JP7123323B2 - レーザシステム - Google Patents

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Description

本開示は、レーザシステムに関する。
近年、半導体プロセスの微細化に伴って、半導体プロセスの光リソグラフィにおける転写パターンの微細化が急速に進展している。次世代においては、７０ｎｍ～４５ｎｍの微細加工、さらには３２ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。このため、たとえば３２ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度の極端紫外（ＥＵＶ）光を生成する極端紫外光生成装置と縮小投影反射光学系(reduced projection reflection optics)とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。
ＥＵＶ光生成装置としては、ターゲット物質にパルスレーザ光を照射することによって生成されるプラズマが用いられるＬＰＰ（Laser Produced Plasma）式の装置と、放電によって生成されるプラズマが用いられるＤＰＰ（Discharge Produced Plasma）式の装置と、シンクロトロン放射光が用いられるＳＲ（Synchrotron Radiation）式の装置との３種類の装置が提案されている。
ＬＰＰ式のＥＵＶ光生成装置は、ＥＵＶ光を集光するための集光ミラーを含む。この集光ミラーの反射率等を高精度に計測するために、反射率計測装置が用いられる。この反射率計測装置は、反射率測定用のＥＵＶ光を出力するレーザシステムを含む。
米国特許出願公開第２０１６／０３１５４４２号明細書 特開２００４－２７３４１５号公報 国際公開第２０１６／１５１６８２号 特開２０１３－１９５５３５号公報
概要
本開示の１つの観点に係るレーザシステムであって、以下を備える：
Ａ．パルスレーザ光を出力するレーザ装置；
Ｂ．希ガスを収容する希ガスチャンバ；
Ｃ．レーザ装置から出力されたパルスレーザ光を希ガスチャンバ内に集光して希ガスを励起させる集光光学系；
Ｄ．希ガスチャンバ内で発生する高調波光に含まれるＥＵＶ光を選択的に通過させるフィルタチャンバ；
Ｅ．フィルタチャンバに接続された排気装置；
Ｆ．希ガスチャンバとフィルタチャンバとの間であって、パルスレーザ光の光路上に配置された少なくとも１つの貫通孔；
Ｇ．希ガスチャンバ内に希ガスを供給する希ガス供給部；
Ｈ．希ガス供給部から希ガスチャンバに流れる希ガスの流量を制御する流量制御バルブ；
Ｉ．希ガスチャンバ内の希ガスの圧力を検出する第１の圧力センサ；
Ｊ．第１の圧力センサの検出圧力が基準範囲内となるように流量制御バルブを制御する第１の制御部；及び
Ｋ．少なくとも第１の圧力センサの検出圧力に基づいて、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギを制御する第２の制御部。
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、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図である。 図２は、本開示の比較例に係る検査光源としてのレーザシステムの構成を概略的に示す図である。 図３は、比較例に係るレーザシステムから出力されるＥＵＶ光の出力の時間変化を例示するグラフである。 図４は、第１の実施形態に係るレーザシステムの構成を概略的に示す図である。 図５は、主制御部によって行われるレーザシステムの制御フローを示すフローチャートである。 図６は、図５のフローチャートにおけるステップＳ１００のサブルーチンを示すフローチャートである。 図７は、図５のフローチャートにおけるステップＳ３２０のサブルーチンを示すフローチャートである。 図８は、希ガスの圧力とＥＵＶ光のパルスエネルギとの関係を表す第１のデータを例示するグラフである。 図９は、図５のフローチャートにおけるステップＳ３３０のサブルーチンを示すフローチャートである。 図１０は、ＥＵＶ光のパルスエネルギと基本波光のパルスエネルギとの関係を表す第２のデータを例示するグラフである。 図１１は、第２の実施形態に係るレーザシステムの構成を概略的に示す図である。 図１２は、主制御部によって行われるレーザシステムの制御フローを示すフローチャートである。 図１３は、図１２のフローチャートにおけるステップＳ４２０のサブルーチンを示すフローチャートである。 図１４は、貫通孔の面積Ｓｐｉｎ、圧力Ｐ１，Ｐ２、及び集光位置Ｃｐの希ガスの圧力Ｐ’の関係を表す第３のデータを例示する図である。 図１５は、図１２のフローチャートにおけるステップＳ４３０のサブルーチンを示すフローチャートである。 図１６は、Ｐ２＝０と近似した場合の第３のデータを表す関数Ｐ’＝ｆ（Ｐ１，Ｐ２，Ｓｐｉｎ）を概略的に示すグラフである。 図１７は、第３の実施形態に係るレーザシステムの構成を概略的に示す図である。 図１８は、主制御部によって行われるレーザシステムの制御フローを示すフローチャートである。 図１９は、ＥＵＶ光のパルスエネルギと基本波光のパルスエネルギとの関係を表す第２のデータを例示するグラフである。 図２０は、第４の実施形態に係るレーザシステムの構成を概略的に示す図である。 図２１は、主制御部によって行われるレーザシステムの制御フローを示すフローチャートである。 図２２は、フェムト秒レーザ装置の構成例を示す図である。
実施形態
＜内容＞
１．ＥＵＶ光生成システムの全体説明
１．１ 構成
１．２ 動作
２．比較例に係るレーザシステム
２．１ 構成
２．２ 動作
２．３ 課題
３．第１の実施形態
３．１ 構成
３．２ 動作
３．２．１ 準備及び発振開始動作
３．２．２ ＥＵＶ光のパルスエネルギの変動量の算出
３．２．３ 基本波光のパルスエネルギの設定値の算出
３．３ 効果
４．第２の実施形態
４．１ 構成
４．２ 動作
４．２．１ 集光位置の圧力の算出
４．２．２ ＥＵＶ光のパルスエネルギの変動量の算出
４．３ 効果
５．第３の実施形態
５．１ 構成
５．２ 動作
５．３ 効果
６．第４の実施形態
６．１ 構成
６．２ 動作
７．フェムト秒レーザ装置
７．１ 構成
７．２ 動作
７．３ 効果
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
１．ＥＵＶ光生成システムの全体説明
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つのレーザ装置３と共に用いられる場合がある。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、ターゲット供給部２６を含む。チャンバ２は、密閉可能な容器である。ターゲット供給部２６は、ターゲット物質をチャンバ２内部に供給するよう構成され、たとえば、チャンバ２の壁を貫通するように取り付けられる。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。
チャンバ２の壁には、少なくとも１つの貫通孔が設けられている。その貫通孔は、ウインドウ２１によって塞がれ、ウインドウ２１をレーザ装置３から出力されるパルスレーザ光３２が透過する。チャンバ２の内部には、たとえば、回転楕円面形状の反射面を有するＥＵＶ集光ミラー２３が配置されている。ＥＵＶ集光ミラー２３は、第１及び第２の焦点を有する。ＥＵＶ集光ミラー２３の表面には、たとえば、モリブデンとシリコンとが交互に積層された多層反射膜が形成されている。ＥＵＶ集光ミラー２３は、たとえば、その第１の焦点がプラズマ生成領域２５に位置し、その第２の焦点が中間集光点（ＩＦ）２９２に位置するように配置される。ＥＵＶ集光ミラー２３の中央部には貫通孔２４が設けられ、貫通孔２４をパルスレーザ光３３が通過する。
ＥＵＶ光生成装置１は、ＥＵＶ光生成制御部５、ターゲットセンサ４等を含む。ターゲットセンサ４は、ターゲット２７の通過タイミング、位置、形状、大きさ、軌道、速度のうちいずれかまたは複数を検出するよう構成されている。
ＥＵＶ光生成装置１は、チャンバ２の内部と露光装置６の内部とを連通させる接続部２９を含む。接続部２９内部には、アパーチャ２９３が形成された壁２９１が設けられている。壁２９１は、そのアパーチャ２９３がＥＵＶ集光ミラー２３の第２の焦点位置に位置するように配置されている。
また、ＥＵＶ光生成装置１は、レーザ光伝送装置３４、レーザ光集光ミラー２２、ターゲット回収部２８等を含む。レーザ光伝送装置３４は、レーザ光の伝送状態を規定するための光学素子と、この光学素子の位置、姿勢等を調整するためのアクチュエータとを備える。ターゲット回収部２８は、ターゲット２７のうちプラズマ化しなかった残渣を回収する。
１．２ 動作
図１を参照して、例示的なＬＰＰ式のＥＵＶ光生成システムの動作を説明する。レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光３１は、レーザ光伝送装置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。
ターゲット供給部２６は、ターゲット物質によって形成されたターゲット２７をチャンバ２内部のプラズマ生成領域２５に向けて出力するよう構成されている。ターゲット２７には、パルスレーザ光３３に含まれる少なくとも１つのパルスが照射される。パルスレーザ光が照射されたターゲット２７はプラズマ化し、そのプラズマから放射光２５１が放射される。ＥＵＶ集光ミラー２３は、放射光２５１に含まれるＥＵＶ光を、他の波長域の光に比べて高い反射率で反射する。ＥＵＶ集光ミラー２３によって反射されたＥＵＶ光を含む反射光２５２は、中間集光点２９２で集光され、露光装置６に出力される。なお、１つのターゲット２７に、パルスレーザ光３３に含まれる複数のパルスが照射されてもよい。
ＥＵＶ光生成制御部５は、ＥＵＶ光生成システム１１全体の制御を統括するよう構成されている。ＥＵＶ光生成制御部５は、ターゲットセンサ４の検出結果を処理するよう構成されている。ターゲットセンサ４の検出結果に基づいて、ＥＵＶ光生成制御部５は、たとえば、ターゲット２７が出力されるタイミング、ターゲット２７の出力方向等を制御するよう構成されてもよい。さらに、ＥＵＶ光生成制御部５は、たとえば、レーザ装置３の発振タイミング、パルスレーザ光３２の進行方向、パルスレーザ光３３の集光位置等を制御するよう構成されている。上述の様々な制御は単なる例示に過ぎず、必要に応じて他の制御が追加されてもよい。
２．比較例に係るレーザシステム
次に、比較例に係るレーザシステムについて説明する。本比較例に係るレーザシステムは、たとえば、図１に示したＥＵＶ光生成装置１におけるＥＵＶ集光ミラー２３の反射率を測定するための反射率測定装置に用いられる検査光源としてのＥＵＶコヒーレント光源である。
２．１ 構成
図２に、本開示の比較例に係る検査光源としてのレーザシステム４０の構成を概略的に示す。レーザシステム４０は、フェムト秒レーザ装置４１と、集光光学系４２と、希ガスチャンバ４３と、希ガス供給部４４と、第１の圧力センサ４５と、フィルタチャンバ４６と、排気装置４７と、第２の圧力センサ４８と、を含む。
フェムト秒レーザ装置４１は、希ガスを励起するためのフェムト秒（ｆｓ）のパルス時間幅を有するポンプ用パルスレーザ光Ｌｐを出力するように構成されている。本明細書において、フェムト秒レーザ装置とは、出力されるパルスレーザ光のパルス時間幅が１ｐｓ未満であるレーザ装置と定義する。フェムト秒レーザ装置４１は、基本波光としての直線偏光のポンプ用パルスレーザ光Ｌｐを出力する。ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐは、中心波長が約７９６．５ｎｍ、パルス時間幅が約５ｆｓ～１００ｆｓの範囲内、パルスエネルギが約１ｍＪ～１０ｍＪの範囲内、パルスの繰り返し周波数が約１ｋＨｚ～１０ｋＨｚの範囲内である。フェムト秒レーザ装置４１は、たとえばチタンサファイヤレーザ装置である。
集光光学系４２は、平凸レンズ、非球面レンズ、凹面ミラー、軸外放物面ミラーのうちのいずれか１つまたは複数を含み、フェムト秒レーザ装置４１から出力されたポンプ用パルスレーザ光Ｌｐを、希ガスチャンバ４３内の所定の集光位置Ｃｐに集光させる。
希ガスチャンバ４３は、希ガスを収容するものであって、ウインドウ５０と、貫通孔５１と、を含む。希ガスチャンバ４３には、配管４３ａを介して希ガス供給部４４が接続されている。希ガス供給部４４は、希ガスとしてのヘリウム（Ｈｅ）ガスまたはネオン（Ｎｅ）ガスを供給する図示しないガスボンベに接続されている。また、配管４３ａには、希ガスチャンバ４３内の圧力を計測するための第１の圧力センサ４５が接続されている。さらに、配管４３ａの第１の圧力センサ４５の接続部と希ガス供給部４４との間には、希ガス供給部４４から希ガスチャンバ４３内へ流れる希ガスの流量を調整するための流量制御バルブ４４ａが設けられている。
ウインドウ５０は、集光光学系４２から出射されたポンプ用パルスレーザ光Ｌｐがほぼ垂直に入射するように、希ガスチャンバ４３に配置されている。ウインドウ５０は、たとえば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）結晶により形成されており、光学軸とポンプ用パルスレーザ光の軸が略一致するように配置されている。ウインドウ５０の厚みは、たとえば約１ｍｍである。
希ガスチャンバ４３とフィルタチャンバ４６とは、図示しないＯリングを介して接続されており、この接続部には隔壁５２が設けられている。この隔壁５２は、たとえばアルミニウム等の金属膜であり、ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐの光路上に貫通孔５１が形成されている。貫通孔５１は、隔壁５２にポンプ用パルスレーザ光Ｌｐを照射することにより形成されたものであり、断面形状はほぼ円形のピンホールである。集光光学系４２は、ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐを、希ガスチャンバ４３内において貫通孔５１の位置と殆ど同じ位置に集光させる。この集光位置Ｃｐにおけるポンプ用パルスレーザ光Ｌｐの集光径は約１００μｍである。したがって、貫通孔５１の直径は、ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐの集光径と同程度である。
基本波光としてのポンプ用パルスレーザ光Ｌｐが集光位置Ｃｐで集光されることによって、希ガスが励起される。この励起された希ガスの非線形効果によってポンプ用パルスレーザ光Ｌｐと同軸上に、少なくとも５９次以上の奇数の高次高調波を含む高調波光が生成される。５９次の高調波光が、波長約１３．５ｎｍのＥＵＶ光６０である。
フィルタチャンバ４６は、希ガスチャンバ４３に対して、ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐの光路の下流側に配置されている。フィルタチャンバ４６内には、第１のビームセパレータ５３と、第２のビームセパレータ５４と、バンドパスフィルタ５５と、第１の多層膜ミラー５６と、第２の多層膜ミラー５７とが配置されている。第１のビームセパレータ５３と第２のビームセパレータ５４とは、それぞれ、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）や窒化ニオブ（ＮｂＮ）の薄膜を、シリコン（Ｓｉ）や二酸化シリコン（ＳｉＯ2）の基板上に形成したものである。第１のビームセパレータ５３と第２のビームセパレータ５４とは、それぞれ入射光から約１０ｎｍ～４０ｎｍの波長帯域の光を選択的に反射するダイクロイックミラーとして機能する。
第１のビームセパレータ５３は、希ガスチャンバ４３から貫通孔５１を通過した高調波光及び基本波光がＰ偏光として入射し、かつ入射角が基本波光に対してほぼブリュースター角となるように配置されている。第２のビームセパレータ５４は、第１のビームセパレータ５３と平行で、かつ第１のビームセパレータ５３による反射光が入射するように配置されている。したがって、第２のビームセパレータ５４に入射する入射光は、Ｐ偏光であって、入射角は基本波光に対してほぼブリュースター角である。
バンドパスフィルタ５５は、貫通孔が形成された部材の貫通孔上に、厚みが数１００ｎｍのＺｒ薄膜を固定したＺｒ薄膜フィルタである。バンドパスフィルタ５５は、約７ｎｍ～１５ｎｍの波長帯域の光を選択的に透過させ、その他の波長帯域の光は、反射または吸収する。バンドパスフィルタ５５は、第２のビームセパレータ５４により反射された反射光の光路上に配置されている。
第１の多層膜ミラー５６と第２の多層膜ミラー５７とは、それぞれ、たとえばモリブデン（Ｍｏ）薄膜とシリコン（Ｓｉ）薄膜とを交互に積層した多層膜である。第１の多層膜ミラー５６は、バンドパスフィルタ５５を透過した光の光路上に配置されている。第２の多層膜ミラー５７は、第１の多層膜ミラー５６による反射光が入射するように配置されている。第１の多層膜ミラー５６と第２の多層膜ミラー５７とは、バンドパスフィルタ５５の透過光から、波長約１３．１ｎｍの６１次の高調波光と波長約１４．０ｎｍの５７次の高調波光の反射を抑制し、波長約１３．５ｎｍの５９次の高調波光であるＥＵＶ光６０を反射させる。
フィルタチャンバ４６には、排気装置４７が接続されている。排気装置４７は、フィルタチャンバ４６内を排気し、フィルタチャンバ４６内の圧力を真空に近い圧力とする。また、フィルタチャンバ４６には、フィルタチャンバ４６内の圧力を計測するための第２の圧力センサ４８が接続されている。
フィルタチャンバ４６は、反射率計測装置の図示しない計測チャンバ内に配置されたＥＵＶ集光ミラー２３にＥＵＶ光６０を伝送するための図示しない光伝送部に接続されている。フィルタチャンバ４６と光伝送部とは、図示しないＯリングや金属ガスケットによってシールされている。
２．２ 動作
次に、比較例に係るレーザシステム４０の動作について説明する。まず、準備動作として、排気装置４７の運転を開始させ、第２の圧力センサ４８の検出圧力Ｐ２が真空に近い圧力となるまで低下させる。検出圧力Ｐ２が真空に近い圧力となると、流量制御バルブ４４ａを開き、希ガスチャンバ４３内への希ガスの供給を開始する。そして、第１の圧力センサ４５の検出圧力Ｐ１が所定の目標圧力ＰＴ１となるように流量制御バルブ４４ａを調整する。この目標圧力ＰＴ１は、１０ｋ～１００ｋＰａの範囲内の値であり、たとえば約１７ｋＰａである。
次に、フェムト秒レーザ装置４１を駆動し、中心波長が約７９６．５ｎｍ、パルス時間幅が約３０ｆｓ、パルスエネルギが約６ｍＪ、パルスの繰り返し周波数が約１ｋＨｚであるポンプ用パルスレーザ光Ｌｐを出力させる。フェムト秒レーザ装置４１から出力されたポンプ用パルスレーザ光Ｌｐは、集光光学系４２により、希ガスチャンバ４３内の集光位置Ｃｐに集光される。ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐの集光径は約１００μｍである。
ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐが集光位置Ｃｐで集光されることによって、希ガスが励起され、希ガスの非線形効果によって少なくとも５９次以上の奇数の高次高調波を含む高調波光が生成される。５９次の高調波光が、波長約１３．５ｎｍのＥＵＶ光６０である。高調波光の偏光方向と出射光軸とは、ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐの偏光方向と入射光軸と一致している。集光位置Ｃｐで発生した高調波光及び基本波光は、貫通孔５１を通過してフィルタチャンバ４６内の第１のビームセパレータ５３に入射する。
第１のビームセパレータ５３に入射した高調波光及び基本波光のうち、約１０ｎｍ～４０ｎｍの波長帯域の光が反射される。この反射光は、第２のビームセパレータ５４に入射する。第２のビームセパレータ５４に入射した光のうち、約１０ｎｍ～４０ｎｍの波長帯域の光が反射される。この反射光は、バンドパスフィルタ５５に入射する。バンドパスフィルタ５５に入射した光のうち、約７ｎｍ～１５ｎｍの波長帯域の光がバンドパスフィルタ５５を通過する。バンドパスフィルタ５５を通過した光は、第１の多層膜ミラー５６と第２の多層膜ミラー５７とで順次反射される。このとき、６１次と５７次の高調波光の反射が抑制される。
このように、希ガスチャンバ４３で発生したＥＵＶ光６０を含む高調波光は、フィルタチャンバ４６により波長選択され、波長約１３．５ｎｍのＥＵＶ光６０のみがフィルタチャンバ４６から反射率測定装置内のＥＵＶ集光ミラー２３に向けて出力される。
２．３ 課題
反射率測定装置においては、１枚のＥＵＶ集光ミラー２３の反射率を測定するために８時間程度の時間が要される。このため、測定精度の向上および測定時間の短縮には、検査光源としてのレーザシステム４０からのＥＵＶ光６０の出力を長時間安定化させることが課題である。
ＥＵＶ光６０の出力を長時間安定化させるためには、希ガスチャンバ４３内の希ガスの圧力を一定にする必要がある。しかし、レーザシステム４０を長時間連続動作させると、ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐにより貫通孔５１の周辺の隔壁５２にアブレーションが生じ、貫通孔５１のサイズが変化してしまう。貫通孔５１のサイズが変化すると、貫通孔５１を通じてフィルタチャンバ４６に流れる希ガスの流量が変化し、希ガスチャンバ４３内の希ガスの圧力が変化する。
希ガスチャンバ４３内の希ガスの圧力は、流量制御バルブ４４ａによる圧力調整に対する応答速度が遅い。このため、第１の圧力センサ４５の検出圧力の変化に合わせて流量制御バルブ４４ａを制御して希ガスの流量を調整したとしても、希ガスチャンバ４３内の希ガスの圧力を安定化させ、ＥＵＶ光６０の出力を安定化させることは難しい。
図３は、反射率測定装置の測定点におけるＥＵＶ光６０の出力の時間変化を例示するグラフである。比較例に係るレーザシステム４０では、アブレーションにより貫通孔５１のサイズが大きくなり、希ガスチャンバ４３内の希ガスの圧力の低下するとともに、ＥＵＶ光６０の出力が低下する。
３．第１の実施形態
次に、本開示の第１の実施形態に係るレーザシステム４０ａについて説明する。なお、以下では、上記比較例に係るレーザシステム４０の構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
３．１ 構成
図４に、本開示の第１の実施形態に係るレーザシステム４０ａの構成を概略的に示す。第１の実施形態に係るレーザシステム４０ａは、比較例に係るレーザシステム４０の構成要素に加えて、主制御部６１と、レーザ出力制御部６２と、を含む。主制御部６１は、第１の圧力センサ４５、第２の圧力センサ４８、及び流量制御バルブ４４ａと、それぞれ信号線を介して接続されている。レーザ出力制御部６２は、主制御部６１及びフェムト秒レーザ装置４１と、それぞれ信号線を介して接続されている。
本実施形態では、隔壁５２は、ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐでアブレーションされにくい金属やガラスで形成されている。ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐでアブレーションされにくい金属材料としては、たとえば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）等を含む高融点の金属材料が挙げられる。
主制御部６１は、第１の制御部６１ａと、第２の制御部６１ｂと、を含む。第１の制御部６１ａは、第１の圧力センサ４５の検出圧力Ｐ１と第２の圧力センサ４８の検出圧力Ｐ２とに基づいて流量制御バルブ４４ａを制御する。第２の制御部６１ｂは、第１の圧力センサ４５の検出圧力Ｐ１に基づいてレーザ出力制御部６２を制御する。レーザ出力制御部６２は、第２の制御部６１ｂから送信された制御信号に基づいて、フェムト秒レーザ装置４１から出力される基本波光としてのポンプ用パルスレーザ光Ｌｐのパルスエネルギを変更する。
３．２ 動作
次に、第１の実施形態に係るレーザシステム４０ａの動作について説明する。図５は、主制御部６１によって行われるレーザシステム４０ａの制御フローを示す。まず、主制御部６１は、準備動作として、排気装置４７の運転と、希ガスチャンバ４３内への希ガスの供給とを開始させた後、フェムト秒レーザ装置４１の発振動作を開始させる（ステップＳ１００）。
この後、主制御部６１に含まれる第１の制御部６１ａと第２の制御部６１ｂとにより、第１の制御フロー（ステップＳ２００～Ｓ２１０）と第２の制御フロー（ステップＳ３００～Ｓ３４０）とが並行して行われる。
第１の制御フローにおいて、まず、第１の制御部６１ａは、第１の圧力センサ４５の検出圧力Ｐ１をモニタリングする（ステップＳ２００）。そして、第１の制御部６１ａは、検出圧力Ｐ１が基準範囲ＲＰｓ内となるように流量制御バルブ４４ａをＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御する（ステップＳ２１０）。具体的には、第１の制御部６１ａは、検出圧力Ｐ１と基準値との差に応じて、ＰＩＤ制御に基づく制御信号を流量制御バルブ４４ａに送信する。第１の制御部６１ａは、ステップＳ２００とステップＳ２１０とを所定時間毎に繰り返し実行する。なお、基準範囲ＲＰｓは、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギＥEUVがほぼ最大、すなわち波長変換効率が最大となる希ガスの圧力の範囲である（図８参照）。基準範囲ＲＰｓには、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギＥEUVを最大とする基準圧力Ｐｓが含まれる。
第２の制御フローにおいて、まず、第２の制御部６１ｂは、第１の圧力センサ４５の検出圧力Ｐ１をモニタリングし（ステップＳ３００）、検出圧力Ｐ１が基準範囲ＲＰｓ内であるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。第２の制御部６１ｂは、検出圧力Ｐ１が基準範囲ＲＰｓ内である場合（ステップＳ３１０でＹｅｓ）には、処理をステップＳ３００に戻す。第２の制御部６１ｂは、検出圧力Ｐ１が基準範囲ＲＰｓ外となった場合（ステップＳ３１０でＮｏ）には、検出圧力Ｐ１に基づき、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギＥEUVの変動量ΔＥEUVを算出する（ステップＳ３２０）。
次に、第２の制御部６１ｂは、ΔＥEUV＝０とするための基本波光のパルスエネルギの設定値Ｅｆｓを算出する（ステップＳ３３０）。そして、第２の制御部６１ｂは、基本波光としてのポンプ用パルスレーザ光Ｌｐのパルスエネルギが設定値Ｅｆｓとなるように、レーザ出力制御部６２に制御信号を送信する（ステップＳ３４０）。この後、第２の制御部６１ｂは、処理をステップＳ３００に戻す。第２の制御部６１ｂは、ステップＳ３００～Ｓ３４０を所定時間毎に繰り返し実行する。
３．２．１ 準備及び発振開始動作
次に、図５のフローチャートにおけるステップＳ１００の詳細を説明する。図６は、ステップＳ１００のサブルーチンを示す。このサブルーチンにおいて、まず、第１の制御部６１ａは、排気装置４７の運転を開始させる（ステップＳ１０１）。第１の制御部６１ａは、排気装置４７の運転が開始すると、第２の圧力センサ４８の検出圧力Ｐ２をモニタリングし（ステップＳ１０２）、検出圧力Ｐ２が真空に近づいたか否か判定する（ステップＳ１０３）。具体的には、第１の制御部６１ａは、検出圧力Ｐ２が、Ｐ２≦Ａを満たすか否かを判定する。たとえば、Ａ＝１０-2Ｐａである。第１の制御部６１ａは、Ｐ２＞Ａであれば（ステップＳ１０３でＮｏ）、処理をステップＳ１０２に戻す。第１の制御部６１ａは、Ｐ２≦Ａとなれば、流量制御バルブ４４ａを制御し、希ガスチャンバ４３内への希ガスの供給を開始させる（ステップＳ１０４）。
第１の制御部６１ａは、希ガスの供給が開始すると、第１の圧力センサ４５の検出圧力Ｐ１をモニタリングする（ステップＳ１０５）。そして、第１の制御部６１ａは、検出圧力Ｐ１が基準範囲ＲＰｓ内となるように流量制御バルブ４４ａをＰＩＤ制御する（ステップＳ１０６）。このステップＳ１０６は、前述の第１の制御フローに含まれるステップＳ２１０と同様である。次に、第１の制御部６１ａは、検出圧力Ｐ１が基準範囲ＲＰｓ内で安定化したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。第１の制御部６１ａは、検出圧力Ｐ１が基準範囲ＲＰｓ内で安定化していない場合（ステップＳ１０７でＮｏ）には、処理をステップＳ１０５に戻す。
検出圧力Ｐ１が基準範囲ＲＰｓ内で安定化した場合（ステップＳ１０７でＹｅｓ）には、第２の制御部６１ｂは、基本波光のパルスエネルギが初期値Ｅｆｓｔとなるようにレーザ出力制御部６２に制御信号を送信する（ステップＳ１０８）。この初期値Ｅｆｓｔは、前述の貫通孔５１のサイズが初期値の場合に、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギＥEUVを所定の目標値とする値である。この後、レーザ出力制御部６２は、フェムト秒レーザ装置４１の発振動作を開始させる（ステップＳ１０９）。
３．２．２ ＥＵＶ光のパルスエネルギの変動量の算出
次に、図５のフローチャートにおけるステップＳ３２０の詳細を説明する。図７は、ステップＳ３２０のサブルーチンを示す。このサブルーチンにおいて、まず、第２の制御部６１ｂは、基本波光のパルスエネルギが初期値Ｅｆｓｔの場合における希ガスチャンバ４３内の希ガスの圧力と、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギＥEUVとの関係を表す第１のデータ（図８参照）を呼び出す（ステップＳ３２１）。この第１のデータは、第２の制御部６１ｂ内、若しくは、図示しない記憶装置に記憶されている。
次に、第２の制御部６１ｂは、図８に示す第１のデータと、第１の圧力センサ４５の検出圧力Ｐ１に基づき、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギＥEUVの変動量ΔＥEUVを算出する（ステップＳ３２２）。具体的には、第１のデータに基づき、検出圧力Ｐ１に対応するＥＵＶ光６０のパルスエネルギＥEUV#P1と、希ガスの圧力に対するＥＵＶ光６０のパルスエネルギの最大値ＥEUV#Mとの差異を算出する。
なお、第２の制御部６１ｂは、第１のデータに代えて、第１のデータを表す関数を記憶しておき、この関数を用いて変動量ΔＥEUVを算出してもよい。
３．２．３ 基本波光のパルスエネルギの設定値の算出
次に、図５のフローチャートにおけるステップＳ３３０の詳細を説明する。図９は、ステップＳ３３０のサブルーチンを示す。このサブルーチンにおいて、まず、第２の制御部６１ｂは、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギＥEUVと、基本波光のパルスエネルギとの関係を表す第２のデータ（図１０参照）を呼び出す（ステップＳ３３１）。この第２のデータは、第２の制御部６１ｂ内、若しくは、図示しない記憶装置に記憶されている。
次に、第２の制御部６１ｂは、図１０に示す第２のデータに基づき、ΔＥEUV＝０とするための基本波光のパルスエネルギの設定値Ｅｆｓを算出する（ステップＳ３３２）。具体的には、基本波光のパルスエネルギの初期値Ｅｆｓｔに対応するＥＵＶ光６０のパルスエネルギに、ステップＳ３２０で算出された変動量ΔＥEUVを加算した値に対応する基本波光のパルスエネルギを算出し、これを設定値Ｅｆｓとする。
なお、第２の制御部６１ｂは、第２のデータに代えて、第２のデータを表す関数を記憶しておき、この関数を用いて設定値Ｅｆｓを算出してもよい。この関数は、第２のデータの線形近似直線であってもよい。
３．３ 効果
本実施形態によれば、希ガスチャンバ４３内の希ガスの圧力が変化した場合に、第１の制御部６１ａによる流量制御バルブ４４ａのＰＩＤ制御と並行して、フェムト秒レーザ装置４１の入力パルスエネルギＥｆが高速に制御される。したがって、本実施形態によれば、アブレーションにより貫通孔５１のサイズが変化し、希ガスチャンバ４３内の希ガスの圧力が変化することによるＥＵＶ光６０の出力の変動を抑制することができ、長時間安定したＥＵＶ光６０を出力させることができる。
なお、本実施形態では、排気装置４７の排気速度が速いので、希ガスチャンバ４３内の希ガスの圧力が変化したとしても、フィルタチャンバ４６内の圧力変化が小さく、第２の圧力センサ４８の検出圧力Ｐ２は真空に近い値に維持され得る。このため、本実施形態では、ＥＵＶ光６０の出力制御に、第２の圧力センサ４８の検出圧力Ｐ２は用いていない。
４．第２の実施形態
第１の実施形態では、第１の圧力センサ４５の検出圧力Ｐ１に基づいてＥＵＶ光６０のパルスエネルギＥEUVの変動量ΔＥEUVを算出しているが、集光位置Ｃｐの希ガスの圧力が検出圧力Ｐ１と異なり得る。集光位置Ｃｐの希ガスの圧力と検出圧力Ｐ１とが異なる場合には、変動量ΔＥEUVが正確に求まらない可能性がある。
本開示の第２の実施形態では、集光位置Ｃｐの希ガスの圧力を正確に求めることにより、変動量ΔＥEUVの算出精度を向上させる。以下、第２の実施形態に係るレーザシステム４０ｂについて説明する。なお、以下では、第１の実施形態に係るレーザシステム４０ａの構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
４．１ 構成
図１１に、本開示の第２の実施形態に係るレーザシステム４０ｂの構成を概略的に示す。本実施形態に係るレーザシステム４０ｂは、第１の実施形態に係るレーザシステム４０ａの構成要素に加えて、撮影装置７０を含む。撮影装置７０は、フィルタチャンバ４６内に、貫通孔５１を含む隔壁５２を撮影するように配置されている。撮影装置７０により撮影された画像データは、第２の制御部６１ｂに送信される。
本実施形態では、第２の制御部６１ｂに、第１の圧力センサ４５の検出圧力Ｐ１に加えて、第２の圧力センサ４８の検出圧力Ｐ２が入力される。本実施形態では、第２の制御部６１ｂは、撮影装置７０から送信された画像データに基づき、貫通孔５１の面積Ｓｐｉｎを算出する。また、第２の制御部６１ｂは、面積Ｓｐｉｎと検出圧力Ｐ１，Ｐ２とに基づき、集光位置Ｃｐの希ガスの圧力Ｐ’を算出する。本実施形態のレーザシステム４０ｂのその他の構成は、第１の実施形態と同様である。
４．２ 動作
次に、第２の実施形態に係るレーザシステム４０ｂの動作について説明する。図１２は、主制御部６１によって行われるレーザシステム４０ｂの制御フローを示す。まず、主制御部６１は、準備動作として、排気装置４７の運転と、希ガスチャンバ４３内への希ガスの供給とを開始させた後、フェムト秒レーザ装置４１の発振動作を開始させる（ステップＳ１００）。このステップＳ１００は、第１の実施形態と同一である。
この後、第１の制御部６１ａと第２の制御部６１ｂとにより、第１の制御フロー（ステップＳ２００～Ｓ２１０）と第２の制御フロー（ステップＳ４００～Ｓ４７０）とが並行して行われる。第１の制御フローは、第１の実施形態と同一であるので、説明は省略する。
第２の制御フローにおいて、まず、第２の制御部６１ｂは、貫通孔５１の面積Ｓｐｉｎと、検出圧力Ｐ１，Ｐ２とをモニタリングし（ステップＳ４００）、面積Ｓｐｉｎに所定値以上の変化が生じたか否かを判定する（ステップＳ４１０）。第２の制御部６１ｂは、面積Ｓｐｉｎに所定値以上の変化が生じていない場合（ステップＳ４１０でＮｏ）には、処理をステップＳ４００に戻す。第２の制御部６１ｂは、面積Ｓｐｉｎに所定値以上の変化が生じた場合（ステップＳ４１０でＹｅｓ）には、面積Ｓｐｉｎと、検出圧力Ｐ１，Ｐ２とに基づき、集光位置Ｃｐの希ガスの圧力Ｐ’を算出する（ステップＳ４２０）。そして、第２の制御部６１ｂは、集光位置Ｃｐの希ガスの圧力Ｐ’に基づき、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギＥEUVの最大値からの変動量ΔＥEUVを算出する（ステップＳ４３０）。
次に、第２の制御部６１ｂは、ΔＥEUV＝０とするための基本波光のパルスエネルギの設定値Ｅｆｓを算出する（ステップＳ４４０）。そして、第２の制御部６１ｂは、基本波光としてのポンプ用パルスレーザ光Ｌｐのパルスエネルギが設定値Ｅｆｓとなるように、レーザ出力制御部６２に制御信号を送信する（ステップＳ４５０）。
この後、第２の制御部６１ｂは、面積Ｓｐｉｎが規定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ４６０）。第２の制御部６１ｂは、面積Ｓｐｉｎが規定値以下である場合（ステップＳ４６０でＹｅｓ）には、処理をステップＳ４００に戻す。第２の制御部６１ｂは、面積Ｓｐｉｎが規定値より大きくなった場合（ステップＳ４６０でＮｏ）には、隔壁５２の交換を促す信号を、図示しないディスプレイまたは外部装置に送信し（ステップＳ４７０）、処理をステップＳ４００に戻す。
４．２．１ 集光位置の圧力の算出
次に、図１２のフローチャートにおけるステップＳ４２０の詳細を説明する。図１３は、ステップＳ４２０のサブルーチンを示す。このサブルーチンにおいて、まず、第２の制御部６１ｂは、面積Ｓｐｉｎ、圧力Ｐ１，Ｐ２、及び集光位置Ｃｐの希ガスの圧力Ｐ’の関係を表す第３のデータ（図１４参照）を呼び出す（ステップＳ４２１）。この第３のデータは、第２の制御部６１ｂ内、若しくは、図示しない記憶装置に記憶されている。
次に、第２の制御部６１ｂは、図１４に示す第３のデータに基づき、集光位置Ｃｐの希ガスの圧力Ｐ’を算出する（ステップＳ４２２）。具体的には、第３のデータは、面積Ｓｐｉｎ、圧力Ｐ１，Ｐ２、及び圧力Ｐ’の関係がテーブル化されたものである。第２の制御部６１ｂは、図１４に示すテーブルデータを参照し、面積Ｓｐｉｎの計測値、及び検出圧力Ｐ１，Ｐ２が、最も対応する圧力Ｐ’を求める。
なお、第２の制御部６１ｂは、第３のデータに代えて、第３のデータを表す関数Ｐ’＝ｆ（Ｐ１，Ｐ２，Ｓｐｉｎ）を記憶しておき、この関数を用いて圧力Ｐ’を算出してもよい。
４．２．２ ＥＵＶ光のパルスエネルギの変動量の算出
次に、図１２のフローチャートにおけるステップＳ４３０の詳細を説明する。図１５は、ステップＳ４３０のサブルーチンを示す。このサブルーチンにおいて、まず、第２の制御部６１ｂは、希ガスチャンバ４３内の希ガスの圧力と、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギＥEUVとの関係を表す第１のデータを呼び出す（ステップＳ４３１）。この第１のデータは、第１の実施形態において図８に示した第１のデータと同一である。この第１のデータは、第２の制御部６１ｂ内、若しくは、図示しない記憶装置に記憶されている。
次に、第２の制御部６１ｂは、第１のデータと、ステップＳ４２０で算出された集光位置Ｃｐの希ガスの圧力Ｐ’とに基づき、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギＥEUVの変動量ΔＥEUVを算出する（ステップＳ４３２）。具体的には、第１のデータに基づき、図８に示すグラフにおいて、希ガスの圧力Ｐ１を圧力Ｐ’に置き換え、圧力Ｐ’に対応するＥＵＶ光６０のパルスエネルギと、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギの最大値との差異を算出する。
なお、第２の制御部６１ｂは、第１のデータに代えて、第１のデータを表す関数を記憶しておき、この関数を用いて変動量ΔＥEUVを算出してもよい。
また、本実施形態におけるステップＳ４４０の詳細は、第１の実施形態のステップ３３０と同一である。すなわち、第２の制御部６１ｂは、図１０に示す第２のデータに基づき、ΔＥEUV＝０とするための基本波光のパルスエネルギの設定値Ｅｆｓを算出する。
４．３ 効果
本実施形態によれば、貫通孔５１の面積Ｓｐｉｎの計測値に基づいて、集光位置Ｃｐの希ガスの圧力Ｐ’を算出し、この圧力Ｐ’に基づいて変動量ΔＥEUVを算出するので、変動量ΔＥEUVの算出精度が向上する。これにより、ＥＵＶ光６０の出力を長時間安定化させることができる。
なお、本実施形態では、集光位置Ｃｐの希ガスの圧力Ｐ’の算出に、面積Ｓｐｉｎ、及び検出圧力Ｐ１，Ｐ２を用いているが、検出圧力Ｐ２は必須ではない。これは、検出圧力Ｐ１が１０4Ｐａ程度であるのに対して、検出圧力Ｐ２は１０-2Ｐａ程度と低く、要求される圧力Ｐ’の算出精度によっては、Ｐ２＝０とみなしても問題が生じないためである。
図１６は、Ｐ２＝０と近似した場合の第３のデータを表す関数Ｐ’＝ｆ（Ｐ１，Ｐ２，Ｓｐｉｎ）を概略的に示す。実際の装置では、Ｐ２≦１０-2Ｐａであって、Ｐ１は約１０4Ｐａであるため、Ｐ２＝０と近似することができる。このように、集光位置Ｃｐの希ガスの圧力Ｐ’と、貫通孔５１の面積Ｓｐｉｎとの関係は、第１の圧力センサ４５の検出圧力Ｐ１に依存して変化する。
５．第３の実施形態
第１及び第２の実施形態では、希ガスチャンバ４３内の圧力に基づいてＥＵＶ光６０の出力を制御しているが、フィルタチャンバ４６内のビームセパレータ等の光学素子の劣化によりＥＵＶ光６０の出力が変化することが考えられる。
本開示の第３の実施形態では、ＥＵＶ光６０の出力を実測することにより、ＥＵＶ光６０の出力の安定化を図る。以下、第３の実施形態に係るレーザシステム４０ｃについて説明する。なお、以下では、第１の実施形態に係るレーザシステム４０ａの構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
５．１ 構成
図１７に、本開示の第３の実施形態に係るレーザシステム４０ｃの構成を概略的に示す。本実施形態に係るレーザシステム４０ｃは、第１の実施形態に係るレーザシステム４０ａの構成要素に加えて、ビームスプリッタ７１と、光センサ７２と、を含む。ビームスプリッタ７１及び光センサ７２は、フィルタチャンバ４６内に配置されている。
ビームスプリッタ７１は、第２の多層膜ミラー５７から反射光として出力されるＥＵＶ光６０の光路上に、光路軸に対して傾斜した状態で配置されている。ビームスプリッタ７１は、入射したＥＵＶ光６０の一部を反射する。ビームスプリッタ７１は、たとえばＺｒ薄膜を固定したＺｒ薄膜フィルタである。
光センサ７２は、ビームスプリッタ７１により反射された反射光の光路上に配置されている。光センサ７２は、たとえばフォトダイオードであり、入射光を検出して、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギに対応する計測信号を出力する。光センサ７２から出力された計測信号は、第２の制御部６１ｂに送信される。本実施形態では、第２の制御部６１ｂは、前述の変動量ΔＥEUVに加えて、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギの計測値を考慮して基本波光のパルスエネルギの設定値Ｅｆｓを求める。また、本実施形態では、第２の制御部６１ｂは、計時機能を有している。本実施形態のレーザシステム４０ｃのその他の構成は、第１の実施形態と同様である。
５．２ 動作
次に、第３の実施形態に係るレーザシステム４０ｃの動作について説明する。図１８は、主制御部６１によって行われるレーザシステム４０ｃの制御フローを示す。まず、主制御部６１は、準備動作として、排気装置４７の運転と、希ガスチャンバ４３内への希ガスの供給とを開始させた後、フェムト秒レーザ装置４１の発振動作を開始させる（ステップＳ１００）。このステップＳ１００は、第１の実施形態と同一である。
この後、第１の制御部６１ａと第２の制御部６１ｂとにより、第１の制御フロー（ステップＳ２００～Ｓ２１０）と第２の制御フロー（ステップＳ５００～Ｓ５９０）とが並行して行われる。第１の制御フローは、第１の実施形態と同一であるので、説明は省略する。
第２の制御フローにおいて、まず、第２の制御部６１ｂは、タイマＴをリセットスタートして計時を開始する（ステップＳ５００）。次に、第２の制御部６１ｂは、光センサ７２から送信された計測信号に基づき、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギの計測値ＥREUVを取得する（ステップＳ５１０）。そして、第２の制御部６１ｂは、計測値ＥREUVと、ＥＵＶ光６０の目標パルスエネルギＥtEUVとの差ΔＥREUVを、下式１に基づいて算出する（ステップＳ５２０）。
ΔＥREUV＝ＥtEUV－ＥREUV ・・・（１）
なお、目標パルスエネルギＥtEUVとは、フィルタチャンバ４６内の光学素子に劣化が生じていない場合において、基本波光のパルスエネルギを初期値Ｅｆｓｔとした初期状態におけるＥＵＶ光６０のパルスエネルギの最大値ＥEUV#Mである（図８参照）。
次に、第２の制御部６１ｂは、第１の圧力センサ４５の検出圧力Ｐ１をモニタリングし（ステップＳ５３０）、検出圧力Ｐ１が基準範囲ＲＰｓ内であるか否かを判定する（ステップＳ５４０）。第２の制御部６１ｂは、検出圧力Ｐ１が基準範囲ＲＰｓ内である場合（ステップＳ５４０でＹｅｓ）には、処理をステップＳ５３０に戻す。第２の制御部６１ｂは、検出圧力Ｐ１が基準範囲ＲＰｓ外となった場合（ステップＳ５４０でＮｏ）には、検出圧力Ｐ１に基づき、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギＥEUVの最大値である目標パルスエネルギからの変動量ΔＥEUVを算出する（ステップＳ５５０）。ステップＳ５５０の詳細は、第１の実施形態のステップＳ３２０と同様である。
次に、第２の制御部６１ｂは、下式２に基づいて、変動量ΔＥEUVを補正し、補正後の変動量ΔＥSUMEUVを取得する（ステップＳ５６０）。
ΔＥSUMEUV＝ΔＥEUV＋ΔＥREUV ・・・（２）
次に、第２の制御部６１ｂは、図１９に示す第２のデータに基づき、ΔＥSUMEUV＝０とするための基本波光のパルスエネルギの設定値Ｅｆｓを算出する（ステップＳ５７０）。本実施形態では、第２の制御部６１ｂは、基本波光のパルスエネルギの初期値Ｅｆｓｔに対応するＥＵＶ光６０のパルスエネルギに、補正後の変動量ΔＥSUMEUVを加算した値に対応する基本波光のパルスエネルギを算出し、これを設定値Ｅｆｓとする。
そして、第２の制御部６１ｂは、基本波光としてのポンプ用パルスレーザ光Ｌｐのパルスエネルギが設定値Ｅｆｓとなるようにレーザ出力制御部６２に制御信号を送信する（ステップＳ５８０）。
この後、第２の制御部６１ｂは、タイマＴが所定時間Ｋ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５９０）。第２の制御部６１ｂは、タイマＴが所定時間Ｋ未満である場合（ステップＳ５９０でＮｏ）には、処理をステップＳ５３０に戻す。第２の制御部６１ｂは、タイマＴが所定時間Ｋ以上である場合（ステップＳ５９０でＹｅｓ）には、処理をステップＳ５００に戻す。すなわち、第２の制御部６１ｂは、所定時間Ｋが経過するたびに、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギの計測値ＥREUVを取得して、変動量ΔＥEUVを補正する。なお、所定時間Ｋは、たとえば、０．５時間から２４時間の範囲内である。
５．３ 効果
本実施形態によれば、定期的にＥＵＶ光６０のパルスエネルギを計測して、検出圧力Ｐ１により求めた変動量ΔＥEUVを補正し、補正後の変動量ΔＥSUMEUVに基づいて基本波光のパルスエネルギの設定値Ｅｆｓを算出する。このため、フィルタチャンバ４６内の光学素子に劣化が生じ、フィルタチャンバ４６から出力されるＥＵＶ光６０のパルスエネルギが変化した場合に、この変化を補正して安定化することができる。
なお、本実施形態では、ビームスプリッタ７１をＥＵＶ光６０の光路上に固定配置しているが、これに代えて、ビームスプリッタ７１をＥＵＶ光６０の光路上から退避可能としてもよい。たとえば、ビームスプリッタ７１を図示しないリニアステージ上に配置して移動自在とし、ＥＵＶ光６０のパルスエネルギを計測する場合にのみビームスプリッタ７１を光路上に配置してもよい。また、反射率計測装置で反射率を測定している場合に、ビームスプリッタ７１を光路上から退避させ、反射率計測装置で反射率を測定していない場合にビームスプリッタ７１を光路上に配置してもよい。
６．第４の実施形態
第１～第３の実施形態では、希ガスチャンバ４３を、貫通孔５１が形成された隔壁５２を介してフィルタチャンバ４６に接続しているが、レーザシステムの構成はこれに限られない。
本開示の第４の実施形態では、フィルタチャンバ内に希ガスを収容したキャピラリファイバを配置する。なお、本開示では、チャンバという用語は、気体等を収容する室を意味し、キャピラリファイバ等の中空ファイバも含むものとする。以下、第４の実施形態に係るレーザシステム４０ｄについて説明する。なお、以下では、上記各実施形態に係るレーザシステムの構成要素と略同じ部分については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
６．１ 構成
図２０に、本開示の第４の実施形態に係るレーザシステム４０ｄの構成を概略的に示す。第４の実施形態に係るレーザシステム４０ｄは、フェムト秒レーザ装置４１と、集光光学系４２と、キャピラリファイバ８０と、希ガス供給部４４と、第１の圧力センサ４５と、フィルタチャンバ９０と、排気装置４７と、第２の圧力センサ４８と、撮影装置７０と、を含む。
キャピラリファイバ８０は、希ガスを収容するものであって、第１の貫通孔８１ａが形成された第１の隔壁８１と、第２の貫通孔８２ａが形成された第２の隔壁８２と、を含む。第１の隔壁８１は、ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐが入射するキャピラリファイバ８０の入射側の端部に位置している。第２の隔壁８２は、ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐが出射されるキャピラリファイバ８０の出射側の端部に位置している。
キャピラリファイバ８０には、配管８０ａを介して希ガス供給部４４が接続されている。また、配管８０ａには、キャピラリファイバ８０内の圧力を計測するための第１の圧力センサ４５が接続されている。さらに、配管８０ａの第１の圧力センサ４５の接続部と希ガス供給部４４との間には、流量制御バルブ４４ａが設けられている。キャピラリファイバ８０と配管８０ａの一部は、フィルタチャンバ９０内に配置されている。
第１の隔壁８１及び第２の隔壁８２は、ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐでアブレーションされにくい金属やガラスで形成されている。ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐでアブレーションされにくい金属材料としては、たとえば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）等の高融点金属が挙げられる。
フィルタチャンバ９０は、ウインドウ９１を含む。ウインドウ９１は、集光光学系４２から出射されたポンプ用パルスレーザ光Ｌｐがほぼ垂直に入射するように配置されている。ウインドウ９１は、たとえば、ＭｇＦ2結晶により形成されており、光学軸とポンプ用パルスレーザ光の軸が略一致するように配置されている。ウインドウ９１の厚みは、たとえば約１ｍｍである。
キャピラリファイバ８０は、ウインドウ９１を介してフィルタチャンバ９０内に入射したポンプ用パルスレーザ光Ｌｐが第１の貫通孔８１ａと第２の貫通孔８２ａとを通過するように配置されている。本実施形態では、集光光学系４２は、ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐをキャピラリファイバ８０内に集光させる。すなわち、集光位置Ｃｐは、第１の貫通孔８１ａと第２の貫通孔８２ａとの間におけるポンプ用パルスレーザ光Ｌｐの光路上である。ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐが集光位置Ｃｐで集光されることによって、希ガスが励起され、少なくとも５９次以上の奇数の高次高調波を含む高調波光が生成される。
フィルタチャンバ９０内には、第１のビームセパレータ５３と、第２のビームセパレータ５４と、バンドパスフィルタ５５と、第１の多層膜ミラー５６と、第２の多層膜ミラー５７とが配置されている。第１のビームセパレータ５３は、キャピラリファイバ８０から第２の貫通孔８２ａを通過した高調波光及び基本波光がＰ偏光として入射し、かつ入射角が基本波に対してほぼブリュースター角となるように配置されている。第１のビームセパレータ５３、第２のビームセパレータ５４、バンドパスフィルタ５５、第１の多層膜ミラー５６、及び第２の多層膜ミラー５７の構成や配置は、上記各実施形態と同様である。
また、フィルタチャンバ９０には、排気装置４７と、第２の圧力センサ４８とが接続されている。排気装置４７及び第２の圧力センサ４８の構成は、上記各実施形態と同様である。また、フィルタチャンバ９０内には、前述の撮影装置７０が配置されている。本実施形態では、撮影装置７０は、第１の貫通孔８１ａを含む第１の隔壁８１を撮影するように配置されている。撮影装置７０により撮影された画像データは、第２の制御部６１ｂに送信される。
主制御部６１に含まれる第１の制御部６１ａと第２の制御部６１ｂとの構成は、第２の実施形態と同様である。第２の制御部６１ｂは、撮影装置７０から送信された画像データに基づき、第１の貫通孔８１ａの面積Ｓｐｉｎａを算出する。また、第２の制御部６１ｂは、第１の貫通孔８１ａの面積Ｓｐｉｎａと検出圧力Ｐ１，Ｐ２とに基づき、集光位置Ｃｐの希ガスの圧力Ｐ’’を算出する。
６．２ 動作
図２１は、主制御部６１によって行われるレーザシステム４０ｄの制御フローを示す。この制御フローは、図１２に示した第２の実施形態における制御フローと同様であるので、説明は省略する。なお、本実施形態では、第２の制御部６１ｂは、第１の貫通孔８１ａの面積Ｓｐｉｎａが規定値より大きくなった場合に、キャピラリファイバ８０の交換を促す信号を、図示しないディスプレイまたは外部装置に送信し（ステップＳ６７０）。
本実施形態によれば、第１の貫通孔８１ａの面積Ｓｐｉｎａの計測値に基づいて、集光位置Ｃｐの希ガスの圧力Ｐ’’を算出し、この圧力Ｐ’’に基づいて変動量ΔＥEUVを算出するので、変動量ΔＥEUVの算出精度が向上する。これにより、ＥＵＶ光６０の出力を長時間安定化させることができる。
なお、本実施形態は、第２の実施形態における希ガスチャンバをキャピラリファイバとしてフィルタチャンバ内に配置したものであるが、第１の実施形態や第３の実施形態の変形例として、希ガスチャンバに代えてキャピラリファイバをフィルタチャンバ内に配置してもよい。
また、本実施形態は、キャピラリファイバの各端部に、貫通孔が形成された隔壁を設けているが、これに代えて、隔壁を設けず、キャピラリファイバ等の中空ファイバの各端部の開口を貫通孔とみなしてもよい。
また、上記各実施形態では、フィルタチャンバ内に配置されるビームセパレータを、ポンプ用パルスレーザ光ＬｐとＥＵＶ光６０の波長帯域の光を反射するダイクロイックミラーとしているが、これに代えて、ＥＵＶ光６０の光軸上に配置された複数のピンホールを用いてもよい。ポンプ用パルスレーザ光ＬｐのビームダイバージェンスがＥＵＶ光６０のビームダイバージェンスよりも広いという性質を利用して、ポンプ用パルスレーザ光Ｌｐのピンホールの通過を抑制し、ＥＵＶ光６０を選択的に通過させることができる。
また、上記各実施形態では、主制御部６１に含まれる第１の制御部６１ａと第２の制御部６１ｂとをそれぞれ別の構成要素としているが、これらを１つの制御部として構成してもよい。また、主制御部６１は、半導体回路等のハードウェアにより構成されたものに限られず、ＣＰＵ等の制御回路が、メモリから読み込んだプログラムを実行するものであってもよい。さらに、主制御部６１は、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等のプログラムが可能なゲートアレイであってもよい。
７．フェムト秒レーザ装置
次に、フェムト秒レーザ装置４１の具体的な構成及び動作を説明する。
７．１ 構成
図２２に、フェムト秒レーザ装置４１の構成例を示す。フェムト秒レーザ装置４１は、モードロックレーザ装置１２１と、高反射ミラー１２２，１２３と、パルス伸張器１２４と、増幅器１２５と、パルス圧縮器１２６と、アッテネータ１２７と、を含む。
モードロックレーザ装置１２１は、励起用レーザ装置１２０と、集光レンズ１３０と、可飽和吸収ミラー１３１と、ダイクロイックミラー１３２Ａと、高反射ミラー１３２Ｂ，１３２Ｃと、チタンサファイヤ結晶１３３と、を含む。さらに、モードロックレーザ装置１２１は、プリズム１３４Ａ，１３４Ｂ，１３４Ｃ，１３４Ｄと、スリット１３５と、１軸ステージ１３６と、出力結合ミラー１３７と、を含む。
可飽和吸収ミラー１３１と出力結合ミラー１３７とにより光共振器が構成されている。この光共振器の光路上には、ダイクロイックミラー１３２Ａと、チタンサファイヤ結晶１３３と、高反射ミラー１３２Ｂ，１３２Ｃと、プリズム１３４Ａ，１３４Ｂと、スリット１３５と、プリズム１３４Ｃ，１３４Ｄとが順番に配置されている。プリズム１３４Ａ，１３４Ｂ，１３４Ｃ，１３４Ｄの頂角は、光の入射角と出射角とがそれぞれほぼブリュースタ角となる角度であることが好ましい。
プリズム１３４Ａとプリズム１３４Ｂは、互いに分散方向が逆であって、光がブリュースタ角で入射して、ブリュースタ角で出射するように配置されている。プリズム１３４Ｃとプリズム１３４Ｄは、互いに分散方向が逆であって、光がブリュースタ角で入射して、ブリュースタ角で出射するように配置されている。
スリット１３５は、開口部がプリズム１３４Ｂとプリズム１３４Ｃとの間の光路上に配置されている。スリット１３５は、矢印で示す移動方向１３８、たとえば光路軸に対して略垂直方向に移動するように、図示しないホルダを介して１軸ステージ１３６に固定されている。
高反射ミラー１２２，１２３は、モードロックレーザ装置１２１から出力されたパルスレーザ光を反射してパルス伸張器１２４に入射させるように配置されている。
パルス伸張器１２４は、グレーティング１４１，１４２と、集光レンズ１４３，１４４と、高反射ミラー１４５，１４６とを含む。グレーティング１４１，１４２と、集光レンズ１４３，１４４とは、入射したパルスレーザ光のパルス時間幅を伸張するように配置されている。
増幅器１２５は、パルス伸張器１２４から出力されたパルスレーザ光を増幅するように構成されている。増幅器１２５は、再生増幅器１５０と、チタンサファイヤ結晶を含む増幅器１５２と、を含む。再生増幅器１５０は、チタンサファイヤ結晶１５１と、高反射ミラー１５３と、λ／４板１５４と、ＥＯ（Electro Optical）ポッケルスセル１５５と、偏光子１５６と、高反射ミラー１５７と、図示しない励起用レーザ装置とを含む。増幅器１５２は、図示しないチタンサファイヤ結晶と、図示しない励起用レーザ装置とを含む。
パルス圧縮器１２６は、増幅器１２５から出力されたパルスレーザ光の光路上に配置されたグレーティング１６１，１６２を含む。
アッテネータ１２７は、偏光子１７０と、半波長板１７１と、回転ステージ１７２と、を含む。回転ステージ１７２は、半波長板１７１を保持し、光軸を中心として回転するように構成されている。前述のレーザ出力制御部６２は、回転ステージ１７２を駆動して半波長板１７１を回転させることにより、パルスレーザ光がアッテネータ１２７を透過する透過率を制御するように構成されている。
７．２ 動作
モードロックレーザ装置１２１では、スリット１３５の開口を通過する波長領域で、モードロックされてレーザ発振し、パルス時間幅がフェムト秒のパルスレーザ光が出力結合ミラー１３７から出力される。このパルスレーザ光は、パルス伸張器１２４により、パルス時間幅が伸張され、再生増幅器１５０によって増幅される。そして、この増幅されたパルスレーザ光は、増幅器１５２によって、さらに増幅される。ここで、再生増幅器１５０のＥＯポッケルスセル１５５を制御することによって、増幅するパルスを選択し、所定の繰返し周波数で増幅することができる。
増幅器１２５によって増幅されたパルスレーザ光は、パルス圧縮器１２６によって、再びパルス時間幅がフェムト秒のパルスレーザ光となる。ここで、スリット１３５の開口部の位置を、移動方向１３８に沿って移動させることにより、パルスレーザ光の中心波長を変化させることができる。
レーザ出力制御部６２は、主制御部６１から基本波光のパルスエネルギの設定値を受信すると、パルス圧縮器１２６から出力された直線偏光のパルスレーザ光の偏光面を、半波長板１７１を回転させることによって回転させる。偏光子１７０は、Ｐ偏光成分の光を透過させ、その他の偏光成分の光を反射する。これにより、フェムト秒レーザ装置４１のパルスエネルギが設定値となるように制御する。アッテネータ１２７の透過率は、たとえば、７０％～９９％の範囲内で制御される。
７．３ 効果
以上の構成のフェムト秒レーザ装置４１は、出力する基本波光のパルスエネルギをアッテネータ１２７によって制御することによって、パルスエネルギを変化させても、アッテネータ１２７よりも上流の素子に対する熱負荷等を変化させることはない。このため、アッテネータ１２７よりも上流のチタンサファイヤ結晶やその他光学素子の熱負荷の変化が抑制される。この結果、フェムト秒レーザ装置４１を安定して動作させることができる。
なお、アッテネータ１２７よりも上流のチタンサファイヤ結晶やその他光学素子の熱負荷の変化が小さい場合には、前述の増幅器１２５に含まれるチタンサファイヤ結晶を励起させるための励起用レーザ装置の出力を制御してもよい。
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各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。
本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。たとえば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

Claims (9)

  1. レーザシステムであって、以下を備える：
    Ａ．パルスレーザ光を出力するレーザ装置；
    Ｂ．希ガスを収容する希ガスチャンバ；
    Ｃ．前記レーザ装置から出力された前記パルスレーザ光を前記希ガスチャンバ内に集光して前記希ガスを励起させる集光光学系；
    Ｄ．前記希ガスチャンバ内で発生する高調波光に含まれるＥＵＶ光を選択的に通過させるフィルタチャンバ；
    Ｅ．前記フィルタチャンバに接続された排気装置；
    Ｆ．前記希ガスチャンバと前記フィルタチャンバとの間であって、前記パルスレーザ光の光路上に配置された少なくとも１つの貫通孔；
    Ｇ．前記希ガスチャンバ内に前記希ガスを供給する希ガス供給部；
    Ｈ．前記希ガス供給部から前記希ガスチャンバに流れる前記希ガスの流量を制御する流量制御バルブ；
    Ｉ．前記希ガスチャンバ内の前記希ガスの圧力を検出する第１の圧力センサ；
    Ｊ．前記第１の圧力センサの検出圧力が基準範囲内となるように前記流量制御バルブを制御する第１の制御部；
    Ｋ．少なくとも前記第１の圧力センサの検出圧力に基づいて、前記レーザ装置から出力される前記パルスレーザ光のパルスエネルギを制御する第２の制御部；及び
    Ｌ．前記貫通孔を含む領域を撮影して画像データを出力する撮影装置；
    ここで、前記第２の制御部は、前記希ガスチャンバ内の前記希ガスの圧力と前記ＥＵＶ光のパルスエネルギとの関係に基づいて、前記ＥＵＶ光のパルスエネルギの最大値からの変動量を算出し、この変動量に基づいて算出される前記パルスレーザ光のパルスエネルギの設定値に基づいて前記レーザ装置を制御し、さらに、
    前記第２の制御部は、前記画像データに基づいて前記貫通孔の面積を算出し、
    前記面積と、前記第１の圧力センサの検出圧力とに基づいて、前記レーザ装置から出力される前記パルスレーザ光のパルスエネルギを制御する。
  2. 請求項１に記載のレーザシステムであって、
    前記第２の制御部は、前記面積と、前記第１の圧力センサの検出圧力とに基づいて、前記パルスレーザ光の集光位置における前記希ガスの圧力を算出し、この集光位置における前記希ガスの圧力に基づいて、前記レーザ装置から出力される前記パルスレーザ光のパルスエネルギを制御する。
  3. 請求項１に記載のレーザシステムであって、
    前記撮影装置は、前記フィルタチャンバ内に配置されている。
  4. レーザシステムであって、以下を備える：
    Ａ．パルスレーザ光を出力するレーザ装置；
    Ｂ．希ガスを収容する希ガスチャンバ；
    Ｃ．前記レーザ装置から出力された前記パルスレーザ光を前記希ガスチャンバ内に集光して前記希ガスを励起させる集光光学系；
    Ｄ．前記希ガスチャンバ内で発生する高調波光に含まれるＥＵＶ光を選択的に通過させるフィルタチャンバ；
    Ｅ．前記フィルタチャンバに接続された排気装置；
    Ｆ．前記希ガスチャンバと前記フィルタチャンバとの間であって、前記パルスレーザ光の光路上に配置された少なくとも１つの貫通孔；
    Ｇ．前記希ガスチャンバ内に前記希ガスを供給する希ガス供給部；
    Ｈ．前記希ガス供給部から前記希ガスチャンバに流れる前記希ガスの流量を制御する流量制御バルブ；
    Ｉ．前記希ガスチャンバ内の前記希ガスの圧力を検出する第１の圧力センサ；
    Ｊ．前記第１の圧力センサの検出圧力が基準範囲内となるように前記流量制御バルブを制御する第１の制御部；
    Ｋ．少なくとも前記第１の圧力センサの検出圧力に基づいて、前記レーザ装置から出力される前記パルスレーザ光のパルスエネルギを制御する第２の制御部；
    Ｍ．前記貫通孔を含む領域を撮影して画像データを出力する撮影装置；及び
    Ｎ．前記フィルタチャンバ内の圧力を検出する第２の圧力センサ；
    ここで、前記第２の制御部は、前記希ガスチャンバ内の前記希ガスの圧力と前記ＥＵＶ光のパルスエネルギとの関係に基づいて、前記ＥＵＶ光のパルスエネルギの最大値からの変動量を算出し、この変動量に基づいて算出される前記パルスレーザ光のパルスエネルギの設定値に基づいて前記レーザ装置を制御し、さらに、
    前記第２の制御部は、前記画像データに基づいて前記貫通孔の面積を算出し、前記面積と、前記第１の圧力センサの検出圧力と、前記第２の圧力センサの検出圧力とに基づいて、前記レーザ装置から出力される前記パルスレーザ光のパルスエネルギを制御する。
  5. 請求項４に記載のレーザシステムであって、
    前記第２の制御部は、前記面積と、前記第１の圧力センサの検出圧力と、前記第２の圧力センサの検出圧力とに基づいて、前記パルスレーザ光の集光位置における前記希ガスの圧力を算出し、この集光位置における前記希ガスの圧力に基づいて、前記レーザ装置から出力される前記パルスレーザ光のパルスエネルギを制御する。
  6. 請求項４に記載のレーザシステムであって、
    前記撮影装置は、前記フィルタチャンバ内に配置されている。
  7. レーザシステムであって、以下を備える：
    Ａ．パルスレーザ光を出力するレーザ装置；
    Ｂ．希ガスを収容する希ガスチャンバ；
    Ｃ．前記レーザ装置から出力された前記パルスレーザ光を前記希ガスチャンバ内に集光して前記希ガスを励起させる集光光学系；
    Ｄ．前記希ガスチャンバ内で発生する高調波光に含まれるＥＵＶ光を選択的に通過させるフィルタチャンバ；
    Ｅ．前記フィルタチャンバに接続された排気装置；
    Ｆ．前記希ガスチャンバと前記フィルタチャンバとの間であって、前記パルスレーザ光の光路上に配置された少なくとも１つの貫通孔；
    Ｇ．前記希ガスチャンバ内に前記希ガスを供給する希ガス供給部；
    Ｈ．前記希ガス供給部から前記希ガスチャンバに流れる前記希ガスの流量を制御する流量制御バルブ；
    Ｉ．前記希ガスチャンバ内の前記希ガスの圧力を検出する第１の圧力センサ；
    Ｊ．前記第１の圧力センサの検出圧力が基準範囲内となるように前記流量制御バルブを制御する第１の制御部；及び
    Ｋ．少なくとも前記第１の圧力センサの検出圧力に基づいて、前記レーザ装置から出力される前記パルスレーザ光のパルスエネルギを制御する第２の制御部；
    ここで、前記希ガスチャンバは、中空ファイバであって、前記フィルタチャンバ内に配置されている。
  8. 請求項７に記載のレーザシステムであって、
    前記貫通孔は、前記パルスレーザ光が入射する前記中空ファイバの入射側の端部に位置する第１の貫通孔と、前記パルスレーザ光が出射される前記中空ファイバの出射側の端部に位置する第２の貫通孔とを含む。
  9. 請求項８に記載のレーザシステムであって、以下をさらに備える：
    Ｑ．前記第１の貫通孔を含む領域を撮影して画像データを出力する撮影装置；
    ここで、前記第２の制御部は、前記画像データに基づいて前記第１の貫通孔の面積を算
    出し、前記面積と、前記第１の圧力センサの検出圧力とに基づいて、前記レーザ装置から出力される前記パルスレーザ光のパルスエネルギを制御する。
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