について光が前記光路に沿って誘導される第１の状態と光が前記光路に沿って誘導されない第２の状態との間を遷移するように構成された第１の音響光学変調器（ＡＯＭ）と、
第２の期間について光が前記光路に沿って誘導される第１の状態と光が前記光路に沿って誘導されない第２の状態との間を遷移するように構成された第２のＡＯＭであって、前記第２のＡＯＭの遷移が前記第１のＡＯＭの遷移後のある時間に発生する第２のＡＯＭと、
前記第１のＡＯＭと前記第２のＡＯＭとの間に位置決めされ、前記ＡＯＭの前記第１及び第２の遷移時間に基づいて決定された時間の間、前記第１のＡＯＭと前記第２のＡＯＭとの間の光の送出を遅延させるように構成された遅延素子であって、前記第２のＡＯＭを通過し、前記光路に沿って反射して戻る光が前記第１のＡＯＭを通過して前記レーザシードモジュールに戻らないようになっている遅延素子と、
を含む、隔離ステージと、
を含む、システム。 - 前記遷移する期間が更にレーザビームの幅に基づくものである、請求項１に記載のシステム。
- 前記遅延が更にビーム結像の発生に基づくものである、請求項１に記載のシステム。
- ビーム結像が発生した場合、前記レーザビームの第１の部分が前記第２のＡＯＭによってそらされ、前記レーザビームの残りの部分が前記第１のＡＯＭによってそらされるように前記遅延が更に決定される、請求項３に記載のシステム。
- 前記第２の利得エレメントを越えて位置決めされた１つ以上のその他のエレメントを更に含む、請求項１に記載のシステム。
- 前記１つ以上のその他のエレメントが極端紫外（ＥＵＶ）プラズマチャンバを含む、請求項５に記載のシステム。
- 前記１つ以上のその他のエレメントが電力増幅器を含む、請求項５に記載のシステム。
- 前記第１の利得エレメント及び前記第２の利得エレメントが前置増幅器を含む、請求項１に記載のシステム。
- 前記第２の利得エレメントを越えて前記光路に沿って位置決めされた第２の隔離ステージを更に含む、請求項１に記載のシステム。
- 前記第１の利得エレメントと前記シードレーザとの間に前記光路に沿って位置決めされた第２の隔離ステージを更に含む、請求項１に記載のシステム。
- 前記隔離ステージが、反射光をそらすことにより前記第１の利得エレメント内の自動レーザ発振を防止するように更に構成される、請求項１に記載のシステム。
- 前記第１のＡＯＭ及び前記第２のＡＯＭがクロスファイア状態である、請求項１に記載のシステム。
- 前記遅延が前記レーザビームの前記幅に基づいて更に決定される、請求項１２に記載のシステム。
- 光路上でレーザ光を生成することと、
前記レーザ光から発生したレーザパルスを前記光路に沿って位置決めされた第１の利得エレメントを通って通過させることと、
前記第１の利得エレメントの後に前記光路に沿って位置決めされ、隔離ステージを越えて位置する任意のエレメントから前記光路に沿って反射して戻る光をそらすように構成された隔離ステージを通って前記レーザパルスを通過させることであって、当該隔離ステージが、
第１の期間について光が前記光路に沿って誘導される第１の状態と光が前記光路に沿って誘導されない第２の状態との間を遷移するように構成された第１の音響光学変調器（ＡＯＭ）と、
第２の期間について光が前記光路に沿って誘導される第１の状態と光が前記光路に沿って誘導されない第２の状態との間を遷移するように構成された第２のＡＯＭであって、前記第２のＡＯＭの遷移が前記第１のＡＯＭの遷移後のある時間に発生する第２のＡＯＭと、
前記第１のＡＯＭと前記第２のＡＯＭとの間に位置決めされ、前記ＡＯＭの前記第１及び第２の遷移時間に基づいて決定された時間の間、前記第１のＡＯＭと前記第２のＡＯＭとの間の光の送出を遅延させるように構成された遅延素子であって、前記第２のＡＯＭを通過し、前記光路に沿って反射して戻る光が前記第１のＡＯＭを通過して前記レーザシードモジュールに戻らないようになっている遅延素子と、
を含むことと、
前記隔離ステージの後に前記光路に沿って位置決めされた第２の利得エレメントを通って前記レーザパルスを通過させることと、
を含む、方法。
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