JP6748730B2 - 極端紫外光生成装置 - Google Patents
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Description
1.極端紫外光生成システムの全体説明
1.1 構成
1.2 動作
2.第1〜第3レーザ光をターゲットに照射するEUV光生成システム
2.1 構成
2.1.1 ターゲット供給部
2.1.2 ターゲットセンサ及び発光部
2.1.3 レーザシステム
2.1.4 レーザ光進行方向制御部
2.1.5 集光光学系及びEUV集光ミラー
2.2 動作
2.2.1 ターゲットの出力
2.2.2 ターゲットの検出
2.2.3 パルスレーザ光の出力
2.2.4 パルスレーザ光の伝送
2.2.5 パルスレーザ光の集光
2.3 パルスレーザ光を照射されたターゲットの変化
2.3.1 1次ターゲット271
2.3.2 2次ターゲット272
2.3.3 3次ターゲット273
2.4 課題
2.5 3次ターゲット273の挙動
2.6 イオン消失後のメインパルス照射
3.第2プリパルスレーザ光P2照射後の時間を計測するタイマーを備えたEUV光生成システム
3.1 所要時間をタイマーが保持する例
3.2 所要時間をメモリーが保持する例
3.3 その他
4.イオン検出器を備えたEUV光生成システム
4.1 継続的にイオンの有無を監視する例
4.2 特定タイミングでのイオンの有無を判定する例
4.3 その他
5.補足
1.1 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と共に用いられる。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、ターゲット供給部26を含む。チャンバ2は、密閉可能に構成されている。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いる。ターゲット供給部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むことができるが、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内に入射する。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に照射される。
2.1 構成
図2は、比較例に係る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とが設けられている。チャンバ2には、ターゲット供給部26と、ターゲットセンサ4と、発光部45とが取り付けられている。
ターゲット供給部26は、リザーバ61を有する。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の内部に位置する。リザーバ61の上記先端には、開口62が形成されている。リザーバ61の上記先端の開口62付近に、図示しない加振装置が配置されている。リザーバ61は、ターゲット物質を内部に貯蔵している。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いる。
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る。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る。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する。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との間に位置する。
レーザシステム3は、第1プリパルスレーザ装置La1と、第2プリパルスレーザ装置La2と、メインパルスレーザ装置Lbとを含む。第1プリパルスレーザ装置La1及び第2プリパルスレーザ装置La2の各々は、例えば、YAGレーザ装置で構成される。あるいは、第1プリパルスレーザ装置La1及び第2プリパルスレーザ装置La2の各々は、Nd:YVO4を用いたレーザ装置で構成される。メインパルスレーザ装置Lbは、CO2レーザ装置で構成される。これらのレーザ装置は、レーザ発振器及び必要に応じてレーザ増幅器を含む。YAGレーザ装置とは、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結晶を用いるレーザ装置である。CO2レーザ装置とは、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ガスを用いるレーザ装置である。
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、を含む。高反射ミラー340は、ホルダ345によって支持されている。高反射ミラー341は、ホルダ346によって支持されている。高反射ミラー342は、ホルダ347によって支持されている。
ビームコンバイナ344は、ホルダ349によって支持されている。ビームコンバイナ344は、ダイクロイックミラーで構成される。
プレート82は、チャンバ2に固定されている。プレート82には、プレート83及び位置調整機構84が支持されている。集光光学系22aは、軸外放物面ミラー221及び平面ミラー222を含む。軸外放物面ミラー221は、ホルダ223によって支持されている。平面ミラー222は、ホルダ224によって支持されている。ホルダ223及び224は、プレート83に固定されている。
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に固定されている。
2.2.1 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、ターゲット供給部26に制御信号を出力する。
ターゲット供給部26において、リザーバ61内のターゲット物質は、リザーバ61に備えられた図示しないヒータによって、当該ターゲット物質の融点以上の温度に維持される。リザーバ61内のターゲット物質は、リザーバ61内に供給される不活性ガスによって加圧される。
ターゲット回収部28は、プラズマ生成領域25を通過したターゲット27を回収する。
発光部45は、光源46の出力光を、ターゲット供給部26とプラズマ生成領域25との間のターゲット27のほぼ軌道上の位置に集光する。ターゲット27は、発光部45による光の集光位置を通過する。このとき、ターゲットセンサ4はターゲット27の軌道及びその周囲を通る光の光強度の変化を検出する。ターゲットセンサ4は、光強度の変化に基づいて、ターゲット検出信号を出力する。EUV制御部50は、このターゲット検出信号を受信する。
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、第1プリパルスレーザ装置La1に出力する。第1のトリガ信号は、ターゲット検出信号の受信タイミングに対して第1の遅延時間が経過したときに出力される。第1プリパルスレーザ装置La1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を出力する。第1プリパルスレーザ光P1は、本開示における第1レーザ光に相当する。
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プリパルスレーザ装置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いる。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する。
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いる。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に向けて反射する。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として反射する。パルスレーザ光33は、軸外放物面ミラー221の反射面形状に従って集光される。
図3A、図3B、及び図3Cは、それぞれ、図2に示されるEUV光生成システム11において第1プリパルスレーザ光P1、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が照射されるときのターゲットの様子を概略的に示す。図3B及び図3Cにおけるドットの粗密は、ターゲット物質の密度に対応する。図3Cは、第2プリパルスレーザ光P2の照射後、ターゲット物質のイオンが消失する前にメインパルスレーザ光Mが照射される場合を示す。
図3Aに、1次ターゲット271が示されている。ターゲット供給部26から出力された後、第1プリパルスレーザ光P1が照射される前のターゲット27を、1次ターゲット271と称する。1次ターゲット271は、ドロップレット状である。1次ターゲット271がプラズマ生成領域25に到達したときに、1次ターゲット271に第1プリパルスレーザ光P1が照射される。
1次ターゲット271に第1プリパルスレーザ光P1が照射されると、1次ターゲット271は破壊され、複数の微粒子となって拡散する。
2次ターゲット272に第2プリパルスレーザ光P2が照射されると、2次ターゲット272の一部はさらに細かい複数の微粒子に破壊される。2次ターゲット272の他の一部は蒸気となる場合がある。2次ターゲット272のさらに他の一部はプラズマとなる場合がある。
3次ターゲット273に含まれる細かい複数の微粒子及び蒸気の分散領域27cにおいては、ターゲット物質の密度が低い。このため、3次ターゲット273に含まれる細かい複数の微粒子及び蒸気は、メインパルスレーザ光Mのエネルギーを吸収しやすい。3次ターゲット273がメインパルスレーザ光Mのエネルギーを効率的に吸収すれば、3次ターゲット273は効率的にプラズマ化する。
本発明者は、3次ターゲット273に含まれるプラズマ27dの挙動を観測した。
図4A〜図4Jは、第2プリパルスレーザ光P2照射後の経過時間ごとにおける3次ターゲット273を可視光により撮像した画像を示す。図4Aに示される1枚目の画像は、第2プリパルスレーザ光P2照射から10ns経過したときの画像であり、図4B〜図4Jに示される2枚目以降の画像は、さらに10nsずつ経過したときの画像である。図4Jに示される10枚目の画像は、第2プリパルスレーザ光P2照射から100ns経過したときの画像に相当する。図4A〜図4Jにおいて、第2プリパルスレーザ光P2は、図3Bにおける第2プリパルスレーザ光P2の照射方向と異なり、図の右側から左側へ向かう方向に照射されたものとする。図4A〜図4Jの中心が、プラズマ生成領域25のほぼ中心に相当する。
図6Aは、プラズマ27d及びこれに含まれるイオンが消失した状態の3次ターゲット273にメインパルスレーザ光Mが照射されるときの3次ターゲット273の様子を概略的に示す。第2プリパルスレーザ光P2照射後、プラズマ27d及びこれに含まれるイオンが消失すると、細かい複数の微粒子及び蒸気が分散領域27cに残留すると考えられる。このような細かい複数の微粒子及び蒸気を、イオンと区別して中性粒子と称する。
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。
第1プリパルスレーザ光P1のフルーエンスは、5.2J/cm2とした。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て−1.1μsのタイミングとした。
第2プリパルスレーザ光P2のフルーエンスとして、2.4J/cm2、1.6J/cm2、0.8J/cm2、及び0J/cm2の4種類を設定した。0J/cm2の場合というのは、第2プリパルスレーザ光P2を照射しない場合に相当する。そして、第2プリパルスレーザ光P2のフルーエンスの設定値ごとに、第2プリパルスレーザ光P2の照射タイミングを−0.6μs〜0μsの範囲で変化させながらCEを測定した。
第2プリパルスレーザ光P2のフルーエンスを2.4J/cm2とした場合、第2プリパルスレーザ光P2の照射タイミングが−0.1μsである場合に、CEが最高値を示した。
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、第2プリパルスレーザ光P2の照射タイミングが−0.14μsである場合に、CEが最高値を示した。
第2プリパルスレーザ光P2のフルーエンスを0.8J/cm2とした場合、第2プリパルスレーザ光P2の照射タイミングが−0.3μsである場合に、CEが最高値を示した。
図4A〜図4J及び図5に示される結果と、図7に示される結果とを併せると、イオンが消失した後にメインパルスレーザ光Mをターゲットに照射することにより、高いCEが得られると考えられる。また上述より、第2プリパルスレーザ光P2照射からの経過時間が100ns以上、300ns以下の範囲では、メインパルスレーザ光Mを照射したターゲットのイオンの密度は1016 atoms/cm3以下であったため高いCEが得られたと推測できる。但し、第2プリパルスレーザ光P2照射から300ns経過した後は、3次ターゲット273の密度が最適範囲外となる可能性がある。
これにより、メインパルスレーザ光のエネルギーが効率的にターゲットに吸収され、CEが向上する。ここで、「イオンが消失した」とは、メインパルスレーザ光Mの光路上のイオンの密度が1016 atoms/cm3以下になったことを意味してもよい。
図8は、本開示の第1の実施形態に係るEUV光生成システム11aを概略的に示す。第1の実施形態において、EUV光生成制御部5は、上述のEUV制御部50の他に、タイマー52と、メモリー53と、を含む。
EUV制御部50は、上記第2のトリガ信号と同期したタイマーの計測開始信号を、タイマー52に出力するように構成されている。
EUV制御部50は、タイマー52の出力信号を受信するように構成されている。EUV制御部50は、タイマー52の出力信号に基づいて、上記第3のトリガ信号を出力するように構成されている。
EUV制御部50は、タイマー52から計測終了を示す出力信号を受信した場合に、上記第3のトリガ信号を出力する。
タイマー52は、予め定められた一定時間を計測する代わりに、タイマーの計測開始信号を受信した後の時間を示す出力信号をEUV制御部50に随時出力してもよい。
以上の構成により、第2プリパルスレーザ光P2の照射によって生成されたイオンが消失した後に、メインパルスレーザ光Mがターゲットに照射される。「イオンが消失した」とは、少なくともメインパルスレーザ光Mの光路からイオンが消失したことを意味し、メインパルスレーザ光Mの光路外にイオンが存在していても構わない。
換言すれば、メインパルスレーザ光Mは、ターゲットを構成する元素のイオンが消失して残留した中性粒子に照射される。
さらに換言すれば、メインパルスレーザ光Mは、ターゲットの一部に照射されるがターゲットを構成する元素のイオンには照射されないように制御される。
あるいは、メインパルスレーザ光Mは、イオンの密度が1016 atoms/cm3以下になったターゲットに照射される。
第1の実施形態によれば、第2プリパルスレーザ光P2の照射によって生成されたイオンが消失するまでの所要時間を正確に計測してメインパルスレーザ光Mをターゲット27に照射することができる。これにより、CEが向上し得る。必ずしも、イオンが消失したか否かをその都度確認する必要はなく、所要時間を予め実験で求めておいてもよい。
図9は、本開示の第2の実施形態に係るEUV光生成システム11bを概略的に示す。第2の実施形態において、チャンバ2にはイオン検出器7が取り付けられている。
イオン検出器7は、図示しない光センサと、図示しない光学系と、を含む。光センサは、例えばフォトダイオードで構成される。光学系は、プラズマ生成領域25近傍の光をフォトダイオードに集光するように構成される。
第2プリパルスレーザ光P2の照射によって生成されたイオンから放出された光がフォトダイオードに入射すると、フォトダイオードに起電力が生じ、電流が流れる。この電流が、イオン検出信号としてEUV制御部50に出力される。
あるいは、イオン検出器7は、プラズマ生成領域25近傍の発光源を撮像する図示しないカメラを含んでもよい。カメラは高速シャッターを備える。高速シャッターは、EUV制御部50が第2のトリガ信号を出力した後の所定のタイミングで開閉するように、EUV制御部50によって制御される。
EUV制御部50は、輝度が所定値を超えない場合、イオンが消失したと判定し、高速シャッターの開閉タイミングと、第3のトリガ信号の出力タイミングとを維持する。
EUV制御部50は、輝度が所定値を超えた場合、イオンが消失していないと判定し、高速シャッターの開閉タイミングを例えば上述の100nsから110nsに変更する。EUV制御部50は、高速シャッターの開閉タイミングの変更に応じて、第3のトリガ信号の出力タイミングも変更する。
以上の構成により、第2プリパルスレーザ光P2の照射によって生成されたイオンが消失した後に、メインパルスレーザ光Mがターゲットに照射される。「イオンが消失した」とは、少なくともメインパルスレーザ光Mの光路からイオンが消失したことを意味し、メインパルスレーザ光Mの光路外にイオンが存在していても構わない。
換言すれば、メインパルスレーザ光Mは、ターゲットを構成する元素のイオンが消失して残留した中性粒子に照射される。
さらに換言すれば、メインパルスレーザ光Mは、ターゲットの一部に照射されるがターゲットを構成する元素のイオンには照射されないように制御される。
あるいは、メインパルスレーザ光Mは、イオンの密度が1016 atoms/cm3以下になったターゲットに照射される。
第2の実施形態によれば、イオンが消失したか否かを判定し、適切なタイミングでメインパルスレーザ光Mをターゲット27に照射することができる。これにより、CEが向上し得る。必ずしも、イオンが消失するまでの所要時間を予め求めておく必要はなく、要求されるEUV光のエネルギーの値や、第2プリパルスレーザ光P2のフルーエンスの値などの運転条件の変更に柔軟に対応できる。
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 (18)
- 所定領域に向けてターゲットを出力するターゲット供給部と、
前記ターゲットに照射される第1レーザ光と、前記第1レーザ光が照射された前記ターゲットに照射される第2レーザ光と、前記第2レーザ光が照射された前記ターゲットに照射される第3レーザ光と、を出力するレーザシステムと、
少なくとも前記第3レーザ光の光路において前記ターゲットを構成する元素のイオンの密度が10 16 atoms/cm 3 以下になった後に前記第3レーザ光が前記ターゲットに照射されるように、前記レーザシステムを制御する制御部と、
を備える極端紫外光生成装置。 - 前記制御部は、
前記第2レーザ光が出力されるように前記制御部が前記レーザシステムにトリガ信号を出力した後の時間を計測するタイマーをさらに備え、
前記タイマーの出力に基づいて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装置。 - 前記第2レーザ光が前記ターゲットに照射されてから、前記第3レーザ光の光路において前記ターゲットを構成する元素のイオンの密度が10 16 atoms/cm 3 以下になるまでの所要時間のデータを保持する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に保持された所要時間と、前記タイマーの出力との比較結果に基づいて前記レーザシステムを制御する、
請求項2記載の極端紫外光生成装置。 - 前記所要時間は、100ns以上、300ns以下である
請求項3記載の極端紫外光生成装置。 - 前記ターゲットを構成する元素のイオンを検出するイオン検出器をさらに備え、
前記制御部は、前記イオン検出器の出力に基づいて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装置。 - 前記制御部は、前記イオン検出器によって検出されるイオンがなくなった後、前記第3レーザ光が前記ターゲットに照射されるように、前記レーザシステムを制御する、
請求項5記載の極端紫外光生成装置。 - 所定領域に向けてターゲットを出力するターゲット供給部と、
前記ターゲットに照射される第1レーザ光と、前記第1レーザ光が照射された前記ターゲットに照射される第2レーザ光と、前記第2レーザ光が照射された前記ターゲットに照射される第3レーザ光と、を出力するレーザシステムと、
前記第3レーザ光の光路において前記ターゲットを構成する元素のイオンの密度が10 16 atoms/cm 3 以下になった後に残留した中性粒子に前記第3レーザ光が照射されるように前記レーザシステムを制御する制御部と、
を備える極端紫外光生成装置。 - 前記制御部は、
前記第2レーザ光が出力されるように前記制御部が前記レーザシステムにトリガ信号を出力した後の時間を計測するタイマーをさらに備え、
前記タイマーの出力に基づいて前記レーザシステムを制御する、
請求項7記載の極端紫外光生成装置。 - 前記第2レーザ光が前記ターゲットに照射されてから、前記第3レーザ光の光路において前記ターゲットを構成する元素のイオンの密度が10 16 atoms/cm 3 以下になるまでの所要時間のデータを保持する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に保持された所要時間と、前記タイマーの出力との比較結果に基づいて前記レーザシステムを制御する、
請求項8記載の極端紫外光生成装置。 - 前記所要時間は、100ns以上、300ns以下である
請求項9記載の極端紫外光生成装置。 - 前記ターゲットを構成する元素のイオンを検出するイオン検出器をさらに備え、
前記制御部は、前記イオン検出器の出力に基づいて前記レーザシステムを制御する、
請求項7記載の極端紫外光生成装置。 - 前記制御部は、前記イオン検出器によって検出されるイオンがなくなった後、前記第3レーザ光が前記ターゲットに照射されるように、前記レーザシステムを制御する、
請求項11記載の極端紫外光生成装置。 - 所定領域に向けてターゲットを出力するターゲット供給部と、
前記ターゲットに照射される第1レーザ光と、前記第1レーザ光が照射された前記ターゲットに照射される第2レーザ光と、前記第2レーザ光が照射された前記ターゲットに照射される第3レーザ光と、を出力するレーザシステムと、
前記第3レーザ光が、前記ターゲットの一部であって前記ターゲットを構成する元素のイオンの密度が10 16 atoms/cm 3 以下になった前記一部に照射されるように、前記レーザシステムを制御する制御部と、
を備える極端紫外光生成装置。 - 前記制御部は、
前記第2レーザ光が出力されるように前記制御部が前記レーザシステムにトリガ信号を出力した後の時間を計測するタイマーをさらに備え、
前記タイマーの出力に基づいて前記レーザシステムを制御する、
請求項13記載の極端紫外光生成装置。 - 前記第2レーザ光が前記ターゲットに照射されてから、前記第3レーザ光の光路において前記ターゲットを構成する元素のイオンの密度が10 16 atoms/cm 3 以下になるまでの所要時間のデータを保持する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に保持された所要時間と、前記タイマーの出力との比較結果に基づいて前記レーザシステムを制御する、
請求項14記載の極端紫外光生成装置。 - 前記所要時間は、100ns以上、300ns以下である
請求項15記載の極端紫外光生成装置。 - 前記ターゲットを構成する元素のイオンを検出するイオン検出器をさらに備え、
前記制御部は、前記イオン検出器の出力に基づいて前記レーザシステムを制御する、
請求項13記載の極端紫外光生成装置。 - 前記制御部は、前記イオン検出器によって検出されるイオンがなくなった後、前記第3レーザ光が前記ターゲットに照射されるように、前記レーザシステムを制御する、
請求項17記載の極端紫外光生成装置。
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