JP5368764B2 - 極端紫外光源装置及び極端紫外光の生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、極端紫外光源装置及び極端紫外光の生成方法に関する。

例えば、レジストを塗布したウェハ上に、回路パターンの描かれたマスクを縮小投影し、エッチングや薄膜形成等の処理を繰り返すことにより、半導体チップが生成される。半導体プロセスの微細化に伴い、より短い波長の光が求められている。

そこで、１３．５ｎｍという極端に波長の短い光と縮小光学系とを使用する、半導体露光技術が研究されている。この技術は、ＥＵＶＬ（Extreme Ultra Violet Lithography：極端紫外線露光）と呼ばれる。以下、極端紫外光をＥＵＶ光と呼ぶ。

ＥＵＶ光源としては、ＬＰＰ（Laser Produced Plasma：レーザ生成プラズマ）式の光源と、ＤＰＰ（Discharge Produced Plasma）式の光源と、ＳＲ（Synchrotron Radiation）式の光源との三種類が知られている。ＬＰＰ式光源とは、ターゲット物質にレーザ光を照射してプラズマを生成し、このプラズマから放射されるＥＵＶ光を利用する光源である。ＤＰＰ式光源とは、放電によって生成されるプラズマを利用する光源である。ＳＲ式光源とは、軌道放射光を使用する光源である。以上三種類の光源のうち、ＬＰＰ式光源は、他の方式に比べてプラズマ密度を高くすることができ、かつ、捕集立体角を大きくできるため、高出力のＥＵＶ光を得られる可能性が高い。

ＥＵＶ光は波長が短く、物質に吸収されやすいため、ＥＵＶＬでは、反射光学系が採用される。反射光学系は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）とを用いた多層膜を使用して構築される。Ｍｏ／Ｓｉの多層膜は、１３．５ｎｍ付近の反射率が高いため、ＥＵＶＬでは１３．５ｎｍのＥＵＶ光を使用する。

しかし、多層膜の反射率は７０％程度のため、反射を繰り返すにつれて、ＥＵＶ光の出力は次第に低下する。露光装置内でＥＵＶ光は十数回反射するため、ＥＵＶ光源装置は、高出力のＥＵＶ光を露光装置に供給する必要がある。そこで、ＥＵＶ光源装置として、ＬＰＰ式の光源に期待が寄せられている（特許文献１）。

ＬＰＰ式のＥＵＶ光源装置は、錫（Ｓｎ）やキセノン（Ｘｅ）あるいはリチウム（Ｌｉ）等をターゲット物質として使用し、このターゲット物質にレーザ光を照射する。特に、液体金属である錫のドロップレット（ターゲット）と炭酸ガス（ＣＯ２）パルスレーザとを組み合わせるＬＰＰ式光源は、必要最小量のドロップレットを使用すればよく、かつ、ＥＵＶ光の発光効率が高いことから、有望な構成であると見られている。

ドロップレットの量を最小にとどめることにより、デブリ（debris）の発生量を抑制し、ＥＵＶ集光ミラー等の各種光学部品への悪影響を少なくできる。しかし、ドロップレットの量が少ないため、ドロップレットの直径に比べて炭酸ガスレーザの照射直径が大きくなり易い。多くのレーザ光がドロップレットに作用せずに通過するため、ＥＵＶ光の出力効率の点で改善の余地がある。

そこで、ドロップレットにメインパルスレーザを照射する前に、プリパルスレーザをドロップレットに照射することにより、ドロップレットの形状や密度を変化させて、プレフォーミングする技術が提案されている（特許文献２，特許文献３，特許文献４，特許文献５）。
特開２００６−８０２５５号公報 米国特許出願公開第２００６／０２５５２９８号明細書 国際公開第２００３／９６７６４号パンフレット 特表２００５−５２５６８７号公報 米国特許出願公開第２００８／０１４９８６１号明細書

従来技術では、メインパルスレーザの照射前にプレパルスレーザをターゲットに照射する方法を提案する。しかし、錫のような金属材料のターゲットは、熱容量が大きいため、プリパルスレーザを照射しても蒸発しにくい。プリパルスレーザの出力が低い場合、ドロップレットに生じるアブレーション及び蒸発は、ドロップレットの表面にとどまるため、多くの材料が液体のまま飛散する。このため、デブリが発生して、集光ミラー等の光学部品が汚損し、極端紫外光源装置の寿命が低下する。さらに、期待された出力のＥＵＶ光を取り出すこともできない。

プリパルスレーザの出力を高くすれば、ドロップレットの多くが液体のままで飛散してしまうという現象を改善することができる。しかし、プリパルスレーザの出力を高くするためには、大出力のレーザ光源を必要とし、エネルギ効率が著しく低下する。

そこで、本発明の目的は、比較的高いエネルギ効率で、ターゲット物質をプラズマ化させる前に加熱することのできる極端紫外光源装置及び極端紫外光の生成方法を提供することにある。本発明の他の目的は、連続光または疑似連続光のいずれかとして構成される第１レーザ光を用い、かつ、ターゲット物質の移動する軌跡と第１レーザ光との角度とを所定角度以下に設定することにより、第１レーザ光がターゲット物質を照射する時間を比較的長くして、第２レーザ光が照射される前にターゲット物質を効率的に加熱することのできる、極端紫外光源装置及び極端紫外光の生成方法を提供することにある。本発明の更なる目的は、後述する実施形態の記載から明らかになるであろう。

上記課題を解決するために、本発明の第１観点に係る極端紫外光源装置は、レーザ光をターゲット物質に照射してプラズマ化させることにより、極端紫外光を発生させる極端紫外光源装置であって、チャンバと、チャンバ内に向けて、吐出口からターゲット物質を供給するターゲット物質供給部と、連続光または疑似連続光のいずれかとして構成される第１レーザ光を出力する第１レーザ光源と、第１レーザ光をターゲット物質に照射して加熱させる加熱用光学系と、第１レーザ光により加熱されたターゲット物質に、第２レーザ光を照射してターゲット物質をプラズマ化させるための第２レーザ光源と、プラズマから放射される極端紫外光を集光するための集光ミラーと、を備え、ターゲット物質の移動する軌跡とターゲット物質に照射される第１レーザ光の光軸との角度が、所定角度以下に設定され、所定角度は、ターゲット物質の大きさと第１レーザ光の品質とに応じて設定され、加熱用光学系は、ターゲット物質が通過するための穴部を有する第１反射ミラーを備え、第１反射ミラーは、穴部がターゲット物質の軌跡上に位置するようにしてチャンバ内に設けられており、第１レーザ光源から入射する第１レーザ光を、ターゲット物質の軌跡と同軸方向に反射させる。

前記加熱用光学系は、前記第１反射ミラーによって反射される前記第１レーザ光を、前記ターゲット物質の軌跡と同軸で前記第１反射ミラーに向けて反射させるための、別の反射ミラーを備えてもよい。前記第１レーザ光源と前記第１反射ミラーとの間には、前記第１レーザ光源に向けて前記第１レーザ光が戻るのを防止するための逆流防止用光学系が設けられてもよい。

ターゲット物質が、ターゲット物質の大きさに応じて定まる所定距離以上、第１レーザ光の中を移動できるように、所定角度を設定することができる。

ターゲット物質が直径１０μｍのドロップレットである場合に、所定角度は１０度以下の値に設定することができる。

ターゲット物質が直径２０μｍのドロップレットである場合に、所定角度は４度以下の値に設定することができる。

ターゲット物質が直径３０μｍのドロップレットである場合に、所定角度は２度以下に設定することができる。

ターゲット物質の移動する軌跡が曲線の場合、第１レーザ光のウエスト部で曲線に接する接線と第１レーザ光の光軸との角度が、所定角度以下となるように設定する。

本発明の他の観点に従う、チャンバと、前記チャンバ内に向けて吐出口からターゲット物質を供給するターゲット物質供給部と、連続光または疑似連続光のいずれかとして構成される第１レーザ光を出力する第１レーザ光源と、前記第１レーザ光を前記ターゲット物質に照射して加熱させる加熱用光学系と、前記第１レーザ光により加熱された前記ターゲット物質に第２レーザ光を照射して前記ターゲット物質をプラズマ化させるための第２レーザ光源と、前記プラズマから放射される前記極端紫外光を集光するための集光ミラーとを備える極端紫外光光源装置における極端紫外光の生成方法は、前記ターゲット物質供給部から前記チャンバ内に前記ターゲット物質を供給し、前記第１レーザ光源から出力された第１レーザ光と前記ターゲット物質供給部から供給された前記ターゲット物質の移動する軌跡との角度が所定角度以下となるように、前記加熱用光学系を介して前記ターゲット物質に前記第１レーザ光を照射して該ターゲット物質を加熱し、加熱された前記ターゲット物質に第２レーザ光を照射して前記ターゲット物質をプラズマに変換し、前記プラズマから放射される極端紫外光を集光し、前記所定角度は、前記ターゲット物質の大きさと前記第１レーザ光の品質とに応じて設定され、前記加熱用光学系は、前記ターゲット物質が通過するための穴部を有する第１反射ミラーを備え、前記第１反射ミラーは、前記穴部が前記ターゲット物質の軌跡上に位置するようにして前記チャンバ内に設けられており、前記第１レーザ光源から入射する前記第１レーザ光を、前記ターゲット物質の軌跡と同軸方向に反射させる。

本発明によれば、連続光または疑似連続光として構成される第１レーザ光を、ターゲット物質に比較的長時間照射して加熱することができる。従って、第２レーザ光が照射される前に、ターゲット物質を気化させて密度を低下させることができ、極端紫外光の生成効率を高めることができる。さらに、本発明によれば、第１レーザ光をターゲット物質に照射する時間を比較的長くできるため、比較的低出力のレーザ光源を第１レーザ光源として使用することができ、極端紫外光源装置のコストや寸法を小さくできる。

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。本実施形態では、以下に述べるように、連続光または疑似連続光として構成される加熱用レーザ光を先にターゲット物質に照射して気化させる。次に、本実施形態では、パルスレーザ光として構成されるメインパルスレーザ光を、気化したターゲット物質に照射してプラズマ化させ、ＥＵＶ光を生成させる。ここで、本実施形態では、加熱用レーザ光がターゲット物質を照射する時間を長くするために、ターゲット物質の移動する軌跡と加熱用レーザ光の光軸との角度が所定角度となるように設定している。

図１〜図１０に基づいて第１実施例を説明する。図１は、ＥＵＶ光源装置１０の全体構成を示す説明図である。

図１に示すＥＵＶ光源装置１０は、後述のように、例えば、真空チャンバ１００と、メインパルスレーザ光源１１０と、加熱用レーザ光源１２０と、ターゲット供給部１３０と、真空ポンプ１４０と、制御部１５０と、ＥＵＶ集光ミラー１６０とを、反射ミラー１７０と、集光レンズ１８０と、凹面ミラー１９０を備える。

真空チャンバ１００は、真空ポンプ１４０によって真空状態に保たれる。真空チャンバ１００は、露光装置に接続される接続部１０１と、複数の入射窓１０２，１０３とを備えている。接続部１０１は、例えば、ゲートバルブを備えており、そのゲートバルブを介してＥＵＶ光が露光装置に送られる。なお、ゲートバルブは、通常時において開いているが、メンテナンス時には閉じられる。

一つの入射窓１０２は、メインパルスレーザ光源１１０からのメインパルスレーザ光を真空チャンバ１００内に入射させるための窓である。他の一つの入射窓１０３は、加熱用レーザ光源１２０からの連続光または疑似連続光を、真空チャンバ１００内に入射させるための窓である。

「ターゲット物質供給部」としてのターゲット供給部１３０は、例えば、錫（Ｓｎ）等の金属材料を加熱溶解することにより、ターゲット２００を供給する。ターゲット２００は、固体または液体のドロップレットとして構成される。本実施例では、ターゲット物質として、錫を例に挙げて説明するが、これに限らず、例えば、リチウム（Ｌｉ）等の他の物質を用いてもよい。あるいは、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、水、アルコール、スタナン（ＳｎＨ４）、四塩化錫（ＳｎＣｌ４）等の材料を、液体または氷にして、ドロップレットを生成する構成でもよい。ターゲット供給部１３０は、プラズマを発生させるために必要な最小量のターゲット２００を、「吐出口」としてのノズル１３１から吐出させる。なお、以下の説明では、ターゲットをドロップレットと呼ぶ場合もある。

メインパルスレーザ光源１１０は、ターゲット供給部１３０から供給されるターゲット２００を励起させるためのパルスレーザ光１１１を出力する光源装置である。メインパルスレーザ光源１１０は「第２レーザ光源装置」に、パルスレーザ光１１１は「第２レーザ光」に、それぞれ該当する。

メインパルスレーザ光源１１０は、例えば、ＣＯ２（炭酸ガス）パルスレーザ光源として構成される。メインパルスレーザ光源１１０は、例えば、波長１０．６μｍ程度のレーザ光１１１を出力する。このメインパルスレーザ光１１１は、軸外放物面ミラー１１２び入射窓１０２等を介して、真空チャンバ１００内に入射し、ガス状のターゲット２１０を照射する。なお、レーザ光源としてＣＯ２パルスレーザを例に挙げるが、本発明はこれに限定されない。

加熱用のレーザ光源１２０は、ターゲット２００の形状及び状態（密度等）を事前に整えるための光源装置である。加熱用レーザ光源１２０は「第１レーザ光源装置」に、レーザ光１２１は「第１レーザ光」に、それぞれ該当する。加熱用レーザ光源１２０は、例えば、連続光（ＣＷ）または疑似連続光（Ｑｕａｓｉ−ＣＷ）のレーザ光を出力する。本実施例における連続光または疑似連続光は、例えば、ターゲット表面のアブレーション閾値を下回る程度のピーク強度を有するレーザ光、として定義可能である。

加熱用レーザ光源１２０としては、例えば、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザ等のレーザ光源を使用することができる。但し、本発明は、加熱用レーザ光源の種類を特に問わない。例えば、炭酸ガスレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｙｂ：ＹＡＧレーザやこれらの高調波光等を、加熱用レーザ光として用いてもよい。

さらに、可視光から近赤外域にかけての発振波長を有するレーザダイオード等を、加熱用レーザ光として用いてもよい。レーザダイオード光を用いる場合は、ファイバ結合させて輝度を高めることにより、微少なターゲット２００への照射が容易となる。さらに輝度を向上させるために、ファイバーレーザを用いてもよい。

加熱用レーザ光源１２０と入射窓１０３との間には、偏光板１２２と、λ／４波長板１２３と、ダンパ１２４とが設けられている。加熱用レーザ光源１２０から出力されるレーザ光は、偏光板１２２，λ／４波長板１２３及び入射窓１０３を介して、真空チャンバ１００内に入射する。

レーザ光１２１は、集光レンズ１８０を介して反射ミラー１７０に入射し、反射ミラー１７０によってターゲット２００の軌跡方向と同一方向に反射される。これにより、加熱用レーザ光１２１の光軸とターゲット２００の移動する軌跡とは、略一致する。ターゲット２００は、レーザ光１２１に照射されながら、メインパルスレーザ光１１１の集光点に向けて移動する。

反射ミラー１７０は、電動ステージ１７２に搭載されており、電動ステージ１７２によってターゲット２００の移動方向に移動できるようになっている。電動ステージ１７２は、電気フィードスルー１７３を介して外部の図示せぬ制御機器に接続されている。電気フィードスルー１７３は、真空チャンバ１００内の電動ステージ１７２に、電気信号を与えるためのものである。

さらに、反射ミラー１７０は、モーションフィードスルー１７３を介して、外部の図示せぬ手動操作器と接続される。反射ミラー１７０は、手動操作器によって、チルト及びロールの角度が調節される。その様子は、図２で後述する。

ターゲット２００は、加熱用レーザ光１２１により加熱された蒸発し、ガス状のターゲット２１０として所定位置に到達する。所定位置とは、メインパルスレーザ光１１１の集光点である。ガス状のターゲット２００にメインパルスレーザ光１１１が照射されると、プラズマが発生し、そのプラズマからＥＵＶ光が放射される。

ＥＵＶ集光ミラー１６０は、ＥＵＶ光を反射させて集めるためのミラーである。ＥＵＶ集光ミラー１６０には、メインパルスレーザ光１１１が通過するための穴部１６１を設けることもできる。

ＥＵＶ集光ミラー１６０の表面は、凹面状に形成されており、例えば、モリブデン膜とシリコン膜とから構成される多層膜（Ｍｏ／Ｓｉ）がコーティングされている。これにより、ＥＵＶ集光ミラー１６０は、波長１３．５ｎｍ程度のＥＵＶ光を反射する。

ＥＵＶ集光ミラー１６０により反射されるＥＵＶ光は、接続部１０１内に位置する中間集光点（IF：Intermediate Focus）に集まり、露光装置に供給される。なお、ＥＵＶ光の純度を高めるために、回折格子やフィルタ等の光学部品を用いてもよい。

ダンパ１６３は、ＥＵＶ集光ミラー１６０と接続部１０１との間に設けられており、メインパルスレーザ光１１１を吸収して熱に変換する。ダンパ１６３は、図示せぬ冷却装置により冷却することができる。ダンパ１６３は、メインパルスレーザ光１１１が露光装置側に入射するのを防止する。

制御部１５０は、極端紫外光源装置１の動作を制御する装置である。説明の便宜上、本実施例の制御部１５０は、各レーザ光源１１０，１２０及びターゲット供給部１３０等の動作をそれぞれ制御する。図１中では電気信号線を省略してるが、制御部１５０は、真空ポンプ１４０の動作も制御する。なお、図１では、便宜上、単一の制御部１５０によって、レーザ光の照射及びドロップレットの供給等を制御するかのように示すが、レーザ光源装置１１０，１２０とターゲット供給部１３０とを、それぞれ別々の制御装置で制御する構成でもよい。

反射ミラー１７０に対向するようにして、「別の反射ミラー」としての凹面ミラー１９０が設けられている。凹面ミラー１９０は、手動操作器１９２によって、その角度等を調節できるようになっている。凹面ミラー１９０には、反射ミラー１７０によって反射されたレーザ光１２１が入射する。

凹面ミラー１９０は、入射方向と逆方向にレーザ光１２１を反射する。凹面ミラー１９０は、集光レンズ１８０の焦点位置で集光するように、レーザ光１２１を反射する。従って、レーザ光１２１を効率的に使用してターゲット２００を加熱することができる。

真空ポンプ１４０の吸引口１４１は、ターゲット２００の落下する軌跡からメインパルスレーザ光１１１の進行方向側にずれて設けられている。ターゲット２００は、所定位置でメインパルスレーザ光１１１に照射されると、メインパルスレーザ光１１１の進行方向側に斜めに移動する。これにより、ターゲット２００のうちＥＵＶ光の発生に使用されなかった部分（デブリ）は、凹面ミラー１９０に衝突することなく、真空ポンプ１４０に吸引される。

凹面ミラー１９０によって反射されたレーザ光１２１は、入射方向を逆に進んで反射ミラー１７０に入射する。この加熱用レーザ光源１２０に向けて進むレーザ光を、戻り光１２１Ｂと呼ぶ。戻り光１２１Ｂは、反射ミラー１７０により反射され、集光レンズ１８０及び入射窓１０３等を介して、チャンバ１００の外部に出射する。戻り光１２１Ｂは、偏光板１２２により反射されてダンパ１２４に入射し、ダンパ１２４に吸収される。

図２は、反射ミラー１７０を拡大して示す斜視図である。ターゲット２００を通過させるための穴１７１は、例えば、反射ミラー１７０の中央部に設けられる。穴１７１は、反射ミラー１７０の角度がＦ１方向またはＦ２方向に調整された場合でも、ターゲット２００が通過できるように、その形成位置及び直径が設定される。

図２中に示す軸ＡＸ１は、ターゲット２００の移動する軌跡を示す軸である。別の軸ＡＸ２は、加熱用レーザ光１２１の光軸を示す。図２に示すように、本実施例では、ターゲット２００の軌跡ＡＸ１とレーザ光１２１の光軸とを略一致させることができる。以下の説明では、ターゲット２００の移動する軌跡ＡＸ１を、ターゲット軌跡ＡＸ１と呼ぶ場合があり、加熱用レーザ光１２１の光軸ＡＸ２をレーザ光軸ＡＸ２と呼ぶ場合がある。

電動ステージ１７２は、外部からの制御信号に応じて、反射ミラー１７０を、ターゲット軌跡ＡＸ１に沿うＦ３方向に移動させる。さらに、図外の手動操作器を用いることにより、反射ミラー１７０を、図中Ｆ１方向及びＦ２方向に所定範囲内で回動させることもできる。ターゲット軌跡ＡＸ１をＺ軸とすると、Ｆ１方向は、Ｘ軸を中心に回動する方向である。Ｆ２方向は、Ｙ軸を中心に回動する方向である。

図２に示すように、ターゲット軌跡ＡＸ１とレーザ光１２１の光軸ＡＸ２とが略一致する場合は、従来技術よりも長い時間、ターゲット２００に加熱用レーザ光１２１を照射することができる。照射時間が長くできるため、加熱用のレーザ光源１２０の出力を比較的小さくすることができる。低出力のレーザ光源１２０は、高出力のレーザ光源に比べて、コストも取付寸法も小さくできる。

次に、図３〜図９を参照して、従来技術よりも長い時間、ターゲット２００に加熱用レーザ光１２１を照射するための方法を検討する。図３は、ターゲット軌跡ＡＸ１とレーザ光軸ＡＸ２とが一致しない場合を示す。図中では、ターゲット２００の位置に応じて（１），（２），（３）等の符号を添える。ターゲット２００は、例えば、数十μｍの直径Ｄｄｐを有している。

ターゲット軌跡ＡＸ１に示すように、ターゲット２００は、メインパルスレーザ光の集光する所定位置に向けて、鉛直線上を落下する。加熱用レーザ光１２１は、ターゲット軌跡ＡＸ１から角度αだけ傾いた方向から、ターゲット２００を照射する。

ターゲット２００（１）の位置では、加熱用レーザ光１２１のエネルギ密度が十分に高まっていない。ターゲット２００（２）の位置では、加熱用レーザ光１２１のエネルギ密度が高くなり、ターゲット２００は加熱される。ターゲット２００（３）の位置は、加熱用レーザ光１２１のビーム径が最も細くなるウエスト１２１ｗである。

加熱用レーザ光１２１は、ウエスト１２１ｗで集光した後、広がっていく。ウエスト１２１ｗの位置は、集光レンズ１８０により定まる。ウエスト１２１ｗの位置では、加熱用レーザ光１２１のエネルギ密度が最も高くなる。ウエスト１２１ｗを通過後、ビーム径が広がるにつれて、ターゲット２００に加えられる熱が小さくなる。

このように、加熱用レーザ光１２１のビーム径はウエスト１２１ｗで最も小さくなり、その前後では広がる。従って、加熱用レーザ光１２１の中でターゲット２００を移動させて加熱するためには、有効な領域が存在する。その加熱に有効な領域に、ターゲット２００を位置させるためには、ターゲット軌跡ＡＸ１とレーザ光軸ＡＸ２との角度αを、所定角度以内に収める必要がある。この点については、図５〜図９で後述する。

図４は、ターゲット軌跡ＡＸ１が曲線を描く場合を示す。ターゲット２００は、常に鉛直線上を落下するとは限らない。例えば、意図的にあるいは意図せずに設けられる磁場等の影響により、ターゲット軌跡ＡＸ１ａが曲線を描く場合もある。あるいは、後述の実施例のように、ターゲット供給部１３０がターゲット２００を斜め上方に射出する場合も考えられる。

ターゲット軌跡ＡＸ１ａが曲線になっても、レーザ光軸ＡＸ２を曲線にすることはできない。そこで、この場合は、ターゲット軌跡ＡＸ１ａに接線ＴＬを引き、その接線ＴＬとレーザ光軸ＡＸ２との角度αが所定角度以内になるように設定する。接線ＴＬは、加熱用レーザ光１２１のウエスト１２１ｗにおける、ターゲット軌跡ＡＸ１ａに接するようにして設けられる。

図５は、加熱用レーザ光１２１を模式的に示す説明図である。上述の通り、加熱用レーザ光１２１は、集光レンズ１８０によって集光点に集光される。集光点でのビーム径は最も細くなり、ウエスト１２１ｗと呼ばれる。ウエスト１２１ｗでのエネルギ密度が最も高く、ウエスト１２１ｗから離れてビーム径が広がるほど、エネルギ密度が低下する。ウエスト１２１ｗから遠ざかるほど、レーザ光のエネルギ密度が低下し、ターゲット２００に伝わる熱量が少なくなる。

そこで、本実施例では、レーザ光１２１でターゲット２００を有効に加熱できる領域を、ウエスト１２１ｗを中心とする距離ｎｗの範囲に設定する。距離ｎｗとは、ウエスト１２１ｗの径寸法をｗとした場合、そのｎ倍の長さである。ウエスト１２１ｗを中心とする上下ｎｗずつの範囲が、ターゲット２００を有効に加熱できる範囲であると考える。例えば、ｎ＝５に設定することができる。しかし、本発明は、ｎ＝５に限定されない。例えば、ｎ＝４．５〜５．５、あるいは、ｎ＝４〜６、あるいは、ｎ＝３〜７等のように、ｎを５以上または５未満の値に設定することもできる。

図６は、加熱用レーザ光１２１のビーム径を説明するための図である。ウエスト１２１ｗにおけるビーム半径をＷ０、レーザ光の進行方向上の或る位置ｚにおけるビーム半径をＷ（ｚ）とする。ウエスト１２１ｗは、レーザ光の進行方向（図６中のＺ軸であり、このＺ軸は図５に示す光軸ＡＸ２に一致する）の原点０に位置する。この場合、或る位置におけるビーム半径Ｗ（ｚ）は、下記の式１で示される。

W(ｚ)＝W0・(１＋(M2)／(λ／π／W0＾２)＾２／ｚ＾２)＾(１／２)・・・式１
Ｍ２は、ビーム品質を示すＭ＾２を意味する。λはレーザ光の波長である。

ターゲット２００の径とウエスト１２１ｗの径とを一致させれば、効果的にターゲット２００を加熱できる。一方、数百ＷのＥＵＶ光を得るためには、ターゲット２００の体積を、少なくとも１０μｍ以上の直径を有する球の体積と同程度にする必要がある。それ以下の量のターゲットでは、十分な強さのＥＵＶ光を得ることができない。それ以上のターゲットでは、ターゲット物質の消費量が増大し、経済性の面で不利となる。

レーザ光１２１の波長λは、どのようなレーザを使用するかによって変化する。現在では、ＹＡＧレーザが比較的効率が良いと考えられているため、λ＝１．０６４μｍを用いることにする。

ビーム品質を示すＭ２は、理想的には１であることが好ましい（Ｍ２＝１）。しかし、レーザ発振器の構成やレーザ光の通過する光学系の仕様等によって、Ｍ２は変化するため、Ｍ２＝１を得るのは難しい。そこで、本実施例では、Ｍ２が４未満の範囲で検討する（Ｍ２＜４）。Ｍ２が４以上の場合（Ｍ２≧４）、レーザ光を集光させるのが難しく、かつ、その集光光学系も複雑となって実用性に欠けるためである。

図７は、ウエスト１２１ｗを中心として所定範囲（−ｎｗからｎｗまでの範囲：ｎ＝５）の、ビーム径の変化を示すグラフである。縦軸は、レーザ光１２１の半径Ｗ（ｚ）を示し、横軸は、光軸上の距離を示す。横軸は、レーザ光軸ＡＸ２である。図７には、ターゲット２００の直径Ｄｄｐ＝１０μｍ、ビーム品質Ｍ２＝４の場合の、ビーム径の変化が示されている。

図７に示すように、ビームウエスト１２１ｗの直径（２×Ｗ０）と、ターゲット２００の直径とを共に１０μｍに設定し、ターゲット２００を−５０μｍから５０μｍまでの所定範囲を通過させると、ターゲット２００を効率的に気化させて密度を調整できる。

従って、レーザ光軸ＡＸ２とターゲット軌跡ＡＸ１との角度αの限界値を求めると、α＝Arctan（9.4/50）＝１０．７度となる。ウエスト１２１ｗから５０μｍ離れた位置におけるビーム半径Ｗ（50）ば、図７のグラフによれば９．４である。

なお、Ｄｄｐ＝１０μｍ、Ｍ２＝４というパラメータ設定は、最悪のケースを想定したものである。従って、Ｍ２＜４、Ｄｄｐ＞１０μｍの場合でも、ターゲット軌跡ＡＸ１とレーザ光軸ＡＸ２との角度αが１０．７度以内であれば、ビームウエストの直径の２ｎ倍（本実施例では１０倍である）の範囲で、ターゲット２００を加熱できる。

図８，図９は、ターゲット２００の直径（μｍ）とレーザ光１２１のビーム品質Ｍ２とによって、角度αを求めるためのグラフである。横軸はターゲット直径を示し、縦軸はビーム品質を示す。図９は、図８中の一部を抜き出して示す図である。

角度αを求めるためのグラフには、複数の境界線Ｇ１〜Ｇ１４が含まれている。境界線Ｇ１までの領域は、ターゲット直径が１０−４０μｍ、Ｍ２が１−５までの範囲をカバーしている。境界線Ｇ１までの領域では、角度αを０−２度に設定する必要がある。例えば、Ｇ１までの領域では、ターゲット直径が３０μｍ、Ｍ２＝２〜４の場合、角度αを０−２度に設定すれば、ウエスト直径の２ｎ倍の範囲でターゲットを加熱できる。

境界線Ｇ１から境界線Ｇ２までの領域（以下、領域Ｇ１−Ｇ２と呼ぶ）では、角度αを２−４度に設定する必要がある。領域Ｇ２−Ｇ３ではα＝４−６度、領域Ｇ３−Ｇ４ではα＝６−８度、領域Ｇ４−Ｇ５ではα＝８−１０度、領域Ｇ５−Ｇ６ではα＝１０−１２度、領域Ｇ６−Ｇ７ではα＝１２−１４度に、設定する。

図９に移り、領域Ｇ７−Ｇ８ではα＝１４−１６度に、領域Ｇ８−Ｇ９ではα＝１６−１８度に、領域Ｇ９−Ｇ１０ではα＝１８−２０度に、領域Ｇ１０−Ｇ１１ではα＝２０−２２度に、領域Ｇ１１−Ｇ１２ではα＝２２−２４度に、領域Ｇ１２−Ｇ１３ではα＝２４−２６度に、領域Ｇ１３−Ｇ１４ではα＝２６−２８度に、領域Ｇ１４ではα＝２８−３０度に、設定する。

図９中に太い点線は、ターゲット直径＝１０μｍ、ビーム品質Ｍ２＝４の場合の範囲を示す。その点線の範囲内でパラメータを設定するならば、例えば、次の３つの場合を挙げることができる。第１の場合は、ターゲット直径＝１０μｍ、角度αが１０度以下の場合である。第２の場合は、ターゲット直径＝２０μｍ、角度αが４度以下の場合である。第３の場合は、ターゲット直径３０μｍ、角度αが２度以下の場合である。

以上の３つの場合は例示であって、本発明はそれらの数値に限定されない。上記点線の範囲内であれば、角度α、Ｍ２、ターゲット直径の各パラメータを設定できる。例えば、ターゲット直径が１５μｍの場合、角度αは６度以下に設定すればよい。

図１０は、レーザ光１２１でターゲット２００を加熱できる時間（横軸、単位sec）と、加熱用レーザ光１２１に求められる出力（縦軸、単位キロワット）との関係を示すグラフである。図１０中の太い実線は、ターゲットを完全に気化させるための領域を示す。その太い実線から右側の領域では、ターゲットを完全に気化させることができる。

図１０中の（ａ）は、従来技術の場合を示す。従来技術のように、ターゲットを短時間だけしか照射できない場合は、２キロワット近い出力のレーザ光源が必要となる。図１０中の（ｂ）は、本実施例の場合を示す。本実施例では、レーザ光軸とターゲット軌跡との角度αを所定角度に設定するため、従来よりも長時間、ターゲット２００をレーザ光１２１で加熱できる。従って、レーザ光源１２０に求められる出力は、０．２キロワット程度でよい。

本実施例は上述の構成を備えるため、以下の効果を奏する。本実施例では、加熱用レーザ光１２１の光軸ＡＸ２とターゲット軌跡ＡＸ１との角度を所定角度α以内に設定するため、従来よりも長時間ターゲット２００を加熱することができる。従って、加熱用レーザ光源１２０の出力を小さくすることができ、レーザ光源１２０のコスト及び取付寸法を小さくできる。

本実施例では、穴１７１を有する反射ミラー１７０をターゲット軌跡上に配置するため、レーザ光軸ＡＸ２とターゲット軌跡ＡＸ１とを略一致させることができる。なお、反射ミラー１７０に入射するレーザ光１２１のビーム径は、穴１７１の直径に比べて十分大きいため、穴１７１を通過するレーザ光による損失を、ほぼ無視することができる。

本実施例では、反射ミラー１７０に対向するようにして凹面ミラー１９０を設け、加熱用レーザ光１２１を、集光レンズ１８０による集光点に向けて反射させる。従って、加熱用レーザ光１２１を有効に利用することができ、効率を高めることができる。

本実施例では、メインパルスレーザ光１１１によってターゲット２００が押される側（図１中の左側）に、真空ポンプ１４０の吸引口１４１を設ける。従って、ＥＵＶ光の発生に使用されなかった、ターゲット物質の余り等を速やかに吸引できる。

図１１に基づいて第２実施例を説明する。以下に述べる各実施例は、第１実施例の変形例に相当する。従って、第１実施例との相違点を中心に説明する。本実施例では、ターゲットの移動方向とは逆の方向から加熱用レーザ光１２１を照射することにより、ターゲット２００を加熱し、蒸発させる。

図１１は、本実施例の極端紫外光源装置１０Ａを示す。ターゲット供給部１３０に対向するようにして、軸外放物面ミラー３１０が設けられている。その軸外放物面ミラー３１０は、電動ステージ３１２によって位置や姿勢を調節可能である。電動ステージ３１２は、電気フィードスルー３１３を介して外部の制御装置に接続される。

図１１において、軸外放物面ミラー３１０は、真横から入射する加熱用レーザ光１２１を上側に反射させる。反射されたレーザ光１２１の光軸は、ターゲット軌跡ＡＸ１と略一致する。ターゲット供給部１３０から吐出されるターゲット２００は、レーザ光１２１により加熱されつつ、メインパルスレーザ光１１１の集光点に向けて落下する。

ターゲット２００は、メインパルスレーザ光１１１が照射されることにより、その後の軌跡が変化する。ターゲット２００の移動する軌跡は、メインパルスレーザ光１１１の進行方向側にシフトするため、軸外放物面ミラー３１０にターゲット２００の余りが直接着弾するのを防止できる。従って、軸外放物面ミラー３１０にターゲット２００を通すための穴を設ける必要はない。このように構成される本実施例も第１実施例と同様の効果を奏する。

図１２に基づいて第３実施例を説明する。図１２の極端紫外光源装置１０Ｂに示すように、本実施例では、図１１に示す第２実施例の構成に、凹面ミラー３２０を加える。凹面ミラー３２０は、ターゲット供給部１３０とＥＵＶ集光ミラー１６０との間に位置し、その中心の穴３２１がターゲット２００の軌跡に一致するようにして設けられる。穴３２１の直径は、ターゲット２００が穴３２１を通過できる値に設定される。凹面ミラー３２０は、下側から入射する加熱用レーザ光１２１を、下側に向けて反射させる。

このように構成される本実施例も第１実施例、第２実施例と同様の効果を奏する。さらに、本実施例では、凹面ミラー３２０を設けるため、軸外放物面ミラー３１０で反射されたレーザ光１２１を有効に利用して、ターゲット２００を加熱できる。

図１３に基づいて第４実施例を説明する。図１３の極端紫外光源装置１０Ｃに示すように、本実施例では、第１実施例で述べた穴あき反射ミラー１７０に代えて、穴の無い反射ミラー３３０を用いる。

反射ミラー３３０は、ターゲット軌跡に干渉しないように、ターゲット軌跡から離れて設けられる。反射ミラー３３０は、ターゲット軌跡に対して角度αだけ傾いた方向で、加熱用レーザ光１２１を反射させる。反射ミラー３３０は、電動ステージ１７２によって、その位置が調整される。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の効果を奏する。さらに、本実施例では、反射ミラー３３０をターゲット軌跡に干渉しないように設けるため、ターゲット２００が通過するための穴を形成する必要がない。従って、ターゲット２００が反射ミラー３３０に着弾して汚損するのを未然に防止でき、信頼性を高めることができる。

図１４に基づいて第５実施例を説明する。図１４の極端紫外光源装置１０Ｄに示すように、本実施例では、図１３に示す第４実施例において、凹面ミラー１９０を設ける。従って、加熱用レーザ光１２１を有効に利用することができる。

図１５に基づいて第６実施例を説明する。図１５の極端紫外光源装置１０Ｅに示すように、本実施例では、集光レンズ１８０及び反射ミラー１７０に代えて、軸外放物面ミラー３４０を用いる。軸外放物面ミラー３４０、反射ミラー１７０と同様に、ターゲット軌跡上に配置されており、その中央部にはターゲット２００を通過させるための穴３４１が形成されている。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の効果を奏する。さらに、本実施例では、集光レンズ１８０及び反射ミラー１７０の組合せに代えて、一つの軸外放物面ミラー３４０を用いるため、部品点数を少なくして製造コストを低減できる。

図１６に基づいて第７実施例を説明する。図１６に示す極端紫外光源装置１０Ｆに示すように、本実施例では、ターゲット供給部１３０を真空チャンバ１００の底部に設け、上方に臨むノズル１３１からターゲット２００を射出させる。そして、本実施例では、ターゲット２００の移動方向逆向きから加熱用レーザ光１２１を照射し、ターゲット２００を加熱して蒸発させる。

本実施例では、重力に逆らってターゲット２００を射出するため、ターゲット軌跡は放物線を描く。従って、図４で述べたように、ターゲット軌跡に接線を引き、その接線とレーザ光１２１の光軸との角度が所定角度αとなるように設定する。このように構成される本実施例も第１実施例と同様の効果を奏する。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。例えば、当業者であれば、前記各実施例を適宜組み合わせることができる。

第１実施例に係る極端紫外光源装置の構成図。 ターゲットを通過させるための穴が形成されている反射ミラーの斜視図。 ターゲット軌跡と加熱用レーザ光の光軸との関係を示す説明図。 ターゲット軌跡が曲線の場合の、レーザ光軸との関係を示す説明図。 ターゲットを有効に加熱できる範囲を示す説明図。 加熱用レーザ光のビーム径の変化を示す説明図。 ビーム径の変化とターゲットとの関係を示す説明図。 ターゲット直径とビーム品質によって所定角度を求めるための特性図。 図８の一部を抜き出して示す特性図。 加熱用レーザ光をターゲットに照射可能な時間と、加熱用レーザ光源に求められる出力との関係を示す説明図。 第２実施例に係る極端紫外光源装置の説明図。 第３実施例に係る極端紫外光源装置の説明図。 第４実施例に係る極端紫外光源装置の説明図。 第５実施例に係る極端紫外光源装置の説明図。 第６実施例に係る極端紫外光源装置の説明図。 第７実施例に係る極端紫外光源装置の説明図。

符号の説明

１０，１０Ａ ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ：極端紫外光源装置、１００：真空チャンバ、１０１：接続部、１０２，１０３：入射窓、１１０：メインパルスレーザ光源、１１１：メインパルスレーザ光、１２０加熱用レーザ光源、１２１：加熱用レーザ光、１２１Ｂ：戻り光、１２１ｗ：ビームウエスト、１３０：ターゲット供給部、１３１：ノズル、１４０：真空ポンプ、１４１：吸引口、１５０：制御部、１６０：集光ミラー 、１６１：穴部、１７０：反射ミラー、１７１：穴、１８０：集光レンズ、１９０：凹面ミラー、２００：ターゲット、２１０：気化したターゲット、３１０：軸外放物面ミラー、３２０：凹面ミラー、３２１：穴、３３０：反射ミラー、３４０：軸外放物面ミラー、３４１：穴、ＡＸ１，ＡＸ１ａ：ターゲット軌跡、ＡＸ２：加熱用レーザ光の光軸、ＴＬ：接線

Claims (8)

1. レーザ光をターゲット物質に照射してプラズマ化させることにより、極端紫外光を発生させる極端紫外光源装置であって、
   チャンバと、
   前記チャンバ内に向けて、吐出口から前記ターゲット物質を供給するターゲット物質供給部と、
   連続光または疑似連続光のいずれかとして構成される第１レーザ光を出力する第１レーザ光源と、
   前記第１レーザ光を前記ターゲット物質に照射して加熱させる加熱用光学系と、
   前記第１レーザ光により加熱された前記ターゲット物質に、第２レーザ光を照射して前記ターゲット物質をプラズマ化させるための第２レーザ光源と、
   前記プラズマから放射される前記極端紫外光を集光するための集光ミラーと、
   を備え、
   前記ターゲット物質の移動する軌跡と前記ターゲット物質に照射される前記第１レーザ光の光軸との角度が、所定角度以下に設定され、
   前記所定角度は、前記ターゲット物質の大きさと前記第１レーザ光の品質とに応じて設定され、
   前記加熱用光学系は、前記ターゲット物質が通過するための穴部を有する第１反射ミラーを備え、
   前記第１反射ミラーは、前記穴部が前記ターゲット物質の軌跡上に位置するようにして前記チャンバ内に設けられており、前記第１レーザ光源から入射する前記第１レーザ光を、前記ターゲット物質の軌跡と同軸方向に反射させる、極端紫外光源装置。
2. 前記加熱用光学系は、前記第１反射ミラーによって反射される前記第１レーザ光を、前記ターゲット物質の軌跡と同軸で前記第１反射ミラーに向けて反射させるための、別の反射ミラーを備えており、
   前記第１レーザ光源と前記第１反射ミラーとの間には、前記第１レーザ光源に向けて前記第１レーザ光が戻るのを防止するための逆流防止用光学系が設けられている、
   請求項１に記載の極端紫外光源装置。
3. 前記ターゲット物質が、前記ターゲット物質の大きさに応じて定まる所定距離以上、前記第１レーザ光の中を移動できるように、前記所定角度が設定される、請求項１に記載の極端紫外光源装置。
4. 前記ターゲット物質が直径１０μｍのドロップレットである場合に、前記所定角度は１０度以下の値に設定される、請求項１に記載の極端紫外光源装置。
5. 前記ターゲット物質が直径２０μｍのドロップレットである場合に、前記所定角度は４度以下の値に設定される、請求項１に記載の極端紫外光源装置。
6. 前記ターゲット物質が直径３０μｍのドロップレットである場合に、前記所定角度は２度以下に設定される、請求項１に記載の極端紫外光源装置。
7. 前記ターゲット物質の移動する軌跡が曲線の場合、前記第１レーザ光のウエスト部で前記曲線に接する接線と前記第１レーザ光の光軸との角度が、前記所定角度以下となるように設定される、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の極端紫外光源装置。
8. チャンバと、前記チャンバ内に向けて吐出口からターゲット物質を供給するターゲット物質供給部と、連続光または疑似連続光のいずれかとして構成される第１レーザ光を出力する第１レーザ光源と、前記第１レーザ光を前記ターゲット物質に照射して加熱させる加熱用光学系と、前記第１レーザ光により加熱された前記ターゲット物質に第２レーザ光を照射して前記ターゲット物質をプラズマ化させるための第２レーザ光源と、前記プラズマから放射される前記極端紫外光を集光するための集光ミラーとを備える極端紫外光光源装置における極端紫外光の生成方法であって、
   前記ターゲット物質供給部から前記チャンバ内に前記ターゲット物質を供給し、
   前記第１レーザ光源から出力された第１レーザ光と前記ターゲット物質供給部から供給された前記ターゲット物質の移動する軌跡との角度が所定角度以下となるように、前記加熱用光学系を介して前記ターゲット物質に前記第１レーザ光を照射して該ターゲット物質を加熱し、
   加熱された前記ターゲット物質に第２レーザ光を照射して前記ターゲット物質をプラズマに変換し、
   前記プラズマから放射される極端紫外光を集光し、
   前記所定角度は、前記ターゲット物質の大きさと前記第１レーザ光の品質とに応じて設定され、
   前記加熱用光学系は、前記ターゲット物質が通過するための穴部を有する第１反射ミラーを備え、
   前記第１反射ミラーは、前記穴部が前記ターゲット物質の軌跡上に位置するようにして前記チャンバ内に設けられており、前記第１レーザ光源から入射する前記第１レーザ光を、前記ターゲット物質の軌跡と同軸方向に反射させる、
   極端紫外光の生成方法。

Images