JP5551722B2 - 極端紫外光源装置用ドライバーレーザ - Google Patents
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Description
図33に示す発振増幅型レーザ10は、短パルスCO2レーザによって構成される発振器11と、短パルスCO2レーザが発生したレーザ光を増幅する増幅器12とを含んでいる。ここで、増幅器12が光共振器を持たない場合に、そのような構成を有するレーザシステムは、MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)システムと呼ばれる。増幅器12は、二酸化炭素(CO2)、窒素(N2)、ヘリウム(He)、さらに、必要に応じて、水素(H2)、一酸化炭素(CO)、キセノン(Xe)等を含むCO2レーザガスを放電によって励起する放電装置を有している。
なお、図33に示す増幅器12と異なり、増幅段に共振器を設ける場合には、増幅段単体によるレーザ発振が可能である。そのような構成を有するレーザシステムは、MOPO(Master Oscillator Power Oscillator)システムと呼ばれる。
ここで、図33においては、レーザエネルギーAをレーザエネルギーBまで増幅するために、増幅器を1段しか設けていないが、所望のレーザエネルギーBが得られない場合には、複数段の増幅器を用いてもよい。
A=g0×L ・・・(1)
ここで、g0は増幅利得であり、Lは増幅利得長(放電長)である。
2パス増幅の場合には、増幅利得長(放電長)が1パス増幅の2倍になるので、自励発振の発生し易さが1パス増幅の2倍になってしまうことになる。
図1は、本発明に係る極端紫外光源用ドライバーレーザ(以下において、単に「ドライバーレーザ」とも言う)が適用されるLPP型EUV光源装置の概要を示す模式図である。図1に示すように、このLPP型EUV光源装置は、ドライバーレーザ1と、EUV光発生チャンバ2と、ターゲット物質供給部3と、光学系4とを含んでいる。
EUV光発生チャンバ2は、EUV光の生成が行われる真空チャンバである。EUV光発生チャンバ2には、ドライバーレーザ1から発生したレーザ光6をEUV光発生チャンバ2内に通過させるための窓21が設けられている。また、EUV光発生チャンバ2の内部には、ターゲット噴射ノズル31と、ターゲット回収筒32と、集光ミラー8とが配置されている。
集光ミラー8は、例えば、13.5nmの光を高反射率で反射するMo/Si膜がその表面に形成された凹面鏡であり、発生したEUV光7を反射することにより集光して伝送光学系に導く。さらに、このEUV光は、伝送光学系を介して露光装置等へ導かれる。なお、図1において、集光ミラー8は、紙面の手前方向にEUV光を集光する。
図2は、本実施形態に係るドライバーレーザの原理を示す模式図である。図2に示すように、このドライバーレーザは、共振によりレーザ光を発振する発振器41と、発振器41から出射されるレーザ光を増幅する増幅器42とを具備する。増幅器42は、偏光子51と、放電部52と、自励発振光フィルタ53と、λ/4波長板54と、フィードバックミラー55とを含んでいる。
図4は、発振器41の構成を示す模式図である。図4に示すように、この発振器41は、レーザ媒質100と、共振器を構成するリアミラー101及び高反射(HR)ミラー102と、偏光ビームスプリッタ104と、ポッケルスセル(PC)105と、λ/4波長板106と、反射ミラー107とを含んでいる。
レーザ光は、リアミラー101及びHRミラー102間を往復しながらレーザ媒質100を通過することにより、CW(連続発振)励起又はパルス励起される。
λ/4波長板106は、そこを通過する直線偏光のレーザ光を円偏光のレーザ光に変換し、円偏光のレーザ光を直線偏光のレーザ光に変換する。
図5は、増幅器42の構成を示す模式図である。図5に示すように、増幅器42の放電部52は、ウィンドウ131、132と、放電管141〜148と、ミラー151〜158とを含んでいる。放電管141〜148内にはレーザ媒質が充填されており、放電管141〜148にそれぞれ配置された電極対に所定のタイミングで放電を行わせることでレーザ媒質を励起することができる。なお、ウィンドウ131、132は、ZnSe等を含んでいても良い。また、レーザ媒質は、二酸化炭素(CO2)、窒素(N2)、ヘリウム(He)、さらに、必要に応じて、水素(H2)、一酸化炭素(CO)、キセノン(Xe)等を含むCO2レーザガスであっても良い。
詳細には、発振器41から出射して偏光子51を通過したレーザ光(P偏光)は、ウィンドウ131を通過し、放電管141に入射して増幅される。放電管141内において増幅されたレーザ光は、ミラー151によってY軸方向に反射され、放電管142に入射して増幅される。放電管142内において増幅されたレーザ光は、ミラー152によってX軸の逆方向に反射され、放電管143に入射して増幅される。放電管143内において増幅されたレーザ光は、ミラー153によってY軸の逆方向に反射され、放電管144に入射して増幅される。
なお、可飽和吸収体は、自励発振光を吸収すると、自励発振光のエネルギーにより、温度が上昇する。また、可飽和吸収体の可飽和吸収特性は、温度が上昇すると悪化する。そこで、可飽和吸収体セル62に吸気口及び排気口を設けて、可飽和吸収体をフローさせるようにしても良い。
詳細には、自励発振光フィルタ53を再び通過したレーザ光(S偏光)は、ウィンドウ132を通過し、放電管148に入射して増幅される。放電管148内において増幅されたレーザ光は、ミラー158によってY軸方向に反射され、放電管147に入射して増幅される。放電管147内において増幅されたレーザ光は、ミラー157によってX軸の逆方向に反射され、放電管146に入射して増幅される。放電管146内において増幅されたレーザ光は、ミラー156によってY軸の逆方向に反射され、放電管145に入射して増幅される。
以上のようにして2パス目の増幅が行われたレーザ光は、ウィンドウ131を通過し、偏光子51によってEUV光発生チャンバ(図1)の方向に反射される。
図9(a)は、自励発振光フィルタ53が存在しないものとした場合に、放電部52において自励発振が発生したときに、放電部52からフィードバックミラー55側に出射しフィードバックミラー55によって反射されて放電部52に再び入射する入射レーザ光(1パス目の出射レーザ光、すなわち2パス目の入射レーザ光に相当)、及びそのような入射レーザ光を増幅することで放電部52から偏光子51側に出射されるレーザ光(2パス目の出射レーザ光に相当)の波形を規格化して示す図である。放電部52において自励発振が発生した場合には、図9(a)において実線で示すように、自励発振光が、ペデスタル(pedestal)部として波形に現れる。そのようなレーザ光がフィードバックミラー55によって反射されて放電部52に入射すると、図9(a)において破線で示すように、2パス目の増幅においてペデスタル部も増幅されてしまう。このように、メインパルスの2パス目の増幅において、放電部52内の放電エネルギーの一部がペデスタル部の増幅に使われてしまうと、メインパルス部の増幅に使われる放電エネルギーが少なくなってしまうことになる。
図14は、本実施形態に係るドライバーレーザの原理を示す模式図である。図14に示すように、このドライバーレーザは、発振器41と、発振器41から出射されるレーザ光を増幅する増幅器43とを具備する。増幅器43は、偏光子51と、放電部52と、円偏光ミラー(λ/4 phase retarding mirror)56と、自励発振光フィルタ53と、フィードバックミラー55とを含んでいる。
自励発振光フィルタ53を再度通過したレーザ光(進行方向に向かって時計方向回りの円偏光)は、円偏光ミラー56によって図中の左方に反射される。円偏光ミラー56は、円偏光(ここでは、進行方向に向かって時計方向回り)のレーザ光を、直線偏光(ここでは、S偏光)のレーザ光に変換して反射する。
放電部52において再び増幅されたレーザ光(S偏光)は、偏光子51によってEUV光発生チャンバ(図1)の方向に反射される。
図15は、増幅器43の構成を示す模式図である。
発振器41から出射して偏光子51を通過したレーザ光(P偏光)に対して、放電部52において1パス目の増幅が行われる。
自励発振光フィルタ53を通過したレーザ光(円偏光)は、フィードバックミラー55によってY軸方向に反射される。フィードバックミラー55は、進行方向に向かって反時計方向回りの円偏光のレーザ光を進行方向に向かって時計方向回りの円偏光のレーザ光に変換する。
自励発振光フィルタ53を再び通過したレーザ光(進行方向に向かって時計方向回りの円偏光)は、円偏光ミラー56によってX軸方向に反射される。
2パス目の増幅が行われたレーザ光は、ウィンドウ131を通過し、偏光子51によってEUV光発生チャンバ(図1)の方向に反射される。
図18は、本実施形態に係るドライバーレーザの原理を示す模式図である。図18に示すように、このドライバーレーザは、発振器41と、増幅器42とを具備する。
図19は、本実施形態に係るドライバーレーザの原理を示す模式図である。図19に示すように、このドライバーレーザは、発振器41と、増幅器43とを具備する。
自励発振光フィルタ53を再度通過したレーザ光(進行方向に向かって反時計方向回りの円偏光)は、円偏光ミラー56によって図中の左方向に反射される。円偏光ミラー56は、円偏光(ここでは、進行方向に向かって反時計方向回り)のレーザ光を、直線偏光(ここでは、P偏光)のレーザ光に変換して反射する。
放電部52において再び増幅されたレーザ光(P偏光)は、偏光子51を通過して、EUV光発生チャンバ(図1)の方向(図中の左方向)に出力される。
図20は、本実施形態に係るドライバーレーザの原理を示す模式図である。図20に示すように、このドライバーレーザは、発振器41と、2パス増幅を行う増幅器44と、1パス増幅を行う増幅器45と、ミラー110とを具備する。増幅器44は、偏光子57と、放電部52と、自励発振光フィルタ53と、λ/4波長板54と、フィードバックミラー55とを含んでいる。
偏光子57によって図中の下方向に反射されたレーザ光は、ミラー110によって、図中の右方向に反射され、増幅器45に入射する。増幅器45に入射したレーザ光は、増幅されてEUV光発生チャンバ(図1)に入射する。
図21は、本実施形態に係るドライバーレーザの原理を示す模式図である。図21に示すように、このドライバーレーザは、発振器41と、2パス増幅を行う増幅器46と、1パス増幅を行う増幅器45と、ミラー110とを具備する。増幅器46は、偏光子57と、放電部52と、円偏光ミラー56と、自励発振光フィルタ53と、フィードバックミラー55とを含んでいる。
自励発振光フィルタ53を再度通過したレーザ光(進行方向に向かって時計方向回りの円偏光)は、円偏光ミラー56によって図中の左方に反射される。円偏光ミラー56は、円偏光(ここでは、進行方向に向かって時計方向回り)のレーザ光を、直線偏光(ここでは、S偏光)のレーザ光に変換して反射する。
放電部52において再び増幅されたレーザ光(S偏光)は、偏光子57によって図中の下方向に反射される。
図22は、本実施形態に係るドライバーレーザの原理を示す模式図である。図22に示すように、このドライバーレーザは、発振器41と、2パス増幅を行う増幅器44と、1パス増幅を行う増幅器45と、ミラー110とを具備する。
図23は、本実施形態に係るドライバーレーザの原理を示す模式図である。図23に示すように、このドライバーレーザは、発振器41と、2パス増幅を行う増幅器46と、1パス増幅を行う増幅器45とを具備する。
自励発振光フィルタ53を再度通過したレーザ光(進行方向に向かって反時計方向回りの円偏光)は、円偏光ミラー56によって図中の左方向に反射される。円偏光ミラー56は、円偏光(ここでは、進行方向に向かって反時計方向回り)のレーザ光を、直線偏光(ここでは、P偏光)のレーザ光に変換して反射する。
放電部52において再び増幅されたレーザ光(P偏光)は、第1のウィンドウを透過し偏光子57を通過して、増幅器45に入射する。増幅器45に入射したレーザ光は、増幅されてEUV光発生チャンバ(図1)に入射する。
図24は、本実施形態に係るドライバーレーザの原理を示す模式図である。図24に示すように、このドライバーレーザは、発振器41と、増幅器44〜46と、光学系111とを具備する。
光学系111は、増幅器44から入射したレーザ光(P偏光)をS偏光に変換して図中の上方に出射する。
増幅器44から出射したレーザ光(P偏光)は、ミラー121によって図中の上方に反射され、λ/2波長板122に入射する。λ/2波長板122は、そこを通過する光の偏光面を90°回転させる。すなわち、λ/2波長板122に入射したP偏光は、S偏光に変換されて増幅器46に入射する。
増幅器45は、増幅器46から入射したレーザ光(P偏光)を増幅してEUV光発生チャンバ(図1)に出射する。
図26の(a)又は(b)に示すように、増幅器44からX軸の逆方向に出射したレーザ光(P偏光)は、ミラー123によってZ軸方向に反射され、更に、ミラー124によってY軸の逆方向に反射される。
図27に示すように、増幅器44から出射したレーザ光(P偏光)は、円偏光ミラー125によって円偏光(進行方向に向かって反時計回りの円偏光)に変換されて図中の上方に反射される。円偏光ミラー125によって図中の上方に反射されたレーザ光(進行方向に向かって反時計回りの円偏光)は、円偏光ミラー126によってS偏光に変換されて図中の右方向に反射される。
図28は、本実施形態に係るドライバーレーザの原理を示す模式図である。図28に示すように、このドライバーレーザは、発振器41と、増幅器161とを具備する。増幅器161は、放電部52と、偏光子57と、λ/2波長板122と、ミラー171〜174とを含んでいる。なお、放電部52の構成は、先に説明した第1〜第9の実施形態における放電部52(図5、図15参照)と同様であり、図5、図15に示すウィンドウ131、132が本発明における第1、第2のウィンドウに対応する。
また、自励発振光フィルタ(図6、図12、図13等参照)をレーザ光路中に更に配置することとしても良い。
第1〜第9の実施形態に係るドライバーレーザにおいては、フィードバックミラー55を用いて、放電部52から出射したレーザ光を放電部52に再度入射させている。そして、フィードバックミラー55は、基本的に、その光学反射面がレーザ光軸と略直交するように配置される。しかしながら、そのように配置されるフィードバックミラー55は、放電部52のゲイン(増幅度)が高い場合に、放電部52内のレーザ媒質が励起状態であるときに発生するASE(Amplified. Spontaneous Emission)光を共振・増幅させてしまう自励発振を誘発する。
図29は、本実施形態に係るドライバーレーザの原理を示す模式図である。図29に示すように、このドライバーレーザは、発振器41と、増幅器162とを具備する。増幅器162は、放電部52と、偏光子57と、λ/2波長板122と、ミラー171〜174とを含んでいる。
また、自励発振光フィルタ(図6、図12、図13等参照)をレーザ光路中に更に配置することとしても良い。
第10の実施形態に係るドライバーレーザにおいては、偏光子57が増幅器161内の図中左側(発振器41側)に配置されており(図28参照)、レーザ光が後段の装置(レーザ光をEUV光発生チャンバや他の増幅器等へ導く光学系等)に向かって出射される位置(偏光子57の位置)と後段の装置との間の距離が長くなっている。また、偏光子57から後段の装置に向かって出射されるレーザ光が、ミラー172によって反射されてミラー173に向かうレーザ光と交差する。
図30は、本実施形態に係るドライバーレーザの原理を示す模式図である。図30に示すように、このドライバーレーザは、発振器41と、増幅器163とを具備する。増幅器163は、放電部52と、偏光子57、58と、λ/2波長板122と、ミラー171、172とを含んでいる。
また、自励発振光フィルタ(図6、図12、図13等参照)をレーザ光路中に更に配置することとしても良い。
図31は、本実施形態に係るドライバーレーザの原理を示す模式図である。図31に示すように、このドライバーレーザは、発振器41と、増幅器164とを具備する。増幅器164は、放電部52、59と、自励発振光フィルタ53と、偏光子57と、λ/2波長板122と、ミラー171〜174とを含んでいる。なお、放電部59の構成は、放電部52(図5、図15参照)と同様であり、図5、図15に示すウィンドウ131、132が本発明における第1、第2のウィンドウに対応する。
図32は、本実施形態に係るドライバーレーザの原理を示す模式図である。図32に示すように、このドライバーレーザは、発振器41と、増幅器165とを具備する。増幅器165は、放電部52、59と、自励発振光フィルタ53と、偏光子57、58と、λ/2波長板122と、ミラー171〜174とを含んでいる。
偏光子57に入射したレーザ光(S偏光)は、図中の上方向に反射され、更に、ミラー174によって図中の右方向に反射される。ミラー174によって反射されたレーザ光(S偏光)は、第1のウィンドウを透過して放電部59に入射する。放電部59に入射したレーザ光(S偏光)は、励起されたレーザ媒質を通過する際に増幅される。
Claims (10)
- レーザ光源から出力されるパルスレーザ光をターゲット物質に照射することにより前記ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を発生させる極端紫外光源装置において用いられるドライバーレーザであって、
発振によりパルスレーザ光の第1のビームを生成して出力する発振器と、
前記発振器から出力される第1のビームを入力し、該第1のビームを増幅して出力する少なくとも1つの増幅器と、
を具備し、前記増幅器が、
パルスレーザ光を入力するための第1のウィンドウ及びパルスレーザ光を出力するための第2のウィンドウを有し、放電により励起された媒体のエネルギーを用いて、前記第1のウィンドウに入力されるパルスレーザ光を増幅して前記第2のウィンドウから出力する放電部と、
前記発振器から出力される第1のビームを前記放電部の前記第1のウィンドウに出力し、その後に前記放電部の前記第2のウィンドウから出力される第2のビームを前記放電部の前記第1のウィンドウに出力し、その後に前記放電部の前記第2のウィンドウから出力される第3のビームを所定の方向に出力する光学系と、
を含み、
前記第2のビーム及び前記第3のビームの各々の波形が、光強度のピークを含むメインパルス部と、光強度がメインパルス部における光強度の上昇よりも緩やかに上昇するペデスタル部とを含み、
前記第3のビームのペデスタル部の光強度の最大値に対する前記第3のビームのメインパルス部の光強度の最大値の比率が、前記第2のビームのメインパルス部の光強度の最大値に対する前記第2のビームのメインパルス部の光強度の最大値の比率以上である、極端紫外光源装置用ドライバーレーザ。 - レーザ光源から出力されるパルスレーザ光をターゲット物質に照射することにより前記ターゲット物質をプラズマ化して極端紫外光を発生させる極端紫外光源装置において用いられるドライバーレーザであって、
発振によりパルスレーザ光の第1のビームを生成して出力する発振器と、
前記発振器から出力される第1のビームを入力し、該第1のビームを増幅して出力する少なくとも1つの増幅器と、
を具備し、前記増幅器が、
パルスレーザ光を入出力するための第1及び第2のウィンドウをそれぞれ有し、放電により励起された媒体のエネルギーを用いて、前記第1のウィンドウに入力されるパルスレーザ光を増幅して前記第2のウィンドウから出力し、前記第2のウィンドウに入力されるパルスレーザ光を増幅して前記第1のウィンドウから出力する第1及び第2の放電部と、
前記発振器から出力される第1のビームを前記第1の放電部の前記第1のウィンドウに出力し、その後に前記第1の放電部の前記第2のウィンドウから出力される第2のビームを前記第2の放電部の前記第1のウィンドウに出力し、その後に前記第2の放電部の前記第2のウィンドウから出力される第3のビームを前記第1の放電部の前記第1のウィンドウに出力し、その後に前記第1の放電部の前記第2のウィンドウから出力される第4のビームを前記第2の放電部の前記第1のウィンドウ又は前記第2のウィンドウに出力し、その後に前記第2の放電部の前記第2のウィンドウ又は前記第1のウィンドウから出力される第5のビームを所定の方向に出力する光学系と、
を含み、
前記第2のビーム及び前記第4のビームの各々の波形が、光強度のピークを含むメインパルス部と、光強度がメインパルス部における光強度の上昇よりも緩やかに上昇するペデスタル部とを含み、
前記第4のビームのペデスタル部の光強度の最大値に対する前記第4のビームのメインパルス部の光強度の最大値の比率が、前記第2のビームのメインパルス部の光強度の最大値に対する前記第2のビームのメインパルス部の光強度の最大値の比率以上である、極端紫外光源装置用ドライバーレーザ。 - 前記第1及び/又は第2のウィンドウから出力される自励発振光を減衰させる少なくとも1つの自励発振光減衰手段を更に含む、請求項1又は2記載の極端紫外光源装置用ドライバーレーザ。
- 前記自励発振光減衰手段が、可飽和吸収体が充填され、前記可飽和吸収体にパルスレーザ光を入出力するための2つのウィンドウが設けられたセルを含む、請求項3記載の極端紫外光源装置用ドライバーレーザ。
- 前記自励発振光減衰手段の2つのウィンドウが、パルスレーザ光の光軸に対してブリュースタ角を為すように設けられている、請求項4記載の極端紫外光源装置用ドライバーレーザ。
- 前記自励発振光減衰手段が、
パルスレーザ光を集光して前記2つのウィンドウの一方に入射するための集光手段と、
前記2つのウィンドウの他方から出射するパルスレーザ光をコリメートするためのコリメート手段と、
を更に含む、請求項4又は5記載の極端紫外光源装置用ドライバーレーザ。 - 前記自励発振光減衰手段の2つのウィンドウが、ピンホール状の径を有しており、
前記自励発振光減衰手段が、ピンホール板の機能を兼ね備えている、請求項6記載の極端紫外光源装置用ドライバーレーザ。 - 前記自励発振光減衰手段が、
ピンホールが形成されたピンホール板と、
パルスレーザ光を前記ピンホールに集光させるための集光手段と、
前記ピンホールを通過したパルスレーザ光をコリメートするためのコリメート手段と、
を含む、請求項3記載の極端紫外光源装置用ドライバーレーザ。 - 前記発振器及び/又は前記増幅器が、レーザ媒質としてCO2を含む、請求項1〜8のいずれか1項記載の極端紫外光源装置用ドライバーレーザ。
- 前記発振器と前記少なくとも1つの増幅器とが、MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)を構成する、請求項1〜9のいずれか1項記載の極端紫外光源装置用ドライバーレーザ。
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