JP6364002B2 - 極端紫外光生成システム - Google Patents
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Description
1.概要
2.用語の説明
3.EUV光生成システムの全体説明
3.1 構成
3.2 動作
4.第1及び第2プリパルスレーザ光をターゲットに照射するEUV光生成システム
4.1 構成
4.1.1 ターゲット生成部
4.1.2 ターゲットセンサ及び発光部
4.1.3 レーザシステム
4.1.4 レーザ光進行方向制御部
4.1.5 光検出器
4.1.6 集光光学系
4.1.7 EUV集光ミラー及びEUV光センサ
4.2 動作
4.2.1 ターゲットの出力
4.2.2 パルスレーザ光の出力
4.2.3 パルスレーザ光の伝送
4.2.4 パルスレーザ光の検出
4.2.5 パルスレーザ光の集光
4.3 レーザ光学系の第1の例
4.3.1 パルスレーザ光の照射位置の調整
4.3.2 パルスレーザ光の集光径
4.4 レーザ光学系の第2の例
4.5 レーザ光学系の第3の例
5.CO2レーザ装置に2つのトリガ信号が入力されるEUV光生成システム
5.1 構成
5.2 動作
5.3 レーザ光学系の例
5.4 CO2レーザ装置によるパルスレーザ光のパルス波形の変形例
5.5 2つのトリガ信号が入力されるCO2レーザ装置の第1の構成例
5.6 2つのトリガ信号が入力されるCO2レーザ装置の第2の構成例
5.7 2つのトリガ信号が入力されるCO2レーザ装置の第3の構成例
6.パルスレーザ光のパラメータとCEの関係
6.1 第2プリパルスレーザ光P2又はメインパルスレーザ光MPの第1段階におけるフルーエンス及びそれらの光強度
6.2 第2プリパルスレーザ光P2の照射タイミング
6.3 メインパルスレーザ光M又はMPのフルーエンス
6.4 第1プリパルスレーザ光P1の照射タイミング
6.5 第1及び第2プリパルスレーザ光の照射タイミング
7.パルスレーザ光を照射されたターゲットの変化
7.1 第1プリパルスレーザ光がピコ秒オーダーのパルス幅を有する場合
7.2 第1プリパルスレーザ光がナノ秒オーダーのパルス幅を有する場合
8.YAGレーザ装置が複数のパルスを出力するEUV光生成システム
8.1 構成
8.2 動作
8.3 レーザ光学系の例
8.4 第4のトリガ信号を用いた変形例
8.5 CEの向上
8.6 パルスレーザ光を照射されたターゲットの変化
9.その他(YAGレーザ装置)
9.1 第1の例
9.2 第2の例
9.2.1 ポッケルスセルに電圧を印加しない場合
9.2.2 ポッケルスセルに電圧を印加する場合
10.制御部の構成
LPP式のEUV光生成システムにおいては、ターゲット生成部が液滴状のターゲットを出力し、チャンバ内のプラズマ生成領域に到達させてもよい。ターゲットがプラズマ生成領域に到達する時点で、レーザシステムがターゲットにパルスレーザ光を照射することにより、ターゲットがプラズマ化し、このプラズマからEUV光が放射され得る。放射されたEUV光は、チャンバ内に配置されたEUV集光ミラーによって集光され、露光装置等に出力されてもよい。
本願において使用される幾つかの用語を以下に説明する。
ターゲットの「軌道」は、ターゲット生成部から出力されるターゲットの理想的な経路、あるいは、ターゲット生成部の設計に従ったターゲットの経路であってもよい。
ターゲットの「軌跡」は、ターゲット生成部から出力されたターゲットの実際の経路であってもよい。
「プラズマ生成領域」は、EUV光を生成するためのプラズマの生成が開始される領域を意味し得る。
パルスレーザ光の「光路軸」は、パルスレーザ光の光路の中心軸を意味し得る。
3.1 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つのレーザシステム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及びレーザシステム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、ターゲット生成部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。ターゲット生成部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。ターゲット生成部26から出力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つ以上の組合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、レーザシステム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つのレーザ光経路に沿ってチャンバ2内を進み、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。
4.1 構成
図2は、第1の実施形態に係るEUV光生成システム11の構成を示す一部断面図である。図2に示されるように、チャンバ2の内部には、集光光学系22aと、EUV集光ミラー23と、ターゲット回収部28と、EUV集光ミラーホルダ81と、プレート82及び83とが設けられてもよい。チャンバ2には、ターゲット生成部26と、ターゲットセンサ4と、発光部45と、EUV光センサ7とが取り付けられてもよい。
ターゲット生成部26は、リザーバ61を有していても良い。リザーバ61は、溶融されたターゲットの材料を、内部に貯蔵してもよい。リザーバ61に備えられた図示しないヒータによって、ターゲットの材料がその融点以上の温度に維持されてもよい。リザーバ61の一部が、チャンバ2の壁面に形成された貫通孔2aを貫通しており、リザーバ61の先端がチャンバ2の内部に位置していてもよい。リザーバ61の上記先端には、開口62が形成されていてもよい。貫通孔2aの周囲のチャンバ2の壁面には、リザーバ61のフランジ部61aが密着して固定されてもよい。
ターゲットセンサ4と発光部45とは、ターゲット27の軌道を挟んで互いに反対側に配置されていてもよい。チャンバ2にはウインドウ21a及び21bが取り付けられていてもよい。ウインドウ21aは、発光部45とターゲット27の軌道との間に位置していてもよい。ウインドウ21bは、ターゲット27の軌道とターゲットセンサ4との間に位置していてもよい。
レーザシステム3は、第1のYAGレーザ装置La1と、第2のYAGレーザ装置La2と、CO2レーザ装置Lbとを含んでいてもよい。ここではYAGレーザ装置及びCO2レーザ装置について例示するが、他のレーザ装置、例えばNd:YVO4を用いたレーザ装置であってもよい。なお、YAGレーザ装置とは、レーザ発振器及び必要に応じてレーザ増幅器を含み、レーザ発振器及びレーザ増幅器のいずれか又は両方に、レーザ媒質としてYAG結晶を用いるものでもよい。CO2レーザ装置とは、レーザ発振器及び必要に応じてレーザ増幅器を含み、レーザ発振器及びレーザ増幅器のいずれか又は両方に、レーザ媒質としてCO2ガスを用いるものでもよい。
レーザ光進行方向制御部34aは、高反射ミラー340、341及び342と、ビームコンバイナ343及び344と、を含んでもよい。高反射ミラー340は、ホルダ345によって支持されていてもよい。高反射ミラー341は、ホルダ346によって支持されていてもよい。高反射ミラー342は、ホルダ347によって支持されていてもよい。
なお、第1プリパルスレーザ光P1と第2プリパルスレーザ光P2とが異なる波長成分を有する場合には、ビームコンバイナ343も、ダイクロイックミラーであってよい。
光検出器35は、レーザ光進行方向制御部34aと集光光学系22aとの間のパルスレーザ光32の光路に配置されてもよい。光検出器35は、ビームスプリッタ351と光センサ352とを含んでもよい。
プレート82は、チャンバ2に固定されてもよい。プレート82には、プレート83が支持されてもよい。集光光学系22aは、軸外放物面ミラー221及び平面ミラー222を含んでもよい。軸外放物面ミラー221は、ホルダ223によって支持されてもよい。平面ミラー222は、ホルダ224によって支持されてもよい。ホルダ223及び224は、プレート83に固定されてもよい。
EUV集光ミラー23は、EUV集光ミラーホルダ81を介してプレート82に固定されていてもよい。EUV光センサ7は、プラズマ生成領域25において発生したEUV光の一部を受光し、EUV光のエネルギー又はEUV光の光強度を検出してもよい。EUV光センサ7は、検出結果をEUV制御部50へ出力してもよい。
4.2.1 ターゲットの出力
EUV光生成制御部5に含まれるEUV制御部50は、ターゲット生成部26がターゲット27を出力するように、ターゲット生成部26に制御信号を出力してもよい。
ターゲット生成部26は、開口62を介して、複数の液滴状のターゲット27を順次出力してもよい。複数の液滴状のターゲット27は、その出力順に従って、プラズマ生成領域25に到達してもよい。ターゲット回収部28は、ターゲット27の軌道の延長線上に配置され、プラズマ生成領域25を通過したターゲット27を回収してもよい。
EUV制御部50は、ターゲットセンサ4から出力されるターゲット検出信号を受信してもよい。
EUV制御部50は、ターゲット27がプラズマ生成領域25又はその近傍に到達するタイミングでパルスレーザ光33が当該ターゲット27に集光されるように、レーザシステム3を制御してもよい。
あるいは、EUV制御部50が、第1のトリガ信号を第2遅延回路52にも出力してもよい。第1のトリガ信号を受信した第2遅延回路52が、第1のトリガ信号の受信タイミングに対して第1及び第2の遅延時間が経過したことを示す第3のトリガ信号を、CO2レーザ装置Lbに出力してもよい。
CO2レーザ装置Lbは、第3のトリガ信号に従って、メインパルスレーザ光Mを出力してもよい。
レーザ光進行方向制御部34aに含まれる高反射ミラー340は、第1のYAGレーザ装置La1によって出力された第1プリパルスレーザ光P1の光路に配置されてもよい。高反射ミラー340は、第1プリパルスレーザ光P1を高い反射率で反射してもよい。
光検出器35に含まれるビームスプリッタ351は、パルスレーザ光32を集光光学系22aに向けて高い透過率で透過させるとともに、パルスレーザ光32の一部を光センサ352に向けて反射してもよい。光センサ352は、ビームスプリッタ351によって反射されたパルスレーザ光32の一部を受光して、それらの受光タイミングやその他のパラメータを示すレーザ受光信号を、EUV制御部50に出力してもよい。パルスレーザ光32が光センサ352によって受光されるタイミングは、パルスレーザ光33がターゲット27に照射されるタイミングにほぼ一致していてもよい。
図2を再び参照し、集光光学系22aに含まれる軸外放物面ミラー221は、パルスレーザ光32の光路に配置されてもよい。軸外放物面ミラー221は、パルスレーザ光32を平面ミラー222に向けて反射してもよい。平面ミラー222は、軸外放物面ミラー221によって反射されたパルスレーザ光32を、パルスレーザ光33としてプラズマ生成領域25又はその近傍に向けて反射してもよい。パルスレーザ光33は、軸外放物面ミラー221の反射面形状に従い、プラズマ生成領域25又はその近傍において集光されてもよい。
図4は、図2に示されるEUV光生成システム11におけるレーザ光進行方向制御部34a及びその周辺の第1の構成例を概略的に示す。チャンバ2に付帯するEUV集光ミラー23やターゲットセンサ4などの構成については、図示が省略されている。集光光学系22aやターゲット生成部26についても、その具体的な構成の図示は省略されている。
ターゲット27に対する第1プリパルスレーザ光P1の照射タイミングから第2プリパルスレーザ光P2の照射タイミングまでの間に、ターゲット27は矢印Y方向に移動し得る。図3に示されるように、ターゲット27に対する第1プリパルスレーザ光P1の照射タイミングから第2プリパルスレーザ光P2の照射タイミングまでの時間が比較的長い場合には、その移動距離も長くなり得る。
ターゲット27に対する第1プリパルスレーザ光P1の照射タイミングから第2プリパルスレーザ光P2の照射タイミングまでの間に、破壊されたターゲット27は拡散し、2次ターゲットが生成され得る。図3に示されるように、ターゲット27に対する第1プリパルスレーザ光P1の照射タイミングから第2プリパルスレーザ光P2の照射タイミングまでの時間が比較的長い場合には、その2次ターゲットの分散径も大きくなり得る。
平面波のレーザ光を集光光学系に入射させることによりレーザ光を集光したとき、そのビームウエストの集光径Dは、次の近似式で表され得る。
D≒4F・λ・M2/(π・B)
ここで、Fは、集光光学系の焦点距離であり、λは、レーザ光の波長であってもよい。M2は、ビームがシングルモード横モードビームにどのくらい近いかを示す値であり、どのくらい小さなビームウエストに集光できるかを示す値であってもよい。Bは、集光光学系に入射するレーザ光のビーム径であってもよい。
この近似式で示されるように、レーザ光の集光径Dは、レーザ光の波長λに比例し、レーザ光のビーム径Bに反比例し得る。
また、第1プリパルスレーザ光P1は、第2プリパルスレーザ光P2のビーム径より大きいビーム径を有してもよい。この場合、例えば、第1プリパルスレーザ光P1の波長と第2プリパルスレーザ光P2の波長とがほぼ同じであるとすれば、第1プリパルスレーザ光P1の集光径が、第2プリパルスレーザ光P2の集光径より小さくなり得る。
以上により、第1プリパルスレーザ光P1の集光径を、第2プリパルスレーザ光P2の集光径及びメインパルスレーザ光Mの集光径より小さくし得る。
第2プリパルスレーザ光P2の波長λを1.06μmとしたとき、集光径Dを300μmとするには、集光光学系22aに入射する第2プリパルスレーザ光P2のビーム径Bは、約0.9mmと算出できる。
メインパルスレーザ光Mの波長λを10.6μmとしたとき、集光径Dを300μmとするには、集光光学系22aに入射するメインパルスレーザ光Mのビーム径Bは、約9.0mmと算出できる。
図5は、図2に示されるEUV光生成システム11におけるレーザ光進行方向制御部34a及びその周辺の第2の構成例を概略的に示す。チャンバ2に付帯するEUV集光ミラー23やターゲットセンサ4などの構成については、図示が省略されている。集光光学系22aやターゲット生成部26についても、その具体的な構成の図示は省略されている。
図6は、図2に示されるEUV光生成システム11におけるレーザ光進行方向制御部34a及びその周辺の第3の構成例を概略的に示す。チャンバ2に付帯するEUV集光ミラー23やターゲットセンサ4などの構成については、図示が省略されている。集光光学系22aやターゲット生成部26についても、その具体的な構成の図示は省略されている。
5.1 構成
図7は、第2の実施形態に係るEUV光生成システム11の構成を示す一部断面図である。図7に示される第2の実施形態は、レーザシステム3が1つのYAGレーザ装置Laと1つのCO2レーザ装置Lbとを含んでいる点で、図2に示される第1の実施形態と異なる。さらに、第2の実施形態は、CO2レーザ装置Lbに、第1遅延回路51からの第2のトリガ信号と第2遅延回路52からの第3のトリガ信号とが入力される点で、第1の実施形態と異なる。第1の実施形態におけるビームコンバイナ343は、なくてもよい。
EUV制御部50は、ターゲット検出信号に基づいて、第1のトリガ信号を、YAGレーザ装置La及び第1遅延回路51に出力してもよい。YAGレーザ装置Laは、第1のトリガ信号に従って、第1プリパルスレーザ光P1を出力してもよい。
あるいは、EUV制御部50が、第1のトリガ信号を第2遅延回路52にも出力してもよい。第1のトリガ信号を受信した第2遅延回路52が、第1のトリガ信号の受信タイミングに対して第1及び第2の遅延時間が経過したことを示す第3のトリガ信号を、CO2レーザ装置Lbに出力してもよい。
CO2レーザ装置Lbは、第3のトリガ信号に従って、メインパルスレーザ光Mを出力してもよい。
図9は、図7に示されるEUV光生成システム11におけるレーザ光進行方向制御部34a及びその周辺の構成例を概略的に示す。チャンバ2に付帯するEUV集光ミラー23やターゲットセンサ4などの構成については、図示が省略されている。集光光学系22aやターゲット生成部26についても、その具体的な構成の図示は省略されている。
他の点については、第1の実施形態と同様でよい。
図10は、第2の実施形態におけるレーザ受光信号の別の例を示す波形図である。図10において、横軸は時間tを示し、縦軸は光強度Iを示してもよい。光センサ352が受光するパルスレーザ光32は、プリパルスレーザ光Pと、メインパルスレーザ光MPと、を含んでもよい。プリパルスレーザ光Pと、メインパルスレーザ光MPとは、この順で光センサ352に入射してもよい。プリパルスレーザ光Pのパルスエネルギよりも、メインパルスレーザ光MPのパルスエネルギが大きくてもよい。
メインパルスレーザ光MPは、CO2レーザ装置Lbから出力されてもよい。図8に示される第2プリパルスレーザ光P2は、出力されなくてもよい。図10に示されるメインパルスレーザ光MPのパルス波形は、光強度が低く、緩やかに増加する第1段階M1と、第1段階M1の後、光強度が急峻に増加する第2段階M2と、第2段階M2の後、光強度が減少する第3段階M3と、を含んでもよい。すなわち、第2段階M2における光強度の増加率は、第1段階M1における光強度の増加率よりも大きくてよい。
図11Aは、第2の実施形態におけるCO2レーザ装置Lbの第1の構成例を概略的に示す。第2の実施形態におけるCO2レーザ装置Lbは、第1及び第2のマスターオシレータMO1及びMO2と、CO2レーザ制御部391と、ビームコンバイナ399と、第1〜第3の増幅器PA1〜PA3とを含んでもよい。
本開示は図示されたものに限定されず、ビームコンバイナ399の代わりに、図示しないビームスプリッタを増幅器間(PA1とPA2間、又はPA2とPA3間)の光路に配置してもよい。その場合のビームスプリッタは、第1のマスターオシレータMO1から出力されたパルスレーザ光と、第2のマスターオシレータMO2から出力されて少なくとも第1の増幅器PA1を通過したパルスレーザ光とを、合波させてもよい。
図12Aは、第2の実施形態におけるCO2レーザ装置Lbの第2の構成例を概略的に示す。第2の構成例におけるCO2レーザ装置Lbは、波形調節器392と、ビームスプリッタ394と、パルス波形検出器393と、電圧波形制御回路382とを含んでもよい。
図14は、第2の実施形態におけるCO2レーザ装置Lbの第3の構成例を概略的に示す。第3の構成例におけるCO2レーザ装置Lbは、マスターオシレータMOと増幅器PA1との間に、高反射ミラー467と、可飽和吸収体セル397とを含んでもよい。また、CO2レーザ装置Lbは、電圧波形生成回路395と、高電圧電源396とを含んでもよい。
その他の点は図12Aを用いて説明した第2の構成例と同様でもよい。
6.1 第2プリパルスレーザ光P2又はメインパルスレーザ光MPの第1段階におけるフルーエンス及びそれらの光強度
図15及び図16は、第1及び第2の実施形態に係るEUV光生成システム11におけるCEの測定結果を示すグラフである。図15において、横軸は第2プリパルスレーザ光P2のフルーエンス又はメインパルスレーザ光MPの第1段階におけるフルーエンスを示し、縦軸はCEを示してもよい。図16において、横軸は第2プリパルスレーザ光P2の単位面積当たりの光強度又はメインパルスレーザ光MPの第1段階における単位面積当たりの光強度を示し、縦軸はCEを示してもよい。
ターゲット27としては、液体のスズが用いられた。ターゲット27の直径は、21μm〜22μmの範囲であった。
(1)ナノ秒オーダーのパルス幅を有する第1プリパルスレーザ光P1として、Nd:YAG(neodymium-doped yttrium aluminum garnet)レーザ装置による波長1.06μmのパルスレーザ光が用いられた。このパルスレーザ光の半値全幅によるパルス幅は10nsであり、パルスエネルギは0mJ〜2.7mJの範囲であった。
(2)ピコ秒オーダーのパルス幅を有する第1プリパルスレーザ光P1として、Nd:YVO4を用いたモードロックレーザ装置をマスターオシレータとし、Nd:YAGを用いた再生増幅器により増幅された波長1.06μmのパルスレーザ光が用いられた。このパルスレーザ光の半値全幅によるパルス幅は14psであり、パルスエネルギは0mJ〜2.0mJの範囲であった。
これらの第1プリパルスレーザ光P1の集光径は、集光位置におけるピーク強度の1/e2以上の光強度を有する部分の直径で表した場合に、70μmとした。
(1)第1プリパルスレーザ光P1の次に、第2プリパルスレーザ光P2及びメインパルスレーザ光Mをターゲット27に照射した。当該第2プリパルスレーザ光P2のエネルギーの設定値を、0mJ〜2.4mJの間で変化させた。そして、第2プリパルスレーザ光P2の照射タイミングを変化させながらCEを測定し、第2プリパルスレーザ光P2のエネルギーの設定値ごとに、最も高いCEを図15及び図16に表した。
(2)第1プリパルスレーザ光P1の次に、第1〜第3段階を有するメインパルスレーザ光MPをターゲット27に照射した。メインパルスレーザ光MPの第1段階の時間幅は約50nsとし、当該第1段階におけるエネルギーを0mJ〜80mJの間で変化させてCEを測定した。
また、パルスレーザ光の半値全幅でのパルス幅をTdとすると、単位面積当たりの光強度Iは、I=F/Tdとなる。なお、メインパルスレーザ光MPの第1段階の時間幅を、上述の条件設定の通り50nsとした場合には、第1段階の単位面積当たりの光強度Iを算出するためのTdの値は、50nsでよい。
(1)第2プリパルスレーザ光P2を照射しない場合、すなわち、第2プリパルスレーザ光P2のフルーエンスを0J/cm2とした場合よりも、第2プリパルスレーザ光P2を照射した場合の方が、CEが高かった。また、メインパルスレーザ光MPが第1段階を含まない場合、すなわち、第1段階におけるフルーエンスを0J/cm2とした場合よりも、メインパルスレーザ光MPが第1段階を含む場合の方が、CEが高かった。
第2プリパルスレーザ光P2の単位面積当たりの光強度は、0.4×108W/cm2以上、好ましくは3.0×108W/cm2以上でもよく、メインパルスレーザ光Mの単位面積当たりの光強度以下でもよい。また、メインパルスレーザ光MPの第1段階における単位面積当たりの光強度は、0.4×108W/cm2以上、好ましくは1.7×108W/cm2以上でもよく、メインパルスレーザ光MPの第2段階及び第3段階における単位面積当たりの光強度以下でもよい。
図17及び図18は、第1の実施形態に係るEUV光生成システム11におけるCEの測定結果を示す別のグラフである。図17及び図18において、横軸は第2プリパルスレーザ光P2の照射タイミングを示し、縦軸はCEを示してもよい。ここで、第2プリパルスレーザ光P2の照射タイミングは、メインパルスレーザ光Mの照射タイミングを0としたとき、メインパルスレーザ光Mの照射タイミングから遡った時間でもよい。
第1プリパルスレーザ光P1がピコ秒オーダーのパルス幅を有する場合に、第2プリパルスレーザ光P2の照射タイミングは、メインパルスレーザ光Mの照射タイミングを0としたとき、好ましくは、−0.37μs〜−0.03μsの範囲でもよい。さらに好ましくは、−0.22μs〜−0.07μsの範囲でもよい。
第1プリパルスレーザ光P1がナノ秒オーダーのパルス幅を有する場合に、第2プリパルスレーザ光P2の照射タイミングは、メインパルスレーザ光Mの照射タイミングを0としたとき、好ましくは、−0.57μs〜−0.03μsの範囲でもよい。
図19及び図20は、第1及び第2の実施形態に係るEUV光生成システム11におけるCEの測定結果を示すさらに別のグラフである。図19及び図20において、横軸はメインパルスレーザ光M又はMPのフルーエンスを示し、縦軸はCEを示してもよい。
第1プリパルスレーザ光P1がピコ秒オーダーのパルス幅を有する場合に、第2プリパルスレーザ光P2及びメインパルスレーザ光Mを照射した場合には、メインパルスレーザ光Mのフルーエンスの計測範囲全体で高いCEが得られた。
第1プリパルスレーザ光P1がピコ秒オーダーのパルス幅を有する場合に、メインパルスレーザ光MPを照射した場合には、メインパルスレーザ光MPの第2段階及び第3段階のフルーエンスが100J/cm2〜200J/cm2の範囲では高いCEが得られた。
第1プリパルスレーザ光P1がナノ秒オーダーのパルス幅を有する場合に、第2プリパルスレーザ光P2及びメインパルスレーザ光Mを照射した場合には、メインパルスレーザ光Mのフルーエンスの計測範囲全体で一定のCEが得られた。
第1プリパルスレーザ光P1がナノ秒オーダーのパルス幅を有する場合に、メインパルスレーザ光MPを照射した場合には、メインパルスレーザ光MPの第2段階及び第3段階におけるフルーエンスの計測範囲全体で一定のCEが得られた。
図21は、第1の実施形態に係るEUV光生成システム11におけるCEの測定結果を示すさらに別のグラフである。図21において、横軸は第1プリパルスレーザ光P1とメインパルスレーザ光の照射タイミング時間差を示し、縦軸はCEを示す。ここで、第1プリパルスレーザ光P1の照射タイミングは、メインパルスレーザ光Mの照射タイミングを0としたとき、メインパルスレーザ光Mの照射タイミングから遡った時間でもよい。
第2プリパルスレーザ光P2のフルーエンスを1.6J/cm2とした場合には、第2プリパルスレーザ光P2を照射しない場合、すなわちフルーエンスを0J/cm2とした場合に比べて、高いCEが得られた。また、第2プリパルスレーザ光P2のフルーエンスを1.6J/cm2とした場合には、0J/cm2とした場合に比べて、高いCEを得るための第1プリパルスレーザ光P1とメインパルスレーザ光Mとの時間差が短かった。
第2プリパルスレーザ光P2を照射する場合には、第1プリパルスレーザ光P1とメインパルスレーザ光Mとの照射タイミングの時間差は、好ましくは0.5μs以上、1.6μs以下でもよい。さらに好ましくは、0.8μs以上、1.3μs以下でもよい。
図22は、第1の実施形態に係るEUV光生成システム11におけるCEの測定結果を示すさらに別のグラフである。図22において、横軸はメインパルスレーザ光Mの照射タイミングを示し、縦軸はCEを示す。ここで、メインパルスレーザ光Mの照射タイミングは、第1プリパルスレーザ光P1の照射タイミングを0としたとき、第1プリパルスレーザ光P1の照射タイミングからメインパルスレーザ光Mの照射までの間に経過した時間でもよい。
ターゲット27としては、液体のスズが用いられた。ターゲット27の直径は、約23μmであった。
図23において、第2プリパルスレーザ光P2として、Nd:YVO4を用いたモードロックレーザ装置をマスターオシレータとし、Nd:YAGを用いた再生増幅器により増幅された波長1.06μmのパルスレーザ光が用いられた。第2プリパルスレーザ光P2の半値全幅によるパルス幅は14psであり、パルスエネルギは1.6mJ、集光径は400μm、フルーエンスは1.3J/cm2であった。
他の点については、図22における測定条件と同一の条件とした。
(1)図22に示されるように、第1プリパルスレーザ光P1のパルス幅をピコ秒オーダーとし、第2プリパルスレーザ光P2のパルス幅をナノ秒オーダーとした場合よりも、図23に示されるように、それらのパルス幅をいずれもピコ秒オーダーとした場合の方が、最大のCEは若干低かった。
図25において、第2プリパルスレーザ光P2として、Nd:YVO4を用いたモードロックレーザ装置をマスターオシレータとし、Nd:YAGを用いた再生増幅器により増幅された波長1.06μmのパルスレーザ光が用いられた。第2プリパルスレーザ光P2の半値全幅によるパルス幅は14psであり、集光径は400μmであった。
他の点については、図24における測定条件と同一の条件とした。
(1)図24に示されるように、第1プリパルスレーザ光P1のパルス幅をピコ秒オーダーとし、第2プリパルスレーザ光P2のパルス幅をナノ秒オーダーとした場合よりも、図25に示されるように、それらのパルス幅をいずれもピコ秒オーダーとした場合の方が、最大のCEは低かった。
7.1 第1プリパルスレーザ光がピコ秒オーダーのパルス幅を有する場合
図26Aは、第1及び第2の実施形態においてピコ秒オーダーのパルス幅を有する第1プリパルスレーザ光P1が照射されるときのターゲット27の様子を概略的に示す。破線270は、ターゲット27の軌道及びその延長線を示す。第1プリパルスレーザ光P1は、ターゲット27の径とほぼ同じか、ターゲット27の径より少し大きい集光径を有していてもよい。
ここでは2次ターゲット272に第2プリパルスレーザ光P2が照射されて3次ターゲット273が生成される場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。2次ターゲット272にメインパルスレーザ光MPの第1段階に相当する部分が照射された場合にも、同様に蒸気又はプリプラズマを少なくとも含む3次ターゲット273が生成され得る。
図27Aは、第1及び第2の実施形態においてナノ秒オーダーのパルス幅を有する第1プリパルスレーザ光P1が照射されるときのターゲット27の様子を概略的に示す。第1プリパルスレーザ光P1は、ターゲット27の径とほぼ同じか、ターゲット27の径より少し大きい集光径を有していてもよい。
ここでは2次ターゲット272に第2プリパルスレーザ光P2が照射されて3次ターゲット273が生成される場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。2次ターゲット272にメインパルスレーザ光MPの第1段階に相当する部分が照射された場合にも、同様に微粒子と蒸気又はプリプラズマとを含む3次ターゲット273が生成され得る。
特に、第1プリパルスレーザ光がピコ秒オーダーのパルス幅を有する場合に、2次ターゲットがより細かい複数の微粒子状に拡散するので、第2プリパルスレーザ光及びメインパルスレーザ光によって効率よくプラズマ化するものと考えられる。
8.1 構成
図28は、第3の実施形態に係るEUV光生成システム11の構成を示す一部断面図である。図28に示される第3の実施形態は、レーザシステム3が1つのYAGレーザ装置Laと1つのCO2レーザ装置Lbとを含んでいる点で、図2に示される第1の実施形態と異なる。さらに、第3の実施形態は、YAGレーザ装置Laに、EUV制御部50からの第1のトリガ信号と第1遅延回路51からの第2のトリガ信号とが入力される点で、第1の実施形態と異なる。第1の実施形態におけるビームコンバイナ343は、なくてもよい。
EUV制御部50は、ターゲット検出信号に基づいて、第1のトリガ信号を、YAGレーザ装置La及び第1遅延回路51に出力してもよい。YAGレーザ装置Laは、第1のトリガ信号に従って、第1プリパルスレーザ光P1を出力してもよい。
あるいは、EUV制御部50が、第1のトリガ信号を第2遅延回路52にも出力してもよい。第1のトリガ信号を受信した第2遅延回路52が、第1のトリガ信号の受信タイミングに対して第1及び第2の遅延時間が経過したことを示す第3のトリガ信号を、CO2レーザ装置Lbに出力してもよい。
CO2レーザ装置Lbは、第3のトリガ信号に従って、メインパルスレーザ光Mを出力してもよい。
図30は、図28に示されるEUV光生成システム11におけるレーザ光進行方向制御部34a及びその周辺の構成例を概略的に示す。チャンバ2に付帯するEUV集光ミラー23やターゲットセンサ4などの構成については、図示が省略されている。集光光学系22aやターゲット生成部26についても、その具体的な構成の図示は省略されている。
他の点については、第1の実施形態と同様でよい。
図31は、第3の実施形態に係るEUV光生成システム11の変形例を示す一部断面図である。図31に示される変形例において、レーザシステム3は、第1のYAGレーザ装置La1と、第2のYAGレーザ装置La2と、CO2レーザ装置Lbとを含んでもよい。さらに、この変形例において、EUV光生成制御部5は、EUV制御部50、第1遅延回路51及び第2遅延回路52だけでなく、第3遅延回路53を含んでもよい。
他の点については、図28に示されるものとほぼ同様でよい。以下に、図28に示されるものと異なり得る部分について説明する。
あるいは、EUV制御部50が、第1のトリガ信号を第2遅延回路52にも出力してもよい。第1のトリガ信号を受信した第2遅延回路52が、第1のトリガ信号の受信タイミングに対して第1及び第2の遅延時間が経過したことを示す第3のトリガ信号を、第2のYAGレーザ装置La2に出力してもよい。
第2のYAGレーザ装置La2は、第3のトリガ信号に従って、第3プリパルスレーザ光P3を出力してもよい。
あるいは、EUV制御部50が、第1のトリガ信号を第3遅延回路53にも出力してもよい。第1のトリガ信号を受信した第3遅延回路53が、第1のトリガ信号の受信タイミングに対して第1、第2及び第3の遅延時間が経過したことを示す第4のトリガ信号を、CO2レーザ装置Lbに出力してもよい。
CO2レーザ装置Lbは、第4のトリガ信号に従って、メインパルスレーザ光Mを出力してもよい。
図33は、第3の実施形態に係るEUV光生成システム11におけるCEの測定結果を示すグラフである。図33において、横軸は第1プリパルスレーザ光P1とメインパルスレーザ光Mの照射タイミングの時間差を示し、縦軸はCEを示してもよい。ここで、第1プリパルスレーザ光P1の照射タイミングは、メインパルスレーザ光Mの照射タイミングを0としたとき、メインパルスレーザ光Mの照射タイミングから遡った時間でもよい。
第3の実施形態においては第2プリパルスレーザ光P2の照射を加えたことにより、第2プリパルスレーザ光P2を照射しない場合に比べてCEが向上した。
第3の実施形態においては第2プリパルスレーザ光P2の照射を加えたことにより、第2プリパルスレーザ光P2を照射しない場合に比べて、第1プリパルスレーザ光P1の最適な照射タイミングが早くなった。すなわち、第3の実施形態においては、図21の場合と比べて、第1プリパルスレーザ光P1の照射タイミングからメインパルスレーザ光Mの照射タイミングまでのタイミングの時間差が長い方がCEが向上した。
第3プリパルスレーザ光P3を照射する場合には、第1プリパルスレーザ光P1とメインパルスレーザ光Mとの時間差は、好ましくは1.3μs以上、3.2μs以下でもよい。さらに好ましくは、2.0μs以上、3.0μs以下でもよい。
第3プリパルスレーザ光P3を照射しない場合には、第1プリパルスレーザ光P1とメインパルスレーザ光Mとの時間差は、好ましくは2.0μs以上、3.5μs以下でもよい。さらに好ましくは、2.3μs以上、3.2μs以下でもよい。
図34は、第3の実施形態において第1プリパルスレーザ光P1及び第2プリパルスレーザ光P2が照射された後のターゲット27の様子を概略的に示す。液滴状のターゲット27に第1プリパルスレーザ光P1及び第2プリパルスレーザ光P2が照射されると、液滴状のターゲット27が複数の微粒子状に破壊されて拡散することにより、2次ターゲット272が生成され得る。図34におけるドットの粗密は、ターゲット物質の分布密度に対応し得る。図34に示されるように、第1プリパルスレーザ光P1及び第2プリパルスレーザ光P2が照射されて破壊された2次ターゲット272は、円錐台部27dと、ドーム部27eとを有し得る。図26Bに示される2次ターゲットの円盤部27aに比べて、図34に示される2次ターゲットのテーパ状の円筒部27dは、ターゲット物質の密度が低くなり得る。
9.1 第1の例
図35は、上述の各実施形態に係るEUV光生成システムにおいて用いることができる第1のYAGレーザ装置La1の第1の例を概略的に示す。図35に示される第1のYAGレーザ装置La1は、パルス幅がピコ秒オーダーであるプリパルスレーザ光を出力し得る。
図36は、上述の各実施形態に係るEUV光生成システムにおいて用いることができる第1のYAGレーザ装置La1の第2の例を概略的に示す。図36に示される第1のYAGレーザ装置La1は、パルス幅がピコ秒オーダーであるプリパルスレーザ光を出力し得る。
偏光ビームスプリッタ330は、モードロックレーザ装置302から出力されたパルスレーザ光B1の光路に配置されてもよい。偏光ビームスプリッタ330は、入射面が紙面に対して垂直に配置されてもよい。偏光ビームスプリッタ330は、紙面に平行な方向に直線偏光したパルスレーザ光B1を高い透過率で透過させ得る。偏光ビームスプリッタ330は、後述のように、紙面に垂直な方向に直線偏光したパルスレーザ光B29を高い反射率で反射し得る。
高電圧電源323は、一度ポッケルスセル320を透過したパルスレーザ光B11の1つのパルスが、次にパルスレーザ光B20としてポッケルスセル320に入射するまでの間のタイミングで、ポッケルスセル320に印加する電圧をOFFからONにしてもよい。ポッケルスセル320は、高電圧電源323によって電圧が印加されている状態においては、λ/4波長板321と同様に、入射光を、第1の偏光成分の位相に対して第2の偏光成分の位相を1/4波長分ずらして透過させてもよい。
これにより、再生増幅器305から取り出されるパルスレーザ光をダブルパルス化し、第3の実施形態における第1及び第2のプリパルスレーザ光を1つのターゲット27に照射し得る。
(1)モードロックレーザ装置としては、固体レーザ(Nd系、Yb系、Ti:sapphire等)、ファイバレーザ等が用いられてもよい。この場合には10fs〜100psの範囲のパルス幅を有するパルスレーザ光が生成され得る。
(2)Nd:YVO4等のマイクロチップレーザが用いられてもよい。この場合には50ps〜500psの範囲のパルス幅を有するパルスレーザ光が生成され得る。
(3)半導体レーザにおける供給電流を高速変調することにより、ピコ秒オーダーのパルス幅を有するパルスレーザ光を出力してもよい。この場合には50ps以上1ns未満の範囲のパルス幅を有するパルスレーザ光が生成され得る。
(4)CW発振の半導体レーザと高速の光スイッチとを組み合わせて、ピコ秒オーダーのパルス幅を有するパルスレーザ光を生成し、複数の増幅器によって増幅してもよい。この場合には100ps以上1ns未満の範囲のパルス幅を有するパルスレーザ光が生成され得る。
図38は、制御部の概略構成を示すブロック図である。
上述した実施の形態におけるEUV制御部50等の制御部は、コンピュータやプログラマブルコントローラ等汎用の制御機器によって構成されてもよい。例えば、以下のように構成されてもよい。
制御部は、処理部1000と、処理部1000に接続される、ストレージメモリ1005と、ユーザインターフェイス1010と、パラレルI/Oコントローラ1020と、シリアルI/Oコントローラ1030と、A/D、D/Aコンバータ1040とによって構成されてもよい。また、処理部1000は、CPU1001と、CPU1001に接続された、メモリ1002と、タイマー1003と、GPU1004とから構成されてもよい。
処理部1000は、ストレージメモリ1005に記憶されたプログラムを読み出してもよい。また、処理部1000は、読み出したプログラムを実行したり、プログラムの実行に従ってストレージメモリ1005からデータを読み出したり、ストレージメモリ1005にデータを記憶させたりしてもよい。
シリアルI/Oコントローラ1030に接続される、シリアルI/Oポートを介して通信可能な機器1031〜103xは、ターゲットセンサ4、光検出器35、位置調整等であってもよい。
A/D、D/Aコンバータ1040に接続される、アナログポートを介して通信可能な機器1041〜104xは、EUV光センサ7等の各種センサであってもよい。
以上のように構成されることで、制御部は各実施形態に示された動作を実現可能であってよい。
Claims (20)
- チャンバと、
前記チャンバ内のプラズマ生成領域に向けてターゲットを出力するように構成されたターゲット生成部と、
前記ターゲットに、第1プリパルスレーザ光と、前記第1プリパルスレーザ光よりもパルス幅が長い第2プリパルスレーザ光と、メインパルスレーザ光と、がこの順で照射されるように、前記第1プリパルスレーザ光と、前記第2プリパルスレーザ光と、前記メインパルスレーザ光と、を生成するレーザシステムと、
前記第2プリパルスレーザ光のフルーエンスが、1J/cm2以上、且つ、前記メインパルスレーザ光のフルーエンス以下となるように、前記レーザシステムを制御する制御部と、
を含む極端紫外光生成システム。 - チャンバと、
前記チャンバ内のプラズマ生成領域に向けてターゲットを出力するように構成されたターゲット生成部と、
前記ターゲットに、プリパルスレーザ光及びメインパルスレーザ光がこの順で照射されるように、前記プリパルスレーザ光及び前記メインパルスレーザ光を生成するレーザシステムと、
前記メインパルスレーザ光のパルス波形が、第1の増加率以下の増加率で光強度が増加する第1段階と、第1の増加率より大きい第2の増加率以上の増加率で光強度が増加する第2段階と、光強度が減少する第3段階と、を含み、且つ、前記第1段階における当該メインパルスレーザ光のフルーエンスが、2J/cm2以上、且つ、前記第2段階及び前記第3段階における当該メインパルスレーザ光のフルーエンス以下となるように、前記パルス波形を制御する制御部と、
を含む極端紫外光生成システム。 - チャンバと、
前記チャンバ内のプラズマ生成領域に向けてターゲットを出力するように構成されたターゲット生成部と、
前記ターゲットに、第1プリパルスレーザ光、第2プリパルスレーザ光、及び、前記第1プリパルスレーザ光の波長及び前記第2プリパルスレーザ光の波長より大きい波長を有するメインパルスレーザ光が、この順で照射されるように、前記第1プリパルスレーザ光、前記第2プリパルスレーザ光及び前記メインパルスレーザ光を生成するレーザシステムと、
前記第1プリパルスレーザ光、前記第2プリパルスレーザ光及び前記メインパルスレーザ光を前記プラズマ生成領域に集光するように構成されたレーザ集光光学系と、
前記レーザ集光光学系に入射する前記第2プリパルスレーザ光のビーム径が、前記レーザ集光光学系に入射する前記第1プリパルスレーザ光のビーム径及び前記レーザ集光光学系に入射する前記メインパルスレーザ光のビーム径より小さくなるように、前記第1プリパルスレーザ光、前記第2プリパルスレーザ光及び前記メインパルスレーザ光の少なくとも1つのビーム径を制御する制御部と、
を含む極端紫外光生成システム。 - 前記制御部は、前記第1プリパルスレーザ光と前記メインパルスレーザ光との出力タイミングの時間差が0.5μs以上、1.6μs以下となるように、且つ、前記第2プリパルスレーザ光と前記メインパルスレーザ光との出力タイミングの時間差が、0.03μs以上、0.37μs以下となるように、前記レーザシステムを制御する、
請求項1記載の極端紫外光生成システム。 - 前記レーザシステムは、パルス幅がピコ秒オーダーである前記第1プリパルスレーザ光を生成する、
請求項1記載の極端紫外光生成システム。 - 前記レーザシステムは、
モードロックレーザ装置と、
前記モードロックレーザ装置から出力されるパルスレーザ光の光路に配置された光シャッタと、
前記モードロックレーザ装置から出力されるパルスレーザ光に含まれる少なくとも1つのパルスを前記光シャッタが通過させるように、前記光シャッタに電圧信号を送信する電圧波形制御回路と、
前記光シャッタを通過したパルスレーザ光を入力して前記第1プリパルスレーザ光を出力する増幅器と、
前記モードロックレーザ装置、前記電圧波形制御回路、及び前記増幅器に制御信号を出力するレーザ制御部と、
を含む、請求項1記載の極端紫外光生成システム。 - 前記モードロックレーザ装置は、光共振器と、レーザ媒質となるNd:YVO4結晶と、可飽和吸収ミラーとを含む、
請求項6記載の極端紫外光生成システム。 - 前記光シャッタは、EOポッケルスセルと、偏光子とを含む、
請求項6記載の極端紫外光生成システム。 - 前記増幅器は、スラブ形状の光学結晶と、2枚のミラーとを含むマルチパス増幅器である、
請求項6記載の極端紫外光生成システム。 - 前記レーザシステムは、前記第2プリパルスレーザ光よりもパルス幅が長い前記メインパルスレーザ光を生成する、
請求項1記載の極端紫外光生成システム。 - 前記第1のプリパルスレーザ光の光路に配置され、前記第1のプリパルスレーザ光の波面を調節する第1のビームエキスパンダと、
前記第2のプリパルスレーザ光の光路に配置され、前記第2のプリパルスレーザ光の波面を調節する第2のビームエキスパンダと、
前記メインパルスレーザ光の光路に配置され、前記メインパルスレーザ光の波面を調節する第3のビームエキスパンダと、
をさらに含む請求項1記載の極端紫外光生成システム。 - 前記第1から第3のビームエキスパンダを、前記第1プリパルスレーザ光の集光径が、前記メインパルスレーザ光の集光径及び前記第2のプリパルスレーザ光の集光径より小さくなるように、それぞれ制御する制御部
をさらに備えた請求項11記載の極端紫外光生成システム。 - 前記第1のビームエキスパンダは、球面凹レンズと球面凸レンズとを含み、
前記第2のビームエキスパンダは、球面凹レンズと球面凸レンズとを含み、
前記第3のビームエキスパンダは、球面凹面ミラーと球面凸面ミラーとを含む、
請求項11記載の極端紫外光生成システム。 - 前記第1のプリパルスレーザ光の光路に配置された第1の光学素子と、
前記第1の光学素子を動かすことにより、前記第1のプリパルスレーザ光の進行方向を制御する第1のアクチュエータと、
前記第2のプリパルスレーザ光の光路に配置された第2の光学素子と、
前記第2の光学素子を動かすことにより、前記第2のプリパルスレーザ光の進行方向を制御する第2のアクチュエータと、
前記メインパルスレーザ光の光路に配置された第3の光学素子と、
前記第3の光学素子を動かすことにより、前記メインパルスレーザ光の進行方向を制御する第3のアクチュエータと、
をさらに含む、請求項11記載の極端紫外光生成システム。 - 前記第1のプリパルスレーザ光の光路と前記第2のプリパルスレーザ光の光路とが交差する第1の位置に配置され、前記第1のプリパルスレーザ光に含まれる第1の偏光成分と前記第2のプリパルスレーザ光に含まれる第2の偏光成分との内の一方を反射し他方を透過させて、前記第1のプリパルスレーザ光及び前記第2のプリパルスレーザ光を、前記メインパルスレーザ光の光路に位置する第2の位置に向けて出射する第1のビームコンバイナと、
前記第2の位置に配置され、前記第1のプリパルスレーザ光及び前記第2のプリパルスレーザ光の両方に含まれる第1の波長成分と前記メインパルスレーザ光に含まれる第2の波長成分との内の一方を反射し他方を透過させて、前記第1のプリパルスレーザ光、前記第2のプリパルスレーザ光及び前記メインパルスレーザ光を、第3の位置に向けて出射する第2のビームコンバイナと、
をさらに含む請求項1記載の極端紫外光生成システム。 - 前記第2のビームコンバイナと前記第3の位置との間に配置され、前記第1のプリパルスレーザ光、前記第2のプリパルスレーザ光及び前記メインパルスレーザ光の各一部を第4の位置に向けて出射し、別の各一部を前記第3の位置に向けて出射するビームスプリッタと、
前記第4の位置に配置され、前記第1のプリパルスレーザ光、前記第2のプリパルスレーザ光及び前記メインパルスレーザ光の前記各一部を検出する光センサと、
をさらに含む、請求項15記載の極端紫外光生成システム。 - 前記レーザシステムは、0.4×10 8 W/cm 2 以上の単位面積当たりの光強度を有する前記第2プリパルスレーザ光を生成する、
請求項1記載の極端紫外光生成システム。 - 前記レーザシステムは、3.0×10 8 W/cm 2 以上の単位面積当たりの光強度を有する前記第2プリパルスレーザ光を生成する、
請求項1記載の極端紫外光生成システム。 - 前記レーザシステムは、100J/cm 2 以上、200J/cm 2 以下のフルーエンスを有する前記メインパルスレーザ光を生成する、
請求項1記載の極端紫外光生成システム。 - 前記レーザシステムは、
前記第1プリパルスレーザ光を生成する固体レーザ装置と、
前記第2プリパルスレーザ光及び前記メインパルスレーザ光を生成するCO 2 レーザ装置と、
を含む、請求項1記載の極端紫外光生成システム。
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