JP6285450B2 - レーザ装置、及び極端紫外光生成システム - Google Patents
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Description
[1.概要]
[2.EUV光生成装置の全体説明]
2.1 構成
2.2 動作
[3.マスタオシレータとレーザ増幅器とを含むレーザ装置]
3.1 構成
3.2 動作
3.3 課題
[4.第1の実施形態]
4.1 構成
4.2 動作
4.3 作用
[5.第2の実施形態]
5.1 構成
5.2 動作
5.3 作用
5.4 その他
[6.第3の実施形態]
6.1 構成
6.2 動作
6.3 作用
6.4 変形例
6.4.1 構成
6.4.2 動作
6.4.3 作用
[7.第4の実施形態]
[8.レーザ増幅器のバリエーション]
8.1 3軸直交型増幅器
8.2 スラブ型増幅器
[9.偏光装置のバリエーション]
9.1 透過型の偏光子
9.2 反射型の偏光子
9.3 複数の反射型の偏光子を組み合わせた例
[10.イメージローテータのバリエーション]
10.1 ドーププリズムを用いたイメージローテータ
10.2 3枚の反射ミラーを用いたイメージローテータの第1の構成例
10.3 3枚の反射ミラーを用いたイメージローテータの第2の構成例
[11.その他]
本開示は、LPP式のEUV光生成装置用の高出力レーザ装置に関する。
2.1 構成
図1に、例示的なLPP式のEUV光生成システムの構成を概略的に示す。EUV光生成装置1は、少なくとも1つのレーザ装置3と共に用いられてもよい。本願においては、EUV光生成装置1及びレーザ装置3を含むシステムを、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、及びターゲット供給装置として例えばターゲット供給部26を含んでもよい。チャンバ2は、密閉可能であってもよい。ターゲット供給部26は、例えば、チャンバ2の壁を貫通するように取り付けられてもよい。ターゲット供給部26から供給されるターゲット物質の材料は、スズ、テルビウム、ガドリニウム、リチウム、キセノン、又は、それらの内のいずれか2つ以上の組み合わせを含んでもよいが、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部34を経て、パルスレーザ光32としてウインドウ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つのレーザ光の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つのターゲット27に照射されてもよい。
3.1 構成
図2を参照して、LPP式のEUV光生成装置に用いられるレーザ装置3の一構成例について説明する。LPP式のEUV光生成装置では、レーザ装置3として、CO2レーザ装置を含むものが用いられてもよい。レーザ装置3として用いられるCO2レーザ装置は、高いパルスエネルギのパルスレーザ光を高い繰り返し周波数で出力することが求められてもよい。このため、レーザ装置3は、高い繰り返し周波数でパルスレーザ光31mを出力するマスタオシレータ(MO:master oscillator)110を備えてもよい。また、レーザ装置3は、パルスレーザ光31mの光路上に配置され、パルスレーザ光31mを増幅する少なくとも1つのレーザ増幅器を備えてもよい。例えば図2に示したように、レーザ増幅器として、複数の増幅器PA1,PA2,…PAk,…PAnを含んでもよい。
複数の増幅器PA1,PA2,…PAk,…PAnはそれぞれ、図示しない各々のRF電源によって一対の電極62a,62b間に電圧を印加し、放電させてもよい。マスタオシレータ110のQスイッチを所定の繰り返し周波数で動作させてもよい。その結果、マスタオシレータ110から所定の繰り返し周波数で、パルスレーザ光31mが出力され得る。
マスタオシレータ110と、少なくとも1つのレーザ増幅器とを組み合わせたCO2レーザ装置は、マスタオシレータ110から出力されたパルスレーザ光31mと関係なく、少なくとも1つのレーザ増幅器から出力される自然放出(ASE:Amplified Spontaneous Emission)光36によって自励発振する可能性がある。シード光以外のASE光36が他のレーザ増幅器に入射すると、ASE光36が入射したレーザ増幅器はシード光以外のASE光36を増幅してしまうことがある。この結果、シード光を増幅する際の増幅率が低下し得る。よって、ASE光36による自励発振を抑制することが求められる。なお、シード光とは、レーザ増幅器による増幅対象のレーザ光のことであってもよい。例えば図2において、1番目の増幅器PA1では、マスタオシレータ110から出力されたパルスレーザ光31mがシード光になり得る。2番目の増幅器PA2では、1番目の増幅器PA1によって増幅され、出力されたパルスレーザ光がシード光になり得る。
4.1 構成
図3乃至図5を参照して、本開示の第1の実施形態に係るレーザ装置の構成を説明する。図3は、第1の実施形態に係るレーザ装置の要部をY方向から見た一構成例を概略的に示す。図4は、第1の実施形態に係るレーザ装置の要部をX方向から見た一構成例を概略的に示す。図5は、第1の実施形態に係るレーザ装置の増幅器PAkにおける一対の電極62a,62bによる放電方向Dr1の一例を概略的に示す。図5では、図4に示した増幅器PAkをZk−Zk’線方向から見た断面を示す。
増幅器PAk−1から出力された直線偏光のレーザ光は、第1の偏光装置70k−1を介して偏光状態を維持した状態で、シード光35aとして増幅器PAkに入力され得る。増幅器PAkにおいてシード光35aは、入力ウインドウ61aを介して一対の電極62a,62b間の放電領域64内を通過して、偏光状態を維持した状態で増幅され、出力ウインドウ61bを介して、増幅レーザ光35bとして出力され得る。増幅器PAkから出力された増幅レーザ光35bは、第2の偏光装置kを介して偏光状態を維持した状態で、次の増幅器PAk+1に入力され得る。
この第1の実施形態によれば、一対の電極62a,62bの表面においてASE光36は、放電方向Dr1に対して垂直な偏光方向の成分が高反射され得る。その結果、このASE光36によって、自励発振し易くなり得る。しかしながら、放電方向Dr1に対して垂直な偏光方向の自励発振光は、第1の偏光装置70k−1及び第2の偏光装置70kによって、レーザ光の光路上での伝搬が抑制され得る。
5.1 構成
図6を参照して、本開示の第2の実施形態に係るレーザ装置の構成を説明する。図6の上段には、第2の実施形態に係るレーザ装置をY方向から見た一構成例を概略的に示す。図6の中段及び下段には、第2の実施形態に係るレーザ装置における複数の増幅器PA1,PA2,PA3,PA4のそれぞれの一対の電極62a,62bによる放電方向の関係を概略的に示す。
図6に示したレーザ装置において、マスタオシレータ110から出力されたパルスレーザ光31mは、4つの増幅器PA1,PA2,PA3,PA4のそれぞれを通過して増幅され得る。ここで、図2に示したレーザ装置3の構成では、各々の増幅器の放電方向が同じとなるように、各々の増幅器の一対の電極62a,62bが同方向に対向配置されていてもよい。このため、図2に示したレーザ装置3では、一の増幅器における一対の電極62a,62bの表面で反射したASE光36が、他の一の増幅器における一対の電極62a,62bの表面に入射し得る。これに対して、図6に示したレーザ装置では、各々の増幅器の放電方向が異なるように、各々の増幅器の一対の電極62a,62bが異なる方向に対向配置されていてもよい。このため、図6に示したレーザ装置では、一の増幅器における一対の電極62a,62bの表面で反射したASE光36が、他の一の増幅器における一対の電極62a,62bの表面に斜入射したとしても反射率が低下し得る。その結果、自励発振が抑制され得る。
この第2の実施形態によれば、複数の増幅器のうち少なくとも1つの増幅器の放電方向が他の増幅器に対して異なるように、複数の増幅器を配置することによって、一対の電極62a,62bの表面で反射する自励発振光が抑制され得る。
図6では増幅器が4台の構成例を示したが、これに限定されることなく、例えば、増幅器がn台の場合は、以下の関係を満たすように増幅器を配置してもよい。すなわち、k番目の増幅器PAkにおいて、X軸とのなす角度θkの放電方向Drkとなるように、一対の電極62a,62bがX軸とのなす角度θkの方向に対向配置されていてもよい。
θk=(k−1)・θ0、θ0=180°/n
6.1 構成
図7を参照して、本開示の第3の実施形態に係るレーザ装置の構成を説明する。図7の上段には、第3の実施形態に係るレーザ装置をY方向から見た一構成例を概略的に示す。図7の下段には、上段に示した増幅器PA1をZ1−Z1’線方向から見た断面と、増幅器PA2をZ2−Z2’線方向から見た断面と、増幅器PAkをZk−Zk’線方向から見た断面と、増幅器PAnをZn−Zn’線方向から見た断面とを概略的に示す。
β=180°/n
図7に示したレーザ装置において、マスタオシレータ110から出力されたパルスレーザ光31mは、複数の増幅器PA1,PA2,…PAk,…PAnのそれぞれを通過して増幅され得る。ここで、図2に示したレーザ装置3の構成では、各々の増幅器の放電方向が同じとなるように、各々の増幅器の一対の電極62a,62bが同方向に対向配置されていてもよい。このため、図2に示したレーザ装置3では、一の増幅器における一対の電極62a,62bの表面で反射したASE光36が、他の一の増幅器における一対の電極62a,62bの表面に入射し得る。これに対して、図7に示したレーザ装置においても、各々の増幅器の配置は図2に示したレーザ装置3と同様であってもよい。図7に示したように、隣り合う2つの増幅器の間にイメージローテータが配置されていることで、一の増幅器における一対の電極62a,62bの表面で反射したASE光36が、他の一の増幅器における一対の電極62a,62bの表面に斜入射したとしても、反射率が低下し得る。
この第3の実施形態によれば、イメージローテータによって、隣り合う2つの増幅器間でレーザ光のビームを回転させ得る。その結果、一対の電極62a,62bの表面で反射する自励発振光が抑制され得る。
6.4.1 構成
図8を参照して、本開示の第3の実施形態に係るレーザ装置の変形例の構成を説明する。この変形例に係るレーザ装置は、図3乃至図5に示した上記第1の実施形態と、図7に示した上記第3の実施形態とを組み合わせた構成のレーザ装置であってもよい。
マスタオシレータ110から出力された直線偏光のパルスレーザ光31mは、偏光装置700を介して偏光状態を維持した状態で、増幅器PA1に入力され増幅され得る。増幅器PA1から出力された増幅されたパルスレーザ光31mは、偏光装置701を介して偏光状態を維持した状態で、イメージローテータR1に入力され得る。増幅されたパルスレーザ光31mのビームは、イメージローテータR1を通過することによって、パルスレーザ光31mの光路軸を中心に角度βで回転し得る。その結果、増幅されたパルスレーザ光31mの偏光方向も角度βだけ回転し得る。イメージローテータR1を通過したパルスレーザ光31mは、リターダRt1によって偏光方向が−βだけ回転し得る。その結果、増幅器PA2には、放電方向と偏光方向とが略一致するパルスレーザ光31mがシード光として入力され得る。以下同様の動作を繰り返して、増幅器PAkの放電方向と増幅器PAkに入力されるシード光の偏光方向とが略一致するように、適宜、シード光のビームが回転され得る。
この変形例によれば、増幅器の放電方向と増幅器に入力されるシード光の偏光方向とを略一致させ、かつ、シード光のビームを回転させ得るので、一対の電極62a,62bの表面で反射する自励発振光がさらに抑制され得る。
図9は、比較例に係るレーザ装置3をY方向から見た一構成例を概略的に示す。図10は、第4の実施形態に係るレーザ装置3AをX方向から見た一構成例を概略的に示す。
8.1 3軸直交型増幅器
図11は、例えば図3及び図4に示した増幅器PAkの他の例として、3軸直交型増幅器の構成例を示している。図12は、図11に示した3軸直交型増幅器をZ1−Z1’線方向から見た断面構成例を示している。
図13は、例えば図3及び図4に示した増幅器PAkのさらに他の例として、スラブ型増幅器の構成例を示している。図14は、図13に示したスラブ型増幅器をX1−X1’線方向から見た断面構成例を示している。
9.1 透過型の偏光子
図15は、例えば図3及び図4に示した第1の偏光装置70k−1及び第2の偏光装置70kの一例として、透過型の偏光子の構成例を示している。透過型の偏光子は、レーザ光を透過する基板80上に多層膜81をコーティングしたものであってもよい。多層膜81は、レーザ光の入射面に対して、P偏光成分を高透過すると共に、S偏光成分を高反射するものであってもよい。基板80の材料は、例えばCO2レーザ光を透過するZnSe、GaAs、ダイヤモンド等であってもよい。
図16は、例えば図3及び図4に示した第1の偏光装置70k−1及び第2の偏光装置70kの他の例として、反射型の偏光子の構成例を示している。反射型の偏光子は、基板82上に膜83をコーティングしたものであってもよい。さらに基板82を冷却装置84によって冷却するようにしてもよい。膜83は、レーザ光の入射面に対して、S偏光成分を高反射すると共に、P偏光成分を吸収するものであってもよい。高出力CO2レーザ装置では、熱負荷が大きいので、冷却装置84によって冷却する反射型の偏光子を使用することによって、反射光の波面の歪みを抑制し得る。
図17は、例えば図3及び図4に示した第1の偏光装置70k−1及び第2の偏光装置70kのさらに他の例として、複数の反射型の偏光子を組み合わせた偏光装置90の構成例を示している。偏光装置90は、4つの反射型の偏光子91,92,93,94を備えていてもよい。反射型の偏光子91,92,93,94はそれぞれ、図16に示した反射型の偏光子と同様に、基板82上に膜83をコーティングしたものであってもよい。さらに図17では図示していないが、基板82を冷却装置によって冷却するようにしてもよい。反射型の偏光子91,92,93,94はそれぞれ、図17に示したように、紙面を含む面内において、レーザ光の入射角度が45度となるように配置されていてもよい。
10.1 ドーププリズムを用いたイメージローテータ
図18及び図19は、例えば図7及び図8に示したイメージローテータR1,R2,…Rkの一例として、ドーププリズム360を用いたイメージローテータの構成例を示している。図18はドーププリズム360を側面方向から見た状態、図19はドーププリズム360を正面方向から見た状態を示している。
図20は、例えば図7及び図8に示したイメージローテータR1,R2,…Rkの他の例として、3枚の反射ミラー371,372,373を用いたイメージローテータの構成例を示している。CO2レーザの出力が大きい場合は、図18及び図19に示したドーププリズム360のような透過型の素子を使用すると、レーザ光の吸収によって、ドーププリズム360に温度分布が発生し得る。その結果、屈折率分布が生じ、透過波面が歪み得る。そこで、入射した光がドーププリズム360と同様な光路で反射されるように3枚の反射ミラー371,372,373を配置してもよい。3枚の反射ミラー371,372,373の基板には図示しない冷却水を流してもよい。これによって、反射光の波面を抑制し得る。
図21は、例えば図7及び図8に示したイメージローテータR1,R2,…Rkのさらに他の例として、3枚の反射ミラー381,382,383を用いたイメージローテータ380の構成例を示している。図21では、ある光の成分Igが、イメージローテータ380によって回転角度θだけ回転する様子を示している。反射ミラー381は、入射した光を90°の角度で反射ミラー382に向けて反射するように配置されていてもよい。反射ミラー382は、入射した光をθの角度で反射ミラー383に向けて反射するように配置されていてもよい。反射ミラー383は、入射した光を90°の角度で反射するように配置されていてもよい。反射ミラー382への光の入射角度をθ/2とすることで、イメージローテータ380による回転角度はθとなり得る。
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
Claims (3)
- 入射される直線偏光のレーザ光の偏光方向と略一致する方向の偏光軸を有する第1の偏光デバイスと、
前記第1の偏光デバイスの前記偏光軸の方向に略一致する方向の偏光軸を有する第2の偏光デバイスと、
対向方向が前記第1の偏光デバイスの前記偏光軸の方向に略一致するように対向配置された一対の放電電極を含み、前記第1の偏光デバイスと前記第2の偏光デバイスとの間に配置されたレーザ増幅器と
を備えたレーザ装置。 - EUV光が生成されるプラズマチャンバと、パルスレーザ光を前記プラズマチャンバの内部に供給するレーザ装置とを含み、
前記レーザ装置は、
前記パルスレーザ光のシードとなり、直線偏光のレーザ光を出力するマスタオシレータと、
前記直線偏光のレーザ光の偏光方向と略一致する方向の偏光軸を有する第1の偏光デバイスと、
前記第1の偏光デバイスの前記偏光軸の方向に略一致する方向の偏光軸を有する第2の偏光デバイスと、
対向方向が前記第1の偏光デバイスの前記偏光軸の方向に略一致するように対向配置された一対の放電電極を含み、前記第1の偏光デバイスと前記第2の偏光デバイスとの間に配置されたレーザ増幅器と
を備えた極端紫外光生成システム。 - 内部においてターゲットにパルスレーザ光が照射されることによってEUV光が生成されるプラズマチャンバと、
前記ターゲットを前記プラズマチャンバの内部に供給するターゲット供給部と、
前記パルスレーザ光を前記プラズマチャンバの内部に供給するレーザ装置と
を含み、
前記レーザ装置は、
前記パルスレーザ光のシードとなるレーザ光を出力するマスタオシレータと、
対向配置された一対の放電電極を含み、前記マスタオシレータから出力されたレーザ光の光路上に配置されたレーザ増幅器と
を備え、
前記パルスレーザ光の軸外方向から逆進して来た前記ターゲットからの反射光が、前記レーザ増幅器の前記一対の放電電極の対向表面に入射しないように、前記一対の放電電極の対向方向が前記パルスレーザ光の光軸を回転中心として回転方向に調整されている
極端紫外光生成システム。
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