JP6437084B2 - レーザ維持プラズマバルブのための気体屈折補償 - Google Patents

Description

優先権の主張
本特許は、２０１３年２月２２日に出願の米国仮特許出願第６１／７６７，９１７号の優先権を請求し、同出願をそのまま参考文献として援用する。

本発明は、レーザ維持プラズマ照明装置システムに関する。より詳細には、本発明は、プラズマ性能および紫外線集光を最適化するため光学収差を補償するシステム及び方法に関する。

レーザによって維持されるプラズマは、レーザ焦点近くのレーザ光強度分布によって画定される形状を有する。レーザ光強度分布は、光学収差の関数（例えば、光をプラズマセルの中に集中させる度合い）である場合がある。典型的レーザ維持プラズマ照明装置システムに存在する多くの光学収差は、気体およびプラズマを収納するのに使用されるエンクロージャ（例えばバルブ）によって導入される収差である。このようなバルブ導入収差は、特にＩＲ領域（約１０００ｎｍの波長）付近で動作するレーザによって維持されるプラズマでは、有意な光学収差となり得る。こうした有意な光学収差は、大型プラズマ、バルブ外囲器を制御できないこと、および／または再現不可能なプラズマ形状をもたらす可能性がある。

図１は、異なるバルブでのポンプビームのさまざまな光学収差から生じる異なるプラズマ形状を示す。形状１００は、有意な収差を有する２ｋＷのポンプビームから生じたものである。こうした有意な収差は、形状１００でフットボール形状プラズマを生成する。形状１０２は、より少ない収差を有する２ｋＷのポンプビームから生じたものである。これらのより少ない収差は、形状１０２で球面形状プラズマを生成する場合がある。形状１０４は、最も少ない収差を有する２ｋＷのポンプビームから生じたものである。形状１０４は、その最少収差に因って、図１に示される３つの形状の内最も小型のかつ最も明るいプラズマ形状（例えば円筒状プラズマ形状）であり得る。

プラズマをポンピングするのに高ＮＡ（開口数）を使用する場合、収差は特に大きくなる可能性がある。大型ポンプレーザＮＡが、多くの現行のレーザ維持プラズマ照明装置システムの光源として使われている。本明細書に完全に記載されているかのように参考文献として援用されるＫｉｒｋ他による米国特許第７，７０５，３３１号には、高ＮＡシステムの例が記載されている。図２は、高ＮＡを備えたレーザ維持光源の例を示す。光源２００は、レーザ２０２、転換ミラー２０４、コールドミラー２０６、ホモジナイザ２０８、フィルタ２１０、楕円２１２、およびエンクロージャ２１４を含む場合がある。エンクロージャ２１４は、例えばバルブでもよい。点火ケーブル２１６は、エンクロージャ２１４に連結することができる。プラズマ２１７を、エンクロージャ２１４の内部で楕円２１２の焦点またはその近くに発生させることができる。図２に示すように、レーザ２０２からの光（例えば光２１８）は、楕円２１２で反射され、エンクロージャ２１４の中央でプラズマ２１７に集中させることができる。ホモジナイザ２０８からの広帯域紫外線（例えば光２２０）は、コールドミラー２０６によって反射され、楕円２１２で反射され、エンクロージャ２１４の中央でプラズマ２１７に集中させることができる。エンクロージャ２１４を通過する光を使用して、エンクロージャ内部のプラズマ２１７を励起かつ／または維持することができる。エンクロージャ２１４内部のプラズマ２１７は、試料上で実行される工程（例えば試料で実行される検査工程）のために試料を照明する光を提供することができる。図２に示すように、エンクロージャ２１４を通過する光は、高ＮＡを有する可能性がある。

エンクロージャ自体によって導入される収差に加えて、エンクロージャ内部の気体の屈折率が、システムの収差の別の源である。気体関連収差は、高圧エンクロージャにおいて特に有意であり得る。図３は、バルブ内のＸｅ（キセノン）をさまざまな圧力にして撮影したバルブの画像を示す。図３に示すように、バルブから読み取れる収差は、圧力増加と共に増えている。

本明細書に完全に記載されているかのように、それぞれ参考文献として援用される、Ｓｍｉｔｈによる米国特許出願公開第２００７／０２２８２８８号および第２００７／０２２８３００号は、エンクロージャの壁の屈折率によって導入される収差を、反射器（例えば反射型楕円）の形状を修正することによって補償する１つの方法を開示している。

米国特許第７，７０５，３３１号 米国特許出願公開第２００７／０２２８２８８号 米国特許出願公開第２００７／０２２８３００号

しかし、反射器の形状を修正することは、再現可能なエンクロージャ形状に因る収差しか考慮することはできない。個別のエンクロージャ形状および／または異なる充填圧毎に反射器形状を修正することを、ほとんどのレーザ維持プラズマ照明装置システムで実施することは、困難であり非実用的である。

ある実施形態では、レーザ維持プラズマ照明装置システムは、光を提供する少なくとも１つのレーザ光源を含む。少なくとも１つの反射器は、レーザ光源からの光を反射器の焦点に集中させる。気体で実質的に充填されるエンクロージャは、反射器の焦点、またはその近くに配置される。レーザ光源からの光は、エンクロージャの中に収納されるプラズマを少なくとも部分的に維持させる。エンクロージャは、変化している厚さを有する少なくとも１つの壁を備える。エンクロージャ壁厚は、システムの光学収差を補償するために変化させることができる。

ある実施形態では、レーザ維持プラズマ照明装置システムの光学収差を補償する方法は、少なくとも１つのレーザ光源から光を提供すること、および少なくとも１つのレーザ光源からの光を実質的に気体で充填されるエンクロージャに集中させることを含む。プラズマは、エンクロージャの中に発生させることができる。エンクロージャは、システムの光学収差を補償するために変化している厚さを有する少なくとも１つの壁を備えることができる。

ある実施形態では、レーザ維持プラズマ照明装置システムにおける光学収差を補償する方法は、プラズマを収納するためのエンクロージャをレーザ維持プラズマ照明装置システムに提供することを含む。エンクロージャは、システムの光学収差を補償するために変化される厚さを有する少なくとも１つの壁を備えることができる。

本発明の方法および装置の特徴および効果は、本発明によれば目下のところ好ましいけれども例証的である実施形態についての下文の詳細説明を、以下の添付図面と併せて参照することでより十分に理解されるであろう。

異なるバルブでのポンプビームのさまざまな光学収差から生じる異なるプラズマ形状を示す。 高開口数（ＮＡ）を備えたレーザ維持光源の例を示す。 バルブ内のＸｅ（キセノン）をさまざまな圧力にして撮影したバルブの画像を示す。 補償する必要のない理想的エンクロージャの実施形態を示す。 形状誘発収差および補償のないエンクロージャの実施形態を示す。 エンクロージャ形状収差を補償するために、厚さが変化する壁を備えたエンクロージャの実施形態を示す。

本発明はさまざまな修正および代替形態を受け入れることができるが、本発明の特定の実施形態を、図中の例として示し、本明細書で詳細に説明してゆく。図面は、一定の縮尺ではない可能性がある。図面およびその詳細な説明は、本発明を、開示される特定の形態に制限することを目的とするものではなく、それとは反対に、本発明は、添付の請求の範囲に画定される本発明の精神および範囲の中に含まれるすべての修正物、等価物、および代替物を網羅すべきものであることを理解されたい。

ある実施形態では、エンクロージャ（例えばバルブ）の壁厚は、エンクロージャの形状収差および／または気体屈折率によって誘発される収差（例えば充填圧収差）を補償するために調整されている。図４Ａは、補償する必要のない理想的エンクロージャの実施形態を示す。エンクロージャ４００Ａは、形状に収差がなく、かつ気体誘発収差もない。したがって、ポンプレーザ４０２から来た光を全て、プラズマ４０４に集中させる。図４Ｂは、形状誘発収差があり、補償がないエンクロージャの実施形態を示す。エンクロージャ４００Ｂは、補償なしでは、ポンプレーザ４０２から来た若干の光（例えば光４０６）がプラズマ４０４に集中されない形状収差を有している。

図４Ｃは、エンクロージャ形状収差を補償するために、厚さが変化している壁を備えたエンクロージャの実施形態を示す。エンクロージャ４００Ｃは、厚さが変化している壁４０８を有する。壁４０８の厚さを変化させることで、何らかのエンクロージャ形状収差および／または充填圧収差を補償して、ポンプレーザ４０２からの光をプラズマ４０４に集中させている。例えば、図４Ｃに示すように、ここでは、光４０６をプラズマ４０４に集中させている。

ある実施形態では、エンクロージャ４００Ｃは、バルブである。バルブは、例えばバルブ特有の製造工程を用いてガラス（石英ガラス）で作られたランプでもよい。いくつかの実施形態では、エンクロージャ４００Ｃは、何らかの他のタイプのエンクロージャ、すなわち気体を包囲／収納し、かつ透明材料でできている壁を有する管球または容器である。エンクロージャ４００Ｃは、ガラス、水晶、サファイヤ、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、または気体を包囲／収納するのに適切な密封性を備えた類似材料でできたエンクロージャでもよい。例えば、エンクロージャ４００Ｃは、気体を包囲するため密封性を備えたガラスでできている管またはセルでもよい。

ある実施形態では、壁４０８の厚さ変動（例えば壁の区分に沿った壁厚の変化によって画定される壁の形状）は、エンクロージャ４００Ｃの外囲器の形状および／またはエンクロージャの気体充填圧に基づいて画定される。エンクロージャの収差を補償する（例えばエンクロージャ壁厚補償）ためにエンクロージャの壁（例えばエンクロージャ４００Ｃの壁４０８）の厚さを変化させることで、単一の非代償性反射器を、さまざまな形状および／または充填圧を有するあらゆる種類のエンクロージャに使用することができる。したがって、エンクロージャ壁厚補償を備えたエンクロージャを使用するレーザ維持プラズマ照明装置システムは、典型的な現行のレーザ維持プラズマ照明装置システム（例えば収差補償のために修正した反射器形状を使用するシステム）と比較して、性能および／または費用効果性が向上する。

いくつかの実施形態では、エンクロージャ壁厚補償を用いて、収集した光路（例えば、光がエンクロージャに入る前の光の経路、または光源（レーザ）から集束光学素子（鏡および／または反射器などの）を通る光の経路）の収差を補償している。いくつかの実施形態では、エンクロージャ壁厚補償を用いて、制御量の収差をレーザ維持プラズマ照明装置システムに導入している。例えば、壁厚を変化させて制御量の収差を提供して、レーザ維持プラズマ照明装置システムのプラズマ性能を最適化することができる。

エンクロージャ壁厚補償は、他の補償法と組み合わせて使用される。エンクロージャ壁厚補償を他の補償法と組み合わせることで、レーザ維持プラズマ照明装置システムの収差の管理水準を高めることができる。例えば、１つの実施形態では、エンクロージャ壁厚を、エンクロージャの形状と組み合わせて変化させることができる。いくつかの実施形態では、エンクロージャ壁厚補償を、修正された反射器形状を使用する補償と組み合わせて、プラズマの形状をより高度に制御している。本発明は記載した特定のシステムに制限されるものではなく、言うまでもなく、変化する可能性があることを理解されたい。

さらに、本明細書において用いられる用語は、特定の実施形態だけを説明するためのものであり、制限することを目的としていないことを理解されたい。本明細書において、単数形“ａ”、“ａｎ”、および“ｔｈｅ”は、そうではないことを内容が明示していなければ、複数の対象を含む。したがって、例えば、「壁」（“ａ ｗａｌｌ”）が指すものには、２つ以上の壁の組み合わせが含まれ、「気体」（“ａ ｇａｓ”）が指すものには、混合気体が含まれる。

当業者が本説明を見れば、本発明のさまざまな態様の別の修正物および代替実施形態は明白であろう。したがって、本説明は、単なる例証と解釈されるべきであり、本発明を実行する一般的な方法を当業者に教示するためのものである。本明細書に図と共に記載される本発明の形は、現在好ましい実施形態としてみなされるべきであると理解されたい。本発明についての本説明の援助を得た後の当業者には全て明白であるように、要素および材料を、本明細書に図示および記載されるものに置換してもよく、部品および工程を逆転してもよく、本発明のある特徴を独立して利用してもよい。以下の特許請求の範囲に記載される本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、本明細書に記載される要素の変更を行ってもよい。

Claims (16)

1. 光を提供するように構成される少なくとも１つのレーザ光源と、
   前記少なくとも１つのレーザ光源からの前記光をその焦点に集中させるように構成される少なくとも１つの反射器と、
   前記反射器の前記焦点、またはその近くに配置される、気体で実質的に充填されるエンクロージャとを備えており、前記少なくとも１つのレーザ光源からの前記光は、前記エンクロージャの中に収納されるプラズマを少なくとも部分的に維持させ、前記エンクロージャは、前記光の光学収差を補償するために変化している厚さを有する少なくとも１つの壁を備える、レーザ維持プラズマ照明装置システム。
2. 前記少なくとも１つの壁の前記厚さの前記変化が、前記エンクロージャの外囲器の形状および前記エンクロージャを実質的に充填する前記気体の圧力に基づいている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも１つのレーザ光源は、その光が、前記少なくとも１つの反射器によって結集される少なくとも２つのレーザ光源を備える、請求項１に記載のシステム。
4. 前記少なくとも１つのレーザ光源からの前記光を前記反射器の前記焦点に収集しかつ集中させるように構成される付加的な集束光学素子をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
5. 前記光の光学収差は、前記エンクロージャの壁の厚さにより誘発される、請求項１に記載のシステム。
6. 前記光の光学収差は、前記エンクロージャを充填する気体の屈折率により誘発される、請求項１に記載のシステム。
7. 前記光の光学収差は、前記エンクロージャに入射する前の光路、あるいは少なくとも１つのレーザ光源から少なくとも１つの反射器を通る光路の収差を含む、請求項１に記載のシステム。
8. 前記少なくとも１つの壁の厚さは、制御された収差をもたらすために変化している、請求項１に記載のシステム。
9. 前記反射器は、前記レーザ光源からの光の収差を補償するために修正された形状を備える、請求項１に記載のシステム。
10. 前記システムは、前記エンクロージャの中に収納される前記プラズマが発する光で試料を照明するように構成される、請求項１に記載のシステム。
11. レーザ維持プラズマ照明装置システムにおける光学収差を補償する方法であって、
    プラズマを収納するためのエンクロージャを前記レーザ維持プラズマ照明装置システムに提供するステップであり、前記エンクロージャは、少なくとも１つのレーザ光源からの光の収差を補償するために変化している厚さを有する少なくとも１つの壁を備える、ステップと、
    レーザ維持プラズマ照明装置システムに少なくとも１つの反射器を提供するステップであり、前記少なくとも１つの反射器は、前記レーザ光源からの光の収差を補償するために修正された形状を備える、ステップと、
    を備える方法。
12. 前記少なくとも１つの壁の厚さが、前記エンクロージャの外囲器の形状及び前記エンクロージャを充填する気体の圧力に基づいて変化している、請求項１１に記載の方法。
13. 前記エンクロージャの中に収納される前記プラズマが発する光で試料を照射することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
14. 少なくとも１つのレーザ光源から光を提供することと、
    前記少なくとも１つのレーザ光源からの前記光を少なくとも１つの反射器により実質的に気体で充填されるエンクロージャに集中させることと、
    集中させた前記光によりプラズマを前記エンクロージャの中に発生させることを含み、前記エンクロージャは、前記光の光学収差を補償するために変化している厚さを有する少なくとも１つの壁を備える、レーザ維持プラズマ照明装置システムにおける光学収差を補償する方法。
15. 前記少なくとも１つの壁の前記厚さの前記変化が、前記エンクロージャの外囲器の形状および前記エンクロージャを実質的に充填する気体の圧力に基づいている、請求項１４に記載の方法。
16. 前記エンクロージャの中に収納される前記プラズマが発する光で試料を照明することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。