JP5893014B2 - Ｅｕｖ光源のためのプレパルスを有する主発振器−電力増幅器駆動レーザ - Google Patents

Ｅｕｖ光源のためのプレパルスを有する主発振器−電力増幅器駆動レーザ Download PDF

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Description

［関連出願への相互参照］
本出願は、２０１１年３月３１日出願の米国一般特許出願第１３／０７７２３６号の恩典を請求し、かつ代理人整理番号第２００９−００３８−０１号である２０１０年６月２４日出願の「ＥＵＶ光源のためのプレパルスを有する主発振器−電力増幅器駆動レーザ」という名称の米国特許仮出願第６１／３９８，４５２号の恩典を主張するものであり、これら特許の開示内容全体は、引用によりここで本明細書に組み込まれる。
本出願は、代理人整理番号第２００６−００６５−０１号である２００７年１２月２０日出願の「ＥＵＶ光源のための駆動レーザ」という名称の米国特許出願番号第１２／００４，９０５号と、代理人整理番号第２００７−００１０−０２号である２００７年４月１０日出願の「レーザ生成プラズマＥＵＶ光源」という名称の米国特許出願番号第１１／７８６，１４５号と、代理人整理番号第２００７−００３０−０１号である２００７年７月１３日出願の「変調妨害波を使用して生成した液滴流を有するレーザ生成プラズマＥＵＶ光源」という名称の米国特許出願番号第１１／８２７，８０３号と、代理人整理番号第２００５−００８５−０１号である２００６年２月２１日出願の「プレパルスを有するレーザ生成プラズマＥＵＶ光源」という名称の米国特許出願番号第１１／３５８，９８８号と、代理人整理番号第２００４−０００８−０１号である２００５年２月２５日出願の「ＥＵＶプラズマ源ターゲット送出の方法及び装置」いう名称の米国特許出願番号第１１／０６７，１２４号と、代理人整理番号第２００５−０００３−０１号である２００５年６月２９日出願の「ＬＰＰ−ＥＵＶ原材料ターゲット送出システム」という名称の米国特許出願番号第１１／１７４，４４３号と、代理人整理番号第２００５−０１０２−０１号である２００６年２月２１日出願の「ＥＵＶ光源のための原材料分注器」という名称の米国特許出願番号第１１／３５８，９８３号と、代理人整理番号第２００５−００８１−０１号である２００６年２月２１日出願の「レーザ生成プラズマＥＵＶ光源」という名称の米国特許出願番号第１１／３５８，９９２号と、代理人整理番号第２００５−００４４−０１号である２００５年６月２９日出願の「ＬＰＰ−ＥＵＶ光源駆動レーザシステム」という名称の米国特許出願番号第１１／１７４，２９９号と、代理人整理番号第２００６−０００３−０１号である２００６年４月１７日出願の「ＥＵＶ光源のための代替燃料」という名称の米国特許出願番号第１１／４０６，２１６号と、代理人整理番号第２００６−００２５−０１号である２００６年１０月１３日出願の「ＥＵＶ光源のための駆動レーザ送出システム」という名称の米国特許出願番号第１１／５８０，４１４号と、代理人整理番号第２００６−００６−０１号である２００６年１２月２２日出願の「レーザ生成プラズマＥＵＶ光源」という名称の米国特許出願番号第１１／６４４，１５３号と、代理人整理番号第２００６−００２７−０１号である２００６年８月１６日出願の「ＥＵＶ光学系」という名称の米国特許出願番号第１１／５０５，１７７号と、代理人整理番号第２００６−０００１−０１号である２００６年６月１４日出願の「ＥＵＶ光源のための駆動レーザ」という名称の米国特許出願番号第１１／４５２，５５８号と、２００５年８月９日にＷｅｂｂ他に付与された「長期遅延高ＴＩＳパルス伸長器」という名称の米国特許第６，９２８，０９３号と、代理人整理番号第２００４−０１４４−０１号である２００６年３月３１日出願の「共焦点パルス伸長器」という名称の米国特許出願番号第１１／３９４，５１２号と、代理人整理番号第２００４−０１２８−０１号である２００５年５月２６日出願の「線ビームとして成形されたレーザと基板上に堆積されたフィルムの間の相互作用を実施するシステム及び方法」という名称の米国特許出願番号第１１／１３８，００１号と、現在は米国特許第６，６９３，９３９号である２００２年５月７日出願の「ビーム送出を伴うレーザリソグラフィ光源」という名称の米国特許出願番号第１０／１４１，２１６号と、２００３年９月２３日にＫｎｏｗｌｅｓ他に付与された「超狭帯域２チャンバ高繰返し数ガス放電レーザシステム」という名称の米国特許第６，６２５，１９１号と、代理人整理番号第２００１−００９０−０１号である米国特許出願番号第１０／０１２００２号と、代理人整理番号第２００１−００２０−０１号である米国特許出願番号第０９／８４８０４３号であった２００３年４月１５日にＮｅｓｓ他に付与された「正確なタイミング制御を伴う注入シードレーザ」という名称の米国特許第６，５４９，５５１号と、代理人整理番号第２００１−００８４−０１号である米国特許出願番号第０９／９４３，３４３号であった２００３年５月２０日にＭｙｅｒｓ他に付与された「超狭帯域２チャンバ高繰返し数ガス放電レーザシステム」という名称の米国特許第６，５６７，４５０号と、代理人整理番号第２００５−００８６−０１号である２００６年８月２５日出願の「レーザ生成プラズマＥＵＶ光源のための原材料収集ユニット」という名称の米国特許出願番号第１１／５０９，９２５号とに関連するものであり、これらの特許の各々の内容全体は、引用によりここで本明細書に組み込まれる。
本出願は、原材料から生成され、例えば約１００ｎｍ及びそれ未満の波長でフォトリソグラフィを製造する例えば半導体集積回路のためにＥＵＶ光源チャンバの外側での利用のために集められて焦点に向けられるＥＵＶ光を供給する極紫外線（ＥＵＶ）光源に関する。
極紫外線（ＥＵＶ）光、例えば、約５０〜１００ｎｍ又はそれ未満（軟Ｘ線とも呼ばれることがある）の波長を有し、かつ約１３ｎｍの波長での光を含む電磁放射線をフォトリソグラフィ工程に使用して、基板、例えば、シリコンウェーハに極めて小さな特徴部を生成することができる。
ＥＵＶ光を生成する方法は、輝線がＥＵＶ範囲にある元素、例えば、キセノン、リチウム、又は錫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るわけではない。レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）と呼ぶことが多い１つのこのような方法において、レーザビームで、例えば、材料の液滴、流れ、又はクラスターの形態であるターゲット材料を照射することによって所要のプラズマを生成することができる。
この工程に対して、プラズマは、通常は、密封容器、例えば、真空チャンバ内で生成され、様々なタイプの測定機器を使用してモニタされる。ＥＵＶ放射線を生成することに加えて、これらのプラズマ工程では、通常は、帯域外放射線、高エネルギイオン及びデブリ、例えば、ターゲット材料の原子及び／又は塊／ミクロ液滴を含む可能性がある好ましくない副産物がプラズマチャンバに生成される。
これらのプラズマ形成副産物は、垂直入射でＥＵＶ反射が可能な多層ミラー（ＭＬＭ）及び／又はかすめ入射ミラーを含む集光器ミラー、測定検出器の表面、プラズマ形成工程を画像化するのに使用される窓、及びレーザ入力窓を含むがこれらに限定されない様々なプラズマチャンバ光学要素を潜在的に加熱又は損傷するか、又はその作動効率を低減する可能性がある。熱、高エネルギイオン及び／又はデブリは、光透過率を低減する材料で光学要素を被覆すること、光学要素に浸入し、例えば、構造的一体性及び／又は光学特性、例えば、このような短波長で光を反射するミラーの機能に損害を与えること、光学要素を腐食又は浸食し、及び／又は熱、高エネルギイオン及び／又はデブリを光学要素内に拡散することを含めいくつかの点で光学要素に有害である可能性がある。従って、プラズマによって生成されたデブリの量及び／又は影響を最小にすることが通常は望ましい。
従来的に、液滴ストリーム内の液滴を別々のレーザパルスによって照射して各液滴からプラズマを形成する様々なＬＰＰシステムが開示されている。各液滴を１つよりも多い光パルスにより順次照射する様々なシステムも開示されている。一部の場合には、各液滴は、いわゆる「プレパルス」及びいわゆる「主パルス」に露光させることができる。しかし、１つよりも多いプレパルスは使用することができ、かつ１つよりも多い主パルスを使用することができ、プレパルス及び主パルスの機能は、部分的に重なる場合があることは認められるものとする。一般的に、プレパルスは、ターゲット材料の一部又は全てに影響を与えて、弱いプラズマを加熱、拡張、ガス化、蒸発、イオン化し、及び／又は強いプラズマを生成することができる。主パルスは、プレパルスの影響を受けた材料の殆ど又は全てをプラズマに転換することによってＥＵＶ放射を生成するように機能することができる。一部の場合には、プレパルス発生により、主パルスに露光される材料の断面の増大、材料密度の減少による材料への主パルスの透過の増大、又はその両方のために材料／パルスの相互作用効率を増大させることができる。プレパルス発生の別の恩典は、集束した主パルスのサイズにターゲットを拡張させることができ、従って、主パルスの全てが材料を露光することができる点である。これは、比較的小さい液滴がターゲットとして使用され、かつ照射光を小さい液滴のサイズまで集束させることができない場合に特に有用と考えられる。従って、一部の実施例では、プレパルス発生を用いて変換効率を増大させ、及び／又は比較的小さい、例えば、いわゆる質量が制限されたターゲットの使用を可能にすることが望ましいと考えられる。比較的小さいターゲットを使用してデブリ生成を弱化させ、及び／又は原材料消費量を低減することができる。
上記を念頭に置いて、特定のプレパルスエネルギを使用してターゲット材料を照射することが望ましいと考えられる。ターゲット材料液滴のサイズ及び対応するプレパルス焦点、プレパルスで液滴をターゲットにする際に達成可能である精度のレベル、プレパルスパルス持続時間、プレパルス波長、ＥＵＶ出力エネルギの望ましいレベル、ＥＵＶ変換効率、及びプレパルス及び／又は主パルスピーク強度を含むいくつかのファクタは、このターゲットプレパルスエネルギの選択に影響を与える場合がある。
上述のように、ＥＵＶ光を生成する１つの手法では、ターゲット材料を照射する。この点に関し、例えば、赤外線波長、例えば、約９．２μｍ〜１１．２μｍの範囲の波長で光を出力するＣＯ2レーザは、ＬＰＰ工程においてターゲット材料を照射する駆動レーザとしていくつかの利点を有することができる。これは、特に、特定のターゲット材料、例えば、錫を含有する材料に当て嵌まる場合がある。例えば、１つの利点には、駆動レーザ入力電力と出力ＥＵＶ電力の間に比較的高い変換効率を生成する機能を含むことができる。ＣＯ2駆動レーザの別の利点は、錫デブリで被覆した反射光学要素のような比較的粗い表面から反射する比較的波長の長い光（例えば、１９３ｎｍの深紫外線と比較して）の機能を含むことができる。１０．６μｍ放射線のこの特性は、例えば、駆動レーザビームを操作、集束、及び／又は駆動レーザビームの集束力を調節するために反射ミラーをプラズマの近くで使用することを可能にすることができる。
一部の場合には、ＭｏＰａ（主発振器電力増幅器）構成を使用し、ＬＰＰ工程に使用される電力が比較的高い主パルスを生成することが望ましいと考えられる。この場合に、主パルス増幅器の一部又は全てを使用し、プレパルスシードレーザからのプレパルスを増幅することも特定の状況においては有利であると考えられる。この場合に、主パルス波長に向けて増幅器利得を実質的に低減しないプレパルス波長を使用することが望ましいと考えられる。他の要素も、主パルス及びプレパルスに対して波長の選択に影響を与える可能性がある。例えば、最大量のエネルギを生成する主パルス波長を使用することが通常は望ましい。また、レンズを使用してパルスを集束させる時に、許容可能である色収差の量が、主パルス及びプレパルス波長の選択に影響を与える場合がある。更に、２色性ビームスプリッタ／結合器の使用は、主パルス／プレパルス波長選択に対して制限を導入する場合がある。
最後に、比較的大きなパルスの立上り時間を有するプレパルスを使用する要望のような他のファクタによっても、使用するプレパルスシードレーザのタイプ（例えば、利得媒体パラメータ、放電タイプ、光キャビティのような）が決まる場合がある。制限された出力エネルギ範囲のシードレーザ出力パルスエネルギを生成するために一部のタイプのシードレーザしか操作することができない場合がある。例えば、パルスエネルギのような一貫した反復可能なレーザパラメータを生成するように操作することができないという点において、外れるとレーザが不安定であるパルスエネルギの範囲が存在する場合がある。減衰器が一部の場合に作動範囲を拡張するためにシードレーザの下流に位置決めされる場合があるが、減衰器の使用により、望ましくない複雑な事態が発生する可能性があり、かつエネルギが不要に浪費される可能性がある。一部の場合には、外れると測定検出器のような適切な光学要素が利用できない可能性があるパルスエネルギの範囲が存在する場合がある。シード出力パルスエネルギのこれらの制限条件は、次に、増幅後に液滴において望ましいプレパルスターゲットエネルギを生成するのに必要とされるプレパルス波長の選択に影響を与える可能性があり、その理由は、増幅器利得がシードパルス波長に依存するからである。
米国特許出願番号第１２／７２１，３１７号明細書 米国特許出願番号第１２／２１４，７３６号明細書 米国特許出願番号第１１／８２７，８０３号明細書 米国特許出願番号第２００６／０２５５２９８Ａ−１号 米国特許出願番号第１１／３５８，９８８号明細書 米国特許第７，４０５，４１６号 米国特許出願番号第１１／０６７，１２４号明細書 米国特許第７，３７２，０５６号 米国特許出願番号第１１／１７４，４４３号明細書 米国特許出願番号第１１／４０６，２１６号明細書 米国特許出願番号第１１／５０５，１７７号明細書 米国特許第７，０８７，９１４号 米国特許出願番号第１０／８０３，５２６号明細書 米国特許第７，１６４，１４４号 米国特許出願番号第１０／９００，８３９号明細書 米国特許出願番号第１２／６３８，０９２号明細書 米国特許出願番号第１１／４５２，５５８号明細書
上記を念頭に置いて、本出願人は、ＥＵＶ光源のためのプレパルスを有する主発振器−電力増幅器駆動レーザを開示する。
本明細書に開示するように、第１の態様では、λ1≠λ2の波長λ1及びλ2を含む利得帯域を有する光増幅器と、波長λ1にプレパルス出力を同調させるための同調モジュールを有するプレパルスシードレーザと、波長λ2を有するレーザ出力を発生させる主パルスシードレーザと、光増幅器を通る共通光路上にプレパルス出力及び主パルス出力を向けるためのビーム結合器とを含むことができるデバイスを開示する。
一実施形態では、同調モジュールは、回折格子を含むことができる。
特定的な実施形態では、プレパルスシードレーザ及び主パルスシードレーザは、ＣＯ2を含む利得媒体を有することができ、λ1及びλ2は、共通の振動ブランチ内の回転線に対応する。
一実施例では、プレパルスシードレーザ及び主パルスシードレーザは、ＣＯ2を含む利得媒体を有することができ、λ1及びλ2は、異なる振動ブランチ内の回転線に対応する。
特定的な実施例では、プレパルスシードレーザ及び主パルスシードレーザは、ＣＯ2を含む利得媒体を有することができ、λ1及びλ2は、異なる振動ブランチ内の回転線に対応し、振動ブランチは、共通の上側レベルを共有しない。
一構成において、プレパルスシードレーザは、減圧密封高周波放電ＣＯ2レーザを含むことができる。
同じく本明細書に開示する別の態様では、ターゲット材料を照射して極紫外線（ＥＵＶ）光を生成するためのデバイスは、λ1≠λ2の波長λ1とλ2とを含む利得帯域を有する光増幅器と、波長λ1とパルスエネルギＥPPとを有するプレパルス出力を発生させるプレパルスシードレーザと、波長λ2とＥMP＜１０００ｘＥPPのパルスエネルギＥMPとを有する主パルス出力を発生させる主パルスシードレーザと、光増幅器を通る共通光路上にプレパルス出力及び主パルス出力を向けるためのビーム結合器とを含むことができる。
この態様の一実施形態では、プレパルスレーザは、同調モジュールを含むことができる。
特定的な実施形態では、同調モジュールは、回折格子を含むことができる。
この態様の特定的な実施例では、プレパルスシードレーザ及び主パルスシードレーザは、ＣＯ2を含む利得媒体を有することができ、λ1及びλ2は、同じ振動ブランチ内の回転線に対応する。
特定的な実施例では、光増幅器は、ＣＯ2を含む利得媒体を有し、かつプレパルス増幅器出力パルスエネルギＥPP-AMPED及びＥMP-AMPED＞１０ｘＥPP-AMPEDの主パルス増幅器出力パルスエネルギＥMP−AMPEDを生成することができる。
この態様の一実施例において、ＥMP＜１０ｘＥPPである。
１つの特定的な実施例では、プレパルスシードレーザは、減圧密封高周波放電ＣＯ2レーザを含むことができる。
この態様の特定的な実施例では、プレパルスシードレーザ及び主パルスシードレーザは、ＣＯ2を含む利得媒体を有することができ、λ1及びλ2が、異なる振動ブランチ内の回転線に対応する。
この態様の特定的な実施例では、プレパルスシードレーザ及び主パルスシードレーザは、ＣＯ2を含む利得媒体を有し、λ1及びλ2は、異なる振動ブランチ内の回転線に対応し、振動ブランチは、共通の上側レベルを共有しない。
同じく本明細書に開示する別の態様では、デバイスは、ＣＯ2を含む利得媒体を有する光増幅器と、波長λ1を有するプレパルス出力を発生させるプレパルスシードレーザと、λ1≠λ2及びλ1及びλ2が同じ振動ブランチ内の回転線に対応する波長λ2を有するレーザ出力を発生させる主パルスシードレーザと、光増幅器を通る共通光路上にプレパルス出力及び主パルス出力を向けるためのビーム結合器とを含むことができる。
この態様の特定的な実施例では、シードレーザは、波長λ1にプレパルス出力を同調させるための同調モジュールを含むことができる。
この一態様の特定的な実施例では、同調モジュールは、回折格子を含むことができる。
この態様の一実施例では、プレパルスシードレーザは、減圧密封高周波放電ＣＯ2レーザを含むことができる。
この態様の特定的な実施例では、ビーム結合器は、２色性ビーム結合器を含むことができ、λ1及びλ2は、振動ブランチ内の少なくとも３つの回転線により分離される。
本発明の開示の態様によるレーザ生成プラズマＥＵＶ光源の略示概略図である。 プレパルスシードレーザ、主パルスシードレーザ、及び共通増幅器を有するレーザ源の実施形態の略示概略図を示す図である。 プレパルスシードレーザ、主パルスシードレーザ、及び共通増幅器を有するレーザ源の別の実施形態の略示概略図を示す図である。 プレパルスシードレーザ、主パルスシードレーザ、及び共通増幅器を有するレーザ源の別の実施形態の略示概略図を示す図である。 プレパルスシードレーザ、主パルスシードレーザ、及び共通増幅器を有するレーザ源の別の実施形態の略示概略図を示す図である。 波長同調可能プレパルスシードレーザの実施形態の略示概略図を示す図である。 波長同調可能プレパルスシードレーザの実施形態の略示概略図を示す図である。 プレパルスシードレーザに対して出力波長λPPを判断する作業手順の実施例を示す図である。 プレパルスシードレーザに対して出力波長λPPを判断する作業手順の別の実施例を示す図である。 ターゲット上に増幅器出力を集束させるために集束レンズを使用する時にプレパルスシードレーザに対して出力波長λPPを判断する作業手順の別の実施例を示す図である。 色収差のために波長λ1を有するプレパルス光ビームが第１の位置で集束し、一方で波長λ2を有する主パルス光ビームがその第１の位置から「ｄ」だけ隔てた第２の位置で集束する場合があることを示す図である。 集束レンズを有する典型的なＬＰＰシステムに対してプレパルスと主パルス間の波長差（λMP−λPP）に対してプロットされたターゲット（液滴）上の主パルスレーザ強度のグラフを示す図である。 ９Ｒ振動ブランチ内の回転線に向けて選択されたデータを含む表１を示す図である。 １０Ｒ振動ブランチ内の回転線に向けて選択されたデータを含む表２を示す図である。 ９Ｐ振動ブランチ内の回転線に向けて選択されたデータを含む表３を示す図である。 １０Ｐ振動ブランチ内の回転線に向けて選択されたデータを含む表４を示す図である。
図１を最初に参照すると、ＥＵＶ光源、例えば、レーザを生成されたプラズマＥＵＶ光源２０の実施形態の略示概略図が示されている。図１に示すように、ＬＰＰ光源２０は、光パルスを生成してチャンバ２６内に光パルスを送出するシステム２２を含むことができる。光源２０に対して、光は、システム２２からビーム経路に沿って進んでチャンバ２６内に入って照射領域２８でそれぞれのターゲット液滴を照射することができる。図１に示すシステム２２における使用に適すると考えられるレーザ構成の実施例に対して以下でより詳細に説明する。
図１に更に示すように、ＥＵＶ光源２０は、例えば、タ照射領域２８までチャンバ２６の内部にターゲット物質の液滴を供給する原材料供給システム２４を含むことができ、照射領域２８において、液滴は、例えば、１つ又はそれよりも多くの光パルス、例えば、ゼロ、１つ、又はそれよりも多くのプレパルス、その後に１つ又はそれよりも多くの主パルスと相互作用して最終的にプラズマを生成し、ＥＵＶ光を生成する。様々な液滴分注器構成及び相対的な利点に関する更なる詳細は、代理人整理番号第２００８−００５５−０１号である２０１０年３月１０日出願の「レーザ生成プラズマＥＵＶ光源」という名称の米国特許出願番号第１２／７２１，３１７号明細書と、代理人整理番号第２００６−００６７−０２号である２００８年６月１９日出願の「レーザ生成プラズマＥＵＶ光源内ターゲット材料送出のためのシステム及び方法」という名称の米国特許出願番号第１２／２１４，７３６号明細書と、代理人整理番号第２００７−００３０−０１号である２００７年７月１３日出願の「変調妨害波を使用して生成した液滴流を有するレーザ生成プラズマＥＵＶ光源」という名称の米国特許出願番号第１１／８２７，８０３号明細書と、代理人整理番号第２００５−００８５−０１号である２００６年２月２１日出願の米国特許出願番号第２００６／０２５５２９８Ａ−１号として２００６年１１月１６日公開の「プレパルスレーザ生成プラズマＥＵＶ光源」という名称の米国特許出願番号第１１／３５８，９８８号明細書と、現在は２００８年７月２９日に付与された米国特許第７，４０５，４１６号である代理人整理番号第２００４−０００８−０１号である２００５年２月２５日出願の「ＥＵＶプラズマ源ターゲット送出の方法及び装置」という名称の米国特許出願番号第１１／０６７，１２４号明細書と、現在は２００８年５月１３日に付与された米国特許第７，３７２，０５６号である代理人整理番号第２００５−０００３−０１号である２００５年６月２９日出願の「ＬＰＰ−ＥＵＶ原材料ターゲット送出システム」という名称の米国特許出願番号第１１／１７４，４４３号明細書とに見ることができ、これらの特許の各々の内容は、引用によりここで本明細書に組み込まれる。
ターゲット材料は、錫、リチウム、キセノン、又はその組合せを含む材料を含むことができるが必ずしもこれらに限定されない。ＥＵＶ放射元素、例えば、錫、リチウム、キセノンなどは、液滴内に含まれた液滴及び／又は固体粒子の形態とすることができる。例えば、元素錫は、純粋な錫として、錫化合物、例えば、ＳｎＢｒ4、ＳｎＢｒ2、ＳｎＨ4として、錫合金、例えば、錫ガリウム合金、錫インジウム合金、錫インジウムガリウム合金として、又はその組合せとして使用することができる。使用する材料に基づいて、ターゲット材料は、室温を含む様々な温度で、又は室温の近くで（例えば、錫合金、ＳｎＢｒ4）、高温で（例えば、純粋な錫）、又は室温よりも低い温度で（例えば、ＳｎＨ4）照射領域２８に呈示することができ、一部の場合には、比較的揮発性、例えば、ＳｎＢｒ4とすることができる。ＬＰＰ ＥＵＶ光源におけるこれらの材料の使用に関する更なる詳細は、現在は２００８年１２月１６日に付与された米国特許第７，４６５，９４６号である代理人整理番号第２００６−０００３−０１号である２００６年４月１７日出願の「ＥＵＶ光源のための代替燃料」という名称の米国特許出願番号第１１／４０６，２１６号明細書に示されており、これら特許の内容全体は、引用によりここで本明細書に組み込まれる。
引き続き図１に対して、ＥＵＶ光源２０は、例えば、モリブデン及びシリコンの交互層を有する漸変多層コーティング、一部の場合には、１つ又はそれよりも多くの高温拡散障壁層、平滑化層、キャップ層及び／又はエッチストップ層を有する長球面（すなわち、長軸回りに回転した惰円）の形態で反射面を有する近垂直入射集光器ミラーのような光学系３０を含むことができる。図１は、システム２２によって生成された光パルスが通過して照射領域２８到達することを可能にする開口を光学系３０に形成することができることを示している。図示のように、光学系３０は、例えば、照射部位２８内に又はその近くに第１の焦点と、ＥＵＶ光がＥＵＶ光源１０から出力され、ＥＵＶ光を利用するデバイス、例えば、集積回路リソグラフイツール（図示せず）にＥＵＶ光を入力することができるいわゆる中間領域４０に第２の焦点とを有する長球ミラーとすることができる。長球ミラーの代わりに、ＥＵＶ光を利用するデバイスへのその後の送出に向けて光を集束させて中間位置に向ける他の光学系を使用することもでき、例えば、光学系は、長軸回りに回転されるパラボラアンテナとすることができ、又は環状断面を有するビームを中間位置に送出するように構成することができることは認められるものとし、例えば、内容が引用によりここで本明細書に組み込まれる代理人整理番号第２００６−００２７−０１号である２００６年８月１６日出願の「ＥＵＶ光学系」という名称の米国特許出願番号第１１／５０５，１７７号明細書を参照されたい。
図１は、光源２０に対して、ビームを拡張、誘導、パルス成形、及び／又はシステム２２と集束ユニット４６間のビーム成形をする１つ又はそれよりも多くの光学系を有するビーム調整ユニット４２を含むことができることも示している。システム２２を保護する光遮断器（図示せず）を設けることができる。ビーム調整に関する更なる詳細は、現在は２００６年８月８日に付与された米国特許第７，０８７，９１４号である代理人整理番号第２００３−０１２５−０１号である２００４年３月１７日出願の「高繰返し数レーザ生成プラズマＥＵＶ光源」という名称の米国特許出願番号第１０／８０３，５２６号明細書と、現在は２００７年１月１６日に付与された米国特許第７，１６４，１４４号である代理人整理番号第２００４−００４４−０１号である２００４年７月２７日出願の「ＥＵＶ光源」という名称の米国特許出願番号第１０／９００，８３９号明細書と、代理人整理番号第２００９−００２９−０１号である２００９年１２月１５日出願の「極紫外光源のためのビーム移送システム」という名称の米国特許出願番号第１２／６３８，０９２号明細書とに示されており、これらの特許の各々の内容は、引用によりここで本明細書に組み込まれる。
光源２２に対して、集束ユニット４６は、照射部位で焦点にビームを集束させる１つ又はそれよりも多くの光学系を含むことができる。例えば、集束ユニットは１つ又はそれよりも多くのミラー、レンズ、色消し二重レンズのような色消しレンズ又はその組合せを含むことができる。
本明細書で使用する時に、用語「光学系」及び派生語は、入射光を反射及び／又は透過し及び／又は入射光で作動する構成要素があるが必ずしもこれらに限定されず、かつ１つ又はそれよりも多くのレンズ、窓、フィルタ、くさび部、プリズム、グリズム、勾配緩和部、透過ファイバ、エタロン、拡散体、ホモジナイザー、検出器及び他の計器構成要素、開口、アキシコン、及び多層ミラー、近垂直入射ミラー、かすめ入射ミラー、ミラー面反射器、拡散反射器、及びその組合せを含むミラーを含むがこれらに限定されない。更に、特に断らない限り、本明細書で使用する時に、「光学系」という用語及びその派生語は、ＥＵＶ出力光波長、放射線照射レーザ波長、測定に適する波長又は何らかの他の波長でのような１つ又はそれよりも多くの特定の波長範囲で単独で又は有効に作動する構成要素に制限されることを意味しない。
図２は、図１に示す光源２０に使用されるレーザ源２２の実施例を示している。図２に示すように、レーザ源２２は、共通増幅器５４を通ってビーム経路５２上に向けられる出力を発生させるプレパルスシードレーザ５０、及び共通増幅器５４を通ってビーム経路５８上に向けられる出力を発生させる主パルスシードレーザ５６を含むことができる。一部の場合には、シードレーザを保護するために増幅器とシードレーザの間に光遮断器（図示せず）を設けることができる。
図３は、図１に示す光源２０に使用されるレーザ源２２’の別の実施例を示している。図３に示すように、レーザ源２２’は、光学系６０からの反射の後に、及び共通増幅器５４を通って共通光路５２’上に向けられる出力を発生させるプレパルスシードレーザ５０、及び共通光路５８上に光学系６０を通って、及び共通増幅器５４を通って誘導される出力を発生させる主パルスシードレーザ５６を含むことができる。図３に示す構成に対して、光学系６０は、２色性ビーム結合器、分極識別ビーム結合器、又は部分反射ビーム結合器とすることができる。この構成は、プレパルスシードレーザ出力が光学系６０を通って伝達され、主パルスシードレーザ出力が光学系６０によって反射されるように修正することができることは認められるものとする。
図４は、図１に示す光源２０に使用されるレーザ源２２’’の別の実施例を示している。図４に示すように、レーザ源２２’’は、光学系６０からの反射後に、及び共通増幅器５４’を通って共通光路５２’上に向けられる出力を発生させるプレパルスシードレーザ５０及び共通光路５２’上へ光学系６０を通って、及び共通増幅器５４’を通って誘導される出力を発生させる主パルスシードレーザ５６を含むことができる。更に示すように、増幅器５４’は、各々が固有の活性媒体及び加振源、例えば、励起電極を有するチャンバを有する２つの（又はそれよりも多くの）増幅ユニット６２、６４を有することができる。図３に示す構成に対して、光学系６０は、２色性ビーム結合器、分極識別ビーム結合器、又は部分反射ビーム結合器とすることができる。この構成は、プレパルスシードレーザ出力が光学系６０を通って伝達され、主パルスシードレーザ出力が光学系６０によって反射されるように修正することができることは認められるものとする。
図５は、図１に示す光源２０に使用されるレーザ源２２’’’の別の実施例を示している。図５に示すように、レーザ源２２’’’は、各々が固有の活性媒体及び励起源、例えば、励起電極を有する２つの（又はそれよりも多くの）増幅ユニット６２’、６４’を有する増幅器５４’’を含むことができる。更に示すように、光学系６０’からの反射後に、及び共通増幅ユニット６４’を通って共通のビーム経路５８’上に向けられる出力を発生させるプレパルスシードレーザ５０を設けることができる。図５は、増幅ユニット６４’を通って、及び次に共通のビーム経路５８’上へ光学系６０’を通って、及び共通増幅器５４’を通って誘導される出力を発生させる主パルスシードレーザ５６を設けることができることも示している。図３に示す構成に対して、光学系６０’は、２色性ビーム結合器、分極識別ビーム結合器、又は部分反射ビーム結合器とすることができる。この構成は、プレパルスシードレーザ出力が光学系６０’を通って伝達され、主パルスシードレーザ出力が光学系６０によって反射されるように修正することができることは認められるものとする。１つよりも多い増幅ユニットを光学系６０’と主パルスシードレーザ５６の間に位置決めすることができ、及び／又はプレパルスシードレーザ出力及び増幅ユニット６２’の出力を増幅するために１つよりも多い共有増幅ユニットを共通のビーム経路５８’上に位置決めすることができることを更に認識すべきである。
図６は、波長同調可能プレパルスシードレーザ５０の実施形態の略示概略図を示している。図示のように、プレパルスシードレーザ５０は、回折格子７０、出力カプラ７２、ミラー７４ａ、ｂ及びビーム経路７６により定められた光キャビティを含むことができる。更に示すように、ビーム経路７６は、活性媒体７８を通過することができる。この構成に対して、出力カプラは、部分反射型光学系とすることができ、回折格子７０は、入射ビームに対してリトロー型構成に配置されたブレーズドエシェルタイプ回折格子とすることができる。プレパルスシードレーザ５０に対して、アクチュエータ８０は、回折格子７０を回転させてプレパルスシードレーザ出力の中心波長を変更するために設けることができる。例えば、アクチュエータはステッパモータ、圧電素子／スタック又は組合せステッパモータ／圧電物質を含むことができる。他のアクチュエータ設計も可能である。他の構成をプリズム／ミラー構成、内部空洞エタロン又は回折格子／ミラー組合せのようなリトロー型構成の回折格子の代わりに使用することができることは認められるものとする。
図６は、更に、検出器８２にプレパルスシードレーザ出力ビームの特徴的な部分を向けるために部分反射型ビームスプリッタ又はピックオフミラーのような光学系８１を設けることができることを示している。検出器８２は、制御回路８４に中心波長を示す信号を出力することができ、制御回路８４は、アクチュエータ８０を駆動する制御信号を生成することができる。図６は、更に、光キャビティの品質Ｑを制御して２０〜１５０ｋｈｚの範囲のパルス繰返し数でパルスレーザ出力を供給するために音響光学変調（ＡＯＭ）スイッチのようなスイッチ８６が設けることができることを示している。
１つの設定において、プレパルスシードレーザ５０は、高周波放電により励起される減圧、例えば、０．０５〜０．２気圧でＣＯ2を含む密封ガスを有するＣＯ2レーザとすることができる。この構成では、回折格子は、表１〜表４に示す回転線の１つにプレパルスシードレーザ５０を同調させるために回転させることができる。
図６に示す同調可能シードレーザの実施形態は、図２〜図５に示す構成において主パルスシードレーザ５６として使用することができ、又は図７に示すより簡素化されたレーザ５６の実施形態を使用することができる。図７に示すように、主パルスシードレーザ５６は、全反射後部ミラー９０、出力カプラ９２、ミラー９４ａ、ｂ及びビーム経路９６により定められた光キャビティを含むことができる。更に示すように、ビーム経路９６は、活性媒体９８を通過することができる。この構成に対して、出力カプラ９２は、部分反射型光学系とすることができる。図７は、更に、光キャビティの品質Ｑを制御して２０〜１５０ｋｈｚの範囲のパルス繰返し数でパルスレーザ出力を供給するために音響光学変調（ＡＯＭ）スイッチのようなスイッチ９６が設けることができることを示している。
１つの設定において、主パルスシードレーザ５６は、高周波放電により励起される減圧、例えば、０．０５〜０．２気圧でＣＯ2を含む密封ガスを有するＣＯ2レーザとすることができる。この構成では、主パルスシードレーザは、波長１０．５９１０３５２（表１〜表４を参照されたい）を有する１０Ｐ（２０）線のような優勢な線の１つに自己同調することができる。一部の例において、アクチュエータ（図示せず）は、モードホッピングを防止するために後部ミラー９０を移動するように設けることができる。
図２〜図５を再び参照すると、各構成は、１つ又はそれよりも多くの増幅ユニット５４、６２、６４、６２’、６４’を有する増幅器５４、５４’、５４’’を含むことを見ることができる。プレパルスシードレーザ５０及び主パルスシードレーザ５６が上述のＣＯ2を含む活性媒体を含む場合に対して、増幅ユニット５４、６２、６４、６２’、６４’として使用される適切なレーザは、ＤＣ又はＲＦ励起により励起されるＣＯ2ガスを含む活性媒体を含むことができる。１つの特定的な実施例では、増幅器は、約１０〜２５メートルの利得全長を有し、かつ比較的高い電力、例えば、１０ｋＷで一斉に作動する３つ又は４つのような複数の軸流ＲＦ励起（連続又はパルス変調）ＣＯ2増幅ユニットを含むことができる。ファイバ状、桿状体状、スラブ状、又はディスク状の活性媒体を有する他のタイプの増幅ユニットを使用することができる。一部の場合には、固体活性媒体を使用することができる。
図８は、プレパルスシードレーザに対して出力波長λPPを判断する作業手順の実施例を示す（図８は特定の順序での段階の構成を示すが、段階の一部又は全ての順序は、手順の結果に悪影響を与えることなく変更することができることを認められたい）。これを念頭に置くと、手順は、まず主パルス波長MPを選択することによって始めることができる［ボックス２００］。例えば、上述のように、増幅器を通過した時に高電力を生成することができ、かつ１０Ｐ（２０）線のような主波長に自己同調する主パルスシードレーザを使用するとシードレーザ同調機構が不要になることが都合が良いと考えられる。λMPが選択された状態で、ターゲット、例えば、液滴で望ましい主パルスエネルギを生成するのに必要とされる増幅器利得Ｇ（λMP）を確立することができる。それによって増幅器に対して小さい信号利得帯域、特に、各プレパルスシードレーザ波長に対して予想増幅器利得Ｇを判断する。
表１〜表４（図１３〜図１６に示す）は、選択されたＣＯ2回転線の推定小信号利得係数値ｇ0を示している。より具体的には、表１〜表４は、一般的なＣＯ2レーザに対して各回転線の公開された出力電力と共に、それぞれ、９Ｒ振動ブランチ、１０Ｒ振動ブランチ、９Ｐ振動ブランチ、及び１０Ｐ振動ブランチ内の回転線の波長を示している。これらのデータから、各回転線に対して、１０Ｐ（２０）、Ｐ10p(20)のような公知の増幅器小信号利得（ＳＳＧ）を有する波長の電力に対して電力（Ｐ）を計算することができる（例えば、表１、小信号利得の縦列４を参照されたい）。表１は、選択された線、この場合は（１０Ｐ２０）線に対する小信号利得を以下のようにＲｉｇｒｏｄ解析を用いて計算することができることも示している（縦列５）。
Ｉout α Ｉsat ｘ［２ｇo Ｌcavity−ｌｎ（１／Ｒ1Ｒ2）］
ここで、Ｌcavityは光キャビティ長であり、Ｒ1及びＲ2は一般的なＣＯ2レーザのミラー反射率である。具体的には、Ｉが強度であり、Ａが出力ビームの領域である場合のＩ＝Ｐ／Ａに注意すると、表１〜表４の縦列５に示す相対的な利得（すなわち、ＩOut,selected lineのIOut、10P20に対する比）は、以下のように相対電力（表１〜表４の縦列４）から計算することができる。
（表）
Figure 0005893014
Ｉsat,selected line／Ｉsat,10P20がほぼ１であると仮定すると、ｇ0,10P20が既知であると仮定されたので、次に、上述の式を解いて各線に対してｇ0,selected lineを求めることができる。この小信号利得係数ｇ0を用いて、以下の式を用いて増幅器利得Ｇを計算することができる。
Ｇ ＝ ｅｘｐ［ｇo Ｌ］
ここで、Ｌは、増幅器利得媒体の長さである。上述の解析では、異なるタイプのＣＯ2レーザの小信号利得帯域の全体的な形状はほぼ同じであると仮定している。代替手法では、使用される特定の増幅器におけるこのような特定の線に対して小信号利得係数ｇ0を測定することができる。
引き続き図８に対して、次の手順の段階は、原材料ターゲット（例えば、液滴）での望ましいプレパルスエネルギを判断する［ボックス２０２］ことを含むことができることを見ることができる。例えば、ターゲットでの望ましい主パルスエネルギは、約３００〜７００ｍＪの範囲とすることができ、ターゲットでの望ましいプレパルスエネルギは、約１０〜１００μｍの範囲の直径を有する錫液滴に対して約６〜１２ｍＪの範囲とすることができる。これらの望ましいエネルギは、ターゲット材料液滴のサイズ及び対応するプレパルス及び主パルス焦点サイズ、プレパルスで液滴をターゲットにする際に達成可能である精度のレベル、プレパルスと主パルスの間の遅延、プレパルス及び主パルスのパルス持続時間、プレパルス波長、ＥＵＶ出力エネルギの望ましいレベル、望ましい変換効率（ＣＥ）及びプレパルス（膨張）プラズマの望ましい反射率のような様々なファクタに向けて調節することができることは認められるものとする。
次に、図８［ボックス２０４］に示すように、使用される特定のタイププレパルスシードレーザに対して作動範囲を判断することが適切である場合がある。具体的には、これに対して、レーザ構成要素制限条件及び／又は安定したレーザ作動を考慮した後に達成することができる出力パルスエネルギの範囲を判断する場合がある。いくつかのファクタは、経費、複雑性、効率、信頼性、立上り時間、持続時間のようなレーザパルスパラメータを含むプレパルスシードレーザのタイプに影響を及ぼす場合があることは認められるものとする。一部の構成において、図６を参照して上述したプレパルスシードレーザ５０は、約０．０１〜１０００μＪのパルスエネルギ出力作動範囲を有することができる。一部の構成は、更に、約０．１〜１００μＪのパルスエネルギ出力範囲に制限される場合がある。使用されるシードレーザのタイプに基づいて、シードレーザパルスエネルギ出力に関して他の制限事項がある場合がある。
ボックス［２０８］〜［２１６］では、増幅器が主パルス増幅のための最大エネルギ抽出に向けて最適化されてプレパルス作動範囲が確立されるとプレパルス波長λPPを選択することに対して試行錯誤による手法が示唆される。図示のように、これに対して、解析に向けて初期プレパルスλを選択し［ボックス２０８］、表１〜表４を参照して上述した手法を用いて、選択されたλに対して増幅器小信号利得係数ｇ0及び増幅器利得Ｇを推定することができる［ボックス２１０］。次に、ターゲットＥPP-TARGETで望ましいプレパルスパルスエネルギを取得するのに必要なプレパルスシード出力パルスエネルギＥPP-SEEDは、以下として計算され［ボックス２１０］、
ＥPP-SEED ＝ ＥPP-TARGET ／ Ｇ
プレパルスレーザの出力パルスエネルギ作動範囲と比較することができる［判断ボックス２１２］。選択されたプレパルスシード出力パルスエネルギＥPP-SEEDが出力パルスエネルギ作動範囲である場合に［ボックス２１４］、選択されたプレパルスλは適切である。それに反し、選択されたプレパルスシード出力パルスエネルギＥPP-SEEDが出力パルスエネルギ作動範囲の外側にある場合に、選択されたプレパルス（λ）は不適切であり、ボックス［２０８］、［２１０］、及び［２１２］をやり直すことにより、別のプレパルス波長を解析する［ボックス２１６］。この工程は、次に、適切なプレパルス波長が得られるまで必要に応じて繰り返される。
以下の実施例は、４つの増幅ユニットを有する増幅器に対して上述の手順を示している。一部の構成において、増幅ユニットは、利得長、ガス組成、ガス圧などが異なる場合があり、従って、異なる小信号利得係数ｇ0及び飽和エネルギＥsatを有する場合がある。例えば、代理人整理番号第２００６−０００１’号である２００６年６月１４日出願の「ＥＵＶ光源のための駆動レーザ」という名称の米国特許出願番号第１１／４５２，５５８号明細書を参照することができ、この特許の内容は、引用によりここで本明細書に組み込まれる。この実施例に対して、１０Ｐ（２０）線及び選択された及び５００ｍＪの主パルスターゲットエネルギに対応する１０．５９１０３５２μｍの主パルス波長ＭＰが指定される。これらの選択で、利得曲線を測定することができ、Ｆｒａｎｔｚ−Ｎｏｄｖｉｋ適合パラメータｇ0及びＥsatを４つの増幅ユニットの各々に対して計算することができ、その理由は、増幅ユニットの１つ又はそれよりも多くが主パルスにより飽和されると仮定されるからである。ターゲットから後方に作用する第４、第３、第２、次に、第１の増幅ユニットの所要の入力エネルギは、Ｆｒａｎｔｚ−Ｎｏｄｖｉｋ適合パラメータｇ0及びＥsatを用いて計算することができる。例えば、全長１６ｍの４つのｒｆ放電軸流増幅ユニットを有する増幅器の一構成において、第１の増幅ユニット（すなわち、主パルスシードレーザ出力）で必要とされる入力が２０ｍＪであると計算された。総小信号利得（選択された主パルス波長λMPでの増幅器のＧ（λMP）を取得するために各増幅ユニットの計算Ｆｒａｎｔｚ−Ｎｏｄｖｉｋ適合パラメータｇ0を追加することができる。主パルスの増幅器小信号利得Ｇ（λMP）が判断された状態で、表１の説明に関連して先に示す手順を用いて増幅器小信号利得帯域の各部又は全部を推定することができる。引き続き全長１６ｍの４つのｒｆ放電軸流増幅ユニットを有する増幅器の特定的な実施例に対して、総小信号利得Ｇ（λMP）が６．９２６ｘ１０7であると計算された。
また、この実施例に対して、１０ｍＪのターゲットエネルギでのプレパルスが指定され、０．０１〜１０００μＪのパルスエネルギ出力作動範囲が設定される。図８に示す手順を用いて、線９Ｒ（１８）に対応する９．２８２４４３４μｍの初期プレパルスλを選択することができる。表１に示すように、１．０６４９３６８１１の推定小信号利得係数を使用して２．４７Ｅ０７の増幅器内の小信号利得ＳＳＧ（λ）を計算することができる。この小信号利得で、１０ｍＪのターゲットエネルギを生成するのに必要とされるプレパルスシードエネルギは、約４Ｅ〜μＪであり、これは、０．０１〜１０００μＪのパルスエネルギ出力作動範囲外であることを見ることができる。従って、図８に従って別のプレパルスλが選択される。例えば、線９Ｒ（８）に対応する９．３４１７５７９μｍのプレパルスλを選択することができる。表１に示すように、０．６６１６９５６８７の推定小信号利得係数を使用して３，９６２Ｅ０４の増幅器内の小信号利得ＳＳＧ（λ）を計算することができる。この小信号利得で、１０ｍＪのターゲットエネルギを生成するのに必要とされるプレパルスシードエネルギは、約２．５Ｅ０１μＪであり、これは、０．０１〜１０００μＪのパルスエネルギ出力作動範囲であることを見ることができる。
図９は、プレパルスシードレーザに対して出力波長λPPを判断する作業手順の実施例を示している（図９は特定の順序での段階の構成を示すが、段階の一部又は全ての順序は、手順の結果に悪影響を与えることなく変更することができることを認められたい）。図９に示す作業手順を単独に用いてプレパルスシードレーザの出力波長λPPを判断することができ、又は図８の手順と共に用いることができる。例えば、複数のプレパルス波長が図８における手順を用いても満足できることが見出された時に、次に、これらの波長を図９の手順で更に処理して両方の手順で適切であるプレパルス波長を判断することができる。
図９の手順は、まずターゲット［ボックス３００］及び主パルス波長（λMP）［ボックス３０２］で望ましい主パルスエネルギを選択することによって始めることができる。例えば、上述のように、増幅器を通過した時に高電力を生成することができ、かつ１０Ｐ（２０）線のような主波長に自己同調する主パルスシードレーザを使用するとシードレーザ同調機構が不要になることは都合が良いと考えられる。λMPを選択すると、ターゲット、例えば、液滴で望ましい主パルスエネルギを生成するのに必要とされる主パルスシード出力及び増幅器利得Ｇ（λMP）を確立することができる［ボックス３０４］。それによって上述のように増幅器の小信号利得帯域、特に、各プレパルスシードレーザ波長に対して予想増幅器利得Ｇの確立が可能である。
引き続き図９に対して、次の手順の段階は、原材料ターゲット（例えば、液滴）での望ましいプレパルスエネルギを判断する［ボックス３０６］ことを含むことができることを見ることができる。例えば、ターゲットでの望ましい主パルスエネルギは、約３００〜７００ｍＪの範囲とすることができ、ターゲットでの望ましいプレパルスエネルギは、約１０〜１００μｍの範囲の直径を有する錫液滴に対して約６〜１２ｍＪの範囲とすることができる。上述のように、望ましいターゲットエネルギは、様々なファクタに向けて調節することができる。
次に、図９の［ボックス３０８］に示すように、プレパルスレーザ出力パルスエネルギの主パルスレーザ出力パルスエネルギに対する満足できる比を判断することが適切であると考えられる。一部の場合には、満足できる比率への固執により、プレパルスシード出力が主パルス波長の増幅器利得を実質的に低減しないことをもたらすことができる。
例えば、プレパルスレーザ出力パルスエネルギの主パルスレーザ出力パルスエネルギに対する満足できる比ＥPP／ＥMP＜１０００であり、一部の場合には、プレパルスレーザ出力パルスエネルギの主パルスレーザ出力パルスエネルギに対する満足できる比は、ＥPP／ＥMP＜１０のようなより厳しく定義することができる。これらの比に対して、プレパルス増幅器出力パルスエネルギＥPP-AMPEDは、主パルス増幅器出力パルスエネルギＥMP-AMPEDを１桁又はそれよりも多く下回り、すなわち、ＥMP-AMPED＞１０×ＥPP-AMPEDであることも考えられる。
引き続き図９の手順に対して、ボックス［３１０］〜［３２０］では、増幅器利得帯域及びプレパルスレーザ出力パルスエネルギの主パルスレーザ出力パルスエネルギに対する満足できる比率が確立された状態で、プレパルス波長λPPを選択することに対して試行錯誤による手法が示唆される。図示のように、これに対して、解析に向けて初期プレパルスλを選択し［ボックス３１０］、表１〜表４を参照して上述した手法を用いて、選択されたλに対して増幅器小信号利得係数ｇ0及び増幅器利得Ｇを推定することができる［ボックス３１２］。次に、ターゲットＥPP-TARGETで望ましいプレパルスパルスエネルギを取得するのに必要なプレパルスシード出力パルスエネルギＥPP-SEEDは、以下として計算することができる［ボックス３１４］。
ＥPP-SEED ＝ ＥPP-TARGET ／ Ｇ
プレパルスシード出力パルスエネルギを計算し［ボックス３１４］、主パルスシードエネルギを計算する［ボックス３０４］と、その比率を判断し、プレパルスレーザ出力パルスエネルギの主パルスレーザ出力パルスエネルギに対する満足できる比率と比較することができる［ボックス３１６］。
比率が許容範囲である場合に［ボックス３１８］、選択されたプレパルス（λ）は適切である。それに反し、比率が許容範囲外である場合に、選択されたプレパルス（λ）は不適切であり、ボックス［３１２］、［３１４］、及び［３１６］をやり直すことにより、別のプレパルス波長を解析する［ボックス３２０］。この工程は、次に、適切なプレパルス波長が得られるまで必要に応じて繰り返される。
図９の手順の代替として、主パルス利得減少が満足できるように最小プレパルスシードエネルギを識別することができる。次に、図９の手順におけるプレパルスレーザ出力パルスエネルギの主パルスレーザ出力パルスエネルギに対する満足できる比の代わりに最小プレパルスシードエネルギを用いることができる。
図８及び図９又はその組合せに関連して考慮することができる別のファクタは、プレパルス波長及び主パルス波長が共通上側エネルギレベルを共有する時に発生する利得減少に及ぼす影響である。これは発生した時に、プレパルス増幅による主パルス利得減少は、一般的に、プレパルス波長及び主パルス波長が共通上側エネルギレベルを共有しない時よりも高い。ＣＯ2レーザに対して、９Ｒ振動ブランチ内の全ての回転線及び１０Ｒ振動ブランチ内の全ての回転線は、共通上側レベルを共有する。また、９Ｐ振動ブランチ内の全ての回転線及び１０Ｐ振動ブランチ内の全ての回転線は、共通上側レベルを共有する。
主パルス及びプレパルス波長を選択する時に考慮することができる別のファクタは、２色性スプリッタ及び結合器の使用である。この点に関し、約０．１４μｍのような最小波長差が、２色性光学系により＞９０％の結合効率を取得するために主パルスとプレパルス波長の間に必要とされる場合がある。
図１０は、ターゲット、例えば、液滴上に増幅器出力を集束させるために集束レンズを使用する時にプレパルスシードレーザに対して出力波長λPPを判断する作業手順の別の実施例を示す（図１０は特定の順序での段階の構成を示すが、段階の一部又は全ての順序は、手順の結果に悪影響を与えることなく変更することができることを認められたい）。図１０に示す作業手順を単独に用いて、プレパルスシードレーザの出力波長λPPを判断することができ、又は図８又は図９又はその両方の手順と共に使用することができる。更に、先に上述したファクタを適切なプレパルス波長λPPの選択において考慮することができる。
図１０の手順は、まず主パルス波長λＭＰを選択することによって始めることができる［ボックス４００］。例えば、上述のように、増幅器を通過した時に高電力を生成することができ、かつ１０Ｐ（２０）線のような主波長に自己同調する主パルスシードレーザを使用するとシードレーザ同調機構が不要になることが都合が良いと考えられる。図１０及び図１１を相互参照すると、λMPを選択すると、集束光学系４６による色収差のための主パルスとプレパルス間の満足できる焦点間隔ｄacceptableを判断することができる［ボックス４０２］ことを見ることができる。図１１に示す構成に対して、集束光学系４６は、色収差を導入する少なくとも１つのレンズ又は他の要素を含むことができる。図１１に示すように、色収差は、波長λ1を有するプレパルス光ビーム５００を液滴経路５０４に沿って位置５０２で集束させることができ、一方、波長λ2を有する主パルス光ビーム５０６は、位置５０２から「ｄ」だけ隔てた位置５０８で集束する。
満足できる間隔から外れると、「ｄ」ＥＵＶ出力は、原材料に対する主パルス強度の減少のために低減する場合がある。図１２は、９６ｍｍの開口部及び３００ｍｍの焦点距離を有するＺｎＳｅ集束レンズを有する一般的なＬＰＰシステムに関するプレパルスと主パルスの間に波長差（λMP−λPP）に対してプロットした液滴に対する主パルス強度のグラフを示している。図１２から、ターゲットに対する正規化ＣＯ２強度は、約０．１μＪのλMP−λPPに対しては０．８に下がることを見ることができる。λMP−λPPの別の適切な範囲は、約０．２μＪとすることができ、正規化ＣＯ２強度は、０．５まで下がる。ＣＯ２強度の低下により、ＥＵＶ収量が低減し、ターゲットに対する最適値よりも小さいＣＯ２強度のためにＣＥが低下する。また、焦点サイズの大形化も、レーザからターゲット材料へのエネルギ結合不良を示している。色分散からの両方の結果は、ＥＵＶ電力生成に望ましくないものである。一部の例において、選択した距離ｄacceptableは、プレプラズマ膨張速度、プレパルスと主パルス間の最適遅延、及びプレパルス及び主パルスの強度に依存する場合がある。
再び図１０を参照すると、色収差による主パルスとプレパルス間の満足できる焦点間隔ｄacceptableが判断された状態で、ボックス［４０４］〜［４１２］では、プレパルス波長λPPを選択することに対して試行錯誤による手法が示唆される。図示のように、これに対して、解析に向けて初期プレパルスλを選択することができる［ボックス４０４］。次に、集束レンズの色収差による主パルスとプレパルス間の焦点間隔ｄcalculatedを計算することができる［ボックス４０６］。ｄcalculated≦ｄacceptableである場合に［ボックス４０８］、選択されたプレパルスλは適切である［ボックス４１０］。それに反し、ｄcalculated＞ｄacceptableである場合に、選択されたプレパルスλは不適切であり、ボックス［４０６］及び［４０８］をやり直すことにより、別のプレパルス波長を解析する［ボックス４１２］。この工程は、次に、適切なプレパルス波長が得られるまで必要に応じて繰り返される。
上述の実施形態は、実施例のみであることを意図しており、本出願により広義に考えられる主題の範囲を制限することを意図していないことは当業者により理解されるであろう。追加、削除、及び修正は、本明細書で開示する主題の範囲で開示する実施形態に行うことができることも当業者により認められるであろう。特許請求の範囲は、その範囲及び意味において、開示した実施形態だけでなく、当業者に明らかであると思われるような均等物及び他の修正及び変形も包含することを意図している。明示的に特に断らない限り、単数形での特許請求の範囲の要素への言及、又は冠詞「ａ」が前に付いた要素への言及は、その要素の「１つ又はそれよりも多く」を意味することを意図している。本明細書で開示する内容のいずれも、開示する内容が明示的に特許請求の範囲に説明されたか否かに関わらず、一般大衆に捧げることを意図したものでない。
５０ プレパルスシードレーザ
７０ 回折格子
７４ａ、７４ｂ ミラー
７６ ビーム経路
７８ 活性媒体
８１ 光学系

Claims (9)

  1. λ1≠λ2の波長λ1及びλ2を含む利得帯域を有する光増幅器と、
    プレパルス出力を波長λ1に同調させるための同調モジュールを有するプレパルスシードレーザと、
    波長λ2を有するレーザ出力を発生させる主パルスシードレーザと、
    前記光増幅器を通る共通光路上に前記プレパルス出力及び前記主パルス出力を向けるためのビーム結合器と、
    を含み、
    前記同調モジュールは、
    ａ）前記主パルスシードレーザのための波長λ2を選択すること、
    ｂ）前記選択の後に、種々のプレパルス波長のうちの１つのプレパルス波長を用いて計算されたプレパルスシード出力パルスエネルギが第１の条件及び第２の条件のうちの少なくとも一方を確実に満たすようにするために、試行錯誤による手法を用いて前記種々のプレパルス波長を反復的にテストすること、ここで前記第１の条件とは、前記プレパルス波長に基づいて計算されたプレパルスシード出力パルスエネルギが前記プレパルスシードレーザのための作動出力パルスエネルギ範囲にあることであり、そして前記第２の条件とは、計算されたプレパルスシード出力パルスエネルギの主パルスレーザ出力エネルギに対する比が予め決められた範囲にあることであり、
    ｃ）前記プレパルス波長が前記第１の条件及び第２の条件の少なくとも一方を満たす場合は、前記プレパルス波長を前記λ1と指定すること、
    によって前記同調を行うことを特徴とするデバイス。
  2. 前記同調モジュールは、回折格子を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記プレパルスシードレーザ及び前記主パルスシードレーザは、ＣＯ2を含む利得媒体を有し、λ1及びλ2は、共通の振動ブランチ内の回転線に対応することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
  4. 前記プレパルスシードレーザ及び前記主パルスシードレーザは、ＣＯ2を含む利得媒体を有し、λ1及びλ2は、異なる振動ブランチ内の回転線に対応することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
  5. 前記プレパルスシードレーザ及び前記主パルスシードレーザは、ＣＯ2を含む利得媒体を有し、λ1及びλ2は、異なる振動ブランチ内の回転線に対応し、
    前記振動ブランチは、共通の上側レベルを共有しない、
    ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
  6. 前記プレパルスシードレーザは、減圧密封高周波放電ＣＯ2レーザを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
  7. 前記プレパルス出力はパルスエネルギＥPPを有し、前記主パルス出力はパルスエネルギＥMPを有し、ＥMP＜１０００×ＥPPであることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
  8. 前記光増幅器は、ＣＯ2を含む利得媒体を有し、かつプレパルス増幅器出力パルスエネルギＥPP-AMPED及びＥMP−AMPED＞１０×ＥPP-AMPEDである主パルス増幅器出力パルスエネルギＥMP−AMPEDを生成することを特徴とする請求項７に記載のデバイス。
  9. ＥMP＜１０×ＥPPであることを特徴とする請求項７に記載のデバイス。
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