JP7434096B2 - 極端紫外光生成システム、及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

極端紫外光生成システム、及び電子デバイスの製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、極端紫外光生成システム、及び電子デバイスの製造方法に関する。
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、例えば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。
米国特許出願公開第２０１６／０００７４３４号明細書 米国特許出願公開第２０１５／０１８９７２９号明細書 米国特許出願公開第２０１６／００７３４８７号明細書
概要
本開示の１つの観点に係る極端紫外光生成システムは、第１プリパルスレーザ光、第２プリパルスレーザ光、及びメインパルスレーザ光をこの順で出力するレーザシステムと、第１プリパルスレーザ光、第２プリパルスレーザ光、及びメインパルスレーザ光を内部に導入するための少なくとも１つのウインドウが設けられたチャンバと、チャンバの内部の所定領域にターゲットを供給するターゲット供給部と、プロセッサであって、ターゲットに第１プリパルスレーザ光を照射し、第１プリパルスレーザ光が照射されたターゲットにメインパルスレーザ光のパルス時間幅より長いパルス時間幅を有する第２プリパルスレーザ光を照射し、第２プリパルスレーザ光が照射されたターゲットに第２プリパルスレーザ光と時間的に分離されたメインパルスレーザ光を照射するようにレーザシステムを制御するプロセッサと、を備える。
本開示の１つの観点に係る電子デバイスの製造方法は、第１プリパルスレーザ光、第２プリパルスレーザ光、及びメインパルスレーザ光をこの順で出力するレーザシステムと、第１プリパルスレーザ光、第２プリパルスレーザ光、及びメインパルスレーザ光を内部に導入するための少なくとも１つのウインドウが設けられたチャンバと、チャンバの内部の所定領域にターゲットを供給するターゲット供給部と、プロセッサであって、ターゲットに第１プリパルスレーザ光を照射し、第１プリパルスレーザ光が照射されたターゲットにメインパルスレーザ光のパルス時間幅より長いパルス時間幅を有する第２プリパルスレーザ光を照射し、第２プリパルスレーザ光が照射されたターゲットに第２プリパルスレーザ光と時間的に分離されたメインパルスレーザ光を照射するようにレーザシステムを制御するプロセッサと、を備える極端紫外光生成システムにおいて極端紫外光を生成し、極端紫外光を露光装置に出力し、電子デバイスを製造するために、露光装置内で感光基板上に極端紫外光を露光することを含む。
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２は、比較例に係るＥＵＶ光生成システムの構成を示す一部断面図である。 図３は、比較例における第１プリパルスレーザ光、第２プリパルスレーザ光、及びメインパルスレーザ光のパルス時間波形を概念的に示す。 図４は、比較例においてターゲットに第１プリパルスレーザ光が照射される様子を概念的に示す。 図５は、比較例において２次ターゲットに第２プリパルスレーザ光が照射される様子を概念的に示す。 図６は、第１の実施形態に係るＥＵＶ光生成システムの構成を示す一部断面図である。 図７は、第１の実施形態における光学パルスストレッチャーの構成を示す。 図８は、第１の実施形態における第１プリパルスレーザ光、第２プリパルスレーザ光、及びメインパルスレーザ光のパルス時間波形を概念的に示す。 図９は、第１の実施形態においてターゲットに第１プリパルスレーザ光が照射される様子を概念的に示す。 図１０は、第１の実施形態において２次ターゲットに第２プリパルスレーザ光が照射される様子を概念的に示す。 図１１は、第１の実施形態におけるＣＥの測定結果と比較例におけるＣＥの測定結果とを示すグラフである。 図１２は、比較例のメインパルスレーザ光の照射タイミングにおける３次ターゲットの写真である。 図１３は、第１の実施形態のメインパルスレーザ光の照射タイミングにおける３次ターゲットの写真である。 図１４は、第２プリパルスレーザ光のパルス時間幅とＣＥとの関係を示すグラフである。 図１５は、第２プリパルスレーザ光のフルーエンスとＣＥとの関係を示すグラフである。 図１６は、１ｎｓ未満のパルス時間幅を有する第１プリパルスレーザ光のフルーエンスとＣＥとの関係を示すグラフである。 図１７は、１ｎｓ以上のパルス時間幅を有する第１プリパルスレーザ光のフルーエンスとＣＥとの関係を示すグラフである。 図１８は、１ｎｓ以上のパルス時間幅を有する第１プリパルスレーザ光のフルーエンスと最大イオンエネルギーとの関係を示すグラフである。 図１９は、２次ターゲットの寸法とＣＥとの関係を示すグラフである。 図２０は、第２の実施形態に係るＥＵＶ光生成システムの構成を示す一部断面図である。 図２１は、第２の実施形態における第１のマスターオシレータの第１の構成例を概略的に示す。 図２２は、第２の実施形態における第１のマスターオシレータの第２の構成例を概略的に示す。 図２３は、ＥＵＶ光生成装置に接続された露光装置の構成を概略的に示す。
実施形態
＜内容＞
１．ＥＵＶ光生成システム１１の全体説明
１．１ 構成
１．２ 動作
２．比較例に係るＥＵＶ光生成システム１１
２．１ 構成
２．２ 動作
２．２．１ ターゲット２７の出力
２．２．２ パルスレーザ光の出力
２．２．３ パルスレーザ光の伝送
２．２．４ パルスレーザ光の集光
２．２．５ パルス時間幅及び照射タイミング
２．３ 課題
３．第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐを長くしたＥＵＶ光生成システム１１
３．１ 構成
３．２ 動作
３．２．１ 光学パルスストレッチャー３５の動作
３．２．２ パルス時間幅及び照射タイミング
３．３ ＣＥの向上
３．４ 他の構成例
３．５ 第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐの範囲
３．６ 第２プリパルスレーザ光ＳＰのフルーエンスの範囲
３．７ １ｎｓ未満の第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスの範囲
３．８ １ｎｓ以上の第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスの範囲
３．９ ２次ターゲット２７２の寸法Ｄ１２の範囲
３．１０ 作用
４．第２プリパルスレーザ光ＳＰを出力するＣＯ２レーザ装置
４．１ 構成
４．２ 動作
４．３ 第１のマスターオシレータＭＯ１の詳細
４．３．１ 第１の構成例
４．３．２ 第２の構成例
４．４ 作用
５．その他
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１１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１１の構成を概略的に示す。ＥＵＶ光生成装置１は、レーザシステム３とともに用いられる。本開示においては、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。ＥＵＶ光生成装置１は、チャンバ２及びターゲット供給部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。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。
チャンバ２の壁には、貫通孔が備えられている。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をレーザシステム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、回転楕円面形状の反射面を備えたＥＵＶ集光ミラー２３が配置される。ＥＵＶ集光ミラー２３は、第１及び第２の焦点を備える。ＥＵＶ集光ミラー２３の表面には、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る。ＥＵＶ集光ミラー２３は、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が備えられ、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、プロセッサ５、ターゲットセンサ４等を含む。プロセッサ５は、制御プログラムが記憶されたメモリ５０１と、制御プログラムを実行するＣＰＵ（central processing unit）５０２と、を含む処理装置である。プロセッサ５は本開示に含まれる各種処理を実行するために特別に構成又はプログラムされている。ターゲットセンサ４は、ターゲット２７の存在、軌跡、位置、速度の内の少なくとも１つを検出する。ターゲットセンサ４は、撮像機能を備えてもよい。
また、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、アパーチャが形成された壁２９１が備えられる。壁２９１は、そのアパーチャがＥＵＶ集光ミラー２３の第２の焦点に位置するように配置される。
さらに、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２７を回収するためのターゲット回収部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。
１．２ 動作
図１を参照して、ＥＵＶ光生成システム１１の動作を説明する。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、チャンバ２内のレーザ光経路に沿って進み、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、ターゲット物質を含むターゲット２７をチャンバ２内部のプラズマ生成領域２５に供給する。ターゲット２７には、パルスレーザ光３３が照射される。パルスレーザ光３３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。放射光２５１に含まれるＥＵＶ光は、ＥＵＶ集光ミラー２３によって他の波長域の光に比べて高い反射率で反射される。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。
プロセッサ５は、ＥＵＶ光生成システム１１全体を制御する。プロセッサ５は、ターゲットセンサ４の検出結果を処理する。ターゲットセンサ４の検出結果に基づいて、プロセッサ５は、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。さらに、プロセッサ５は、レーザシステム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。上記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ＥＵＶ光生成システム１１
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、レーザ光集光光学系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、位置調整機構８４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が取り付けられている。ターゲットセンサ４（図１参照）の図示は省略されている。チャンバ２の外部には、レーザシステム３と、レーザ光伝送装置３４と、プロセッサ５とが設けられている。
ターゲット供給部２６は、リザーバ２６１と、圧力調節器２６３と、を含む。リザーバ２６１は、溶融されたターゲット物質を内部に貯蔵する。リザーバ２６１の一部が、チャンバ２の壁面に形成された貫通孔２ａを貫通している。リザーバ２６１の先端の開口２６２がチャンバ２の内部に位置している。
レーザシステム３は、第１のプリパルスレーザ３ｆｐと、第２のプリパルスレーザ３ｓｐと、メインパルスレーザ３ｍとを含む。第１のプリパルスレーザ３ｆｐ及び第２のプリパルスレーザ３ｓｐの各々は、例えばＹＡＧレーザ装置を含む。メインパルスレーザ３ｍは、例えばＣＯ２レーザ装置を含む。
第１のプリパルスレーザ３ｆｐが出力する第１プリパルスレーザ光ＦＰは、第１の波長成分を含み、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光である。第１の波長成分は例えば約１．０６μｍの波長成分である。第２のプリパルスレーザ３ｓｐが出力する第２プリパルスレーザ光ＳＰは、第１の波長成分を含み、偏光方向が紙面に平行な直線偏光である。メインパルスレーザ３ｍが出力するメインパルスレーザ光Ｍは、第２の波長成分を含む。第２の波長成分は例えば約１０．６μｍの波長成分である。
レーザ光伝送装置３４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。
ビームコンバイナ３４３は、偏光方向が紙面に垂直な直線偏光を高い反射率で反射し、偏光方向が紙面に平行な直線偏光を高い透過率で透過させる偏光ビームスプリッタを含む。
ビームコンバイナ３４４は、第１の波長成分が含まれる光を高い反射率で反射し、第２の波長成分が含まれる光を高い透過率で透過させるダイクロイックミラーを含む。
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が支持されている。レーザ光集光光学系２２ａは、軸外放物面ミラー２２１及び平面ミラー２２２を含む。
位置調整機構８４は、プレート８２に対するプレート８３の位置を調整可能である。プレート８３の位置が調整されることにより、軸外放物面ミラー２２１及び平面ミラー２２２の位置が調整される。軸外放物面ミラー２２１及び平面ミラー２２２の位置は、これらのミラーによって反射されたパルスレーザ光３３がプラズマ生成領域２５で集光するように調整される。
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 動作
２．２．１ ターゲット２７の出力
ターゲット供給部２６に含まれる圧力調節器２６３は、プロセッサ５から出力される制御信号に応じて、図示しない不活性ガスボンベからリザーバ２６１に供給される不活性ガスの圧力を調節する。不活性ガスがリザーバ２６１の内部のターゲット物質を加圧することにより、開口２６２から液体のターゲット物質の噴流が出力される。
リザーバ２６１の先端付近に設けられた図示しない加振素子によってリザーバ２６１に振動が与えられると、ターゲット物質の噴流は、液滴状の複数のターゲット２７に分離される。複数のターゲット２７は、その出力順にプラズマ生成領域２５に向けて移動する。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。
２．２．２ パルスレーザ光の出力
プロセッサ５は、以下のようにレーザシステム３を制御する。プロセッサ５は、パルス時間幅やパルスエネルギーを設定する信号を第１のプリパルスレーザ３ｆｐ、第２のプリパルスレーザ３ｓｐ、及びメインパルスレーザ３ｍに出力する。プロセッサ５は、第１～第３のトリガ遅延時間を設定する信号を遅延回路５１に出力する。また、プロセッサ５は、ターゲットセンサ４（図１参照）から出力されるターゲット検出信号を遅延回路５１に出力する。
遅延回路５１は、ターゲット検出信号の受信タイミングに対して第１のトリガ遅延時間が経過したことを示す第１のトリガ信号を、第１のプリパルスレーザ３ｆｐに出力する。第１のプリパルスレーザ３ｆｐは、第１のトリガ信号に従って、第１プリパルスレーザ光ＦＰを出力する。
遅延回路５１は、ターゲット検出信号の受信タイミングに対して第１のトリガ遅延時間より長い第２のトリガ遅延時間が経過したことを示す第２のトリガ信号を、第２のプリパルスレーザ３ｓｐに出力する。第２のプリパルスレーザ３ｓｐは、第２のトリガ信号に従って、第２プリパルスレーザ光ＳＰを出力する。
遅延回路５１は、ターゲット検出信号の受信タイミングに対して第２のトリガ遅延時間より長い第３のトリガ遅延時間が経過したことを示す第３のトリガ信号を、メインパルスレーザ３ｍに出力する。メインパルスレーザ３ｍは、第３のトリガ信号に従って、メインパルスレーザ光Ｍを出力する。
このように、レーザシステム３は、第１プリパルスレーザ光ＦＰ、第２プリパルスレーザ光ＳＰ、及びメインパルスレーザ光Ｍを、この順で出力する。これ以外のパルスレーザ光、例えば第３プリパルスレーザ光は、出力しなくてもよい。
２．２．３ パルスレーザ光の伝送
レーザ光伝送装置３４に含まれる高反射ミラー３４０は、第２プリパルスレーザ光ＳＰを高い反射率で反射する。
ビームコンバイナ３４３は、偏光方向が紙面に垂直な第１プリパルスレーザ光ＦＰを高い反射率で反射し、偏光方向が紙面に平行な第２プリパルスレーザ光ＳＰを高い透過率で透過させる。
高反射ミラー３４１及び３４２は、メインパルスレーザ光Ｍを高い反射率で反射する。
ビームコンバイナ３４４は、第１の波長成分を有する第１及び第２プリパルスレーザ光ＦＰ及びＳＰを高い反射率で反射し、第２の波長成分を有するメインパルスレーザ光Ｍを高い透過率で透過させる。第１プリパルスレーザ光ＦＰ、第２プリパルスレーザ光ＳＰ、及びメインパルスレーザ光Ｍは、パルスレーザ光３２としてウインドウ２１に入射し、チャンバ２の内部に導入される。
２．２．４ パルスレーザ光の集光
レーザ光集光光学系２２ａに含まれる軸外放物面ミラー２２１は、パルスレーザ光３２を平面ミラー２２２に向けて反射する。平面ミラー２２２は、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、第１プリパルスレーザ光ＦＰ、第２プリパルスレーザ光ＳＰ、及びメインパルスレーザ光Ｍを含む。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る。
２．２．５ パルス時間幅及び照射タイミング
図３は、比較例における第１プリパルスレーザ光ＦＰ、第２プリパルスレーザ光ＳＰ、及びメインパルスレーザ光Ｍのパルス時間波形を概念的に示す。図３において、横軸は時間Ｔを示し、縦軸は光強度Ｉを示す。
プラズマ生成領域２５又はその近傍において、１つのターゲット２７に、第１プリパルスレーザ光ＦＰと、第２プリパルスレーザ光ＳＰと、メインパルスレーザ光Ｍとが、この順で照射される。第１プリパルスレーザ光ＦＰ、第２プリパルスレーザ光ＳＰ、及びメインパルスレーザ光Ｍの半値全幅によるパルス時間幅は、それぞれ、例えば１４ｐｓ、６ｎｓ、１５ｎｓである。
図４は、比較例においてターゲット２７に第１プリパルスレーザ光ＦＰが照射される様子を概念的に示す。第１プリパルスレーザ光ＦＰのビームウェストの位置とターゲット２７の位置とがほぼ一致するように、レーザ光伝送装置３４及びレーザ光集光光学系２２ａが調整される。液滴状のターゲット２７に第１プリパルスレーザ光ＦＰが照射されると、液滴状のターゲット２７が破壊されて複数の微粒子となって拡散し、２次ターゲット２７２（図５参照）が生成される。
図５は、比較例において２次ターゲット２７２に第２プリパルスレーザ光ＳＰが照射される様子を概念的に示す。第２プリパルスレーザ光ＳＰのビームウェストの位置と２次ターゲット２７２の位置とがほぼ一致するように、レーザ光伝送装置３４及びレーザ光集光光学系２２ａが調整される。
２次ターゲット２７２に第２プリパルスレーザ光ＳＰが照射されることにより、２次ターゲット２７２を構成する複数の微粒子がさらに微粒子化されて、少なくともターゲット物質の蒸気を含む３次ターゲットが生成される。３次ターゲットについては図１２を参照しながら後述する。
メインパルスレーザ光Ｍのビームウェストの位置と３次ターゲットの位置とがほぼ一致するように、レーザ光伝送装置３４及びレーザ光集光光学系２２ａが調整される。３次ターゲットにメインパルスレーザ光Ｍが照射されることにより、ターゲット物質が効率よくプラズマ化し、ＥＵＶ光が生成される。
図３を再び参照し、ターゲット２７に対する第１プリパルスレーザ光ＦＰの照射タイミングから、２次ターゲット２７２に対する第２プリパルスレーザ光ＳＰの照射タイミングまでの遅延時間を第１の遅延時間Ｔ０１とする。第１の遅延時間Ｔ０１は、遅延回路５１に設定される上記の第１及び第２のトリガ遅延時間によって制御される。
第１の遅延時間Ｔ０１は、メインパルスレーザ光ＭのパルスエネルギーからＥＵＶ光のパルスエネルギーへの変換効率（ＣＥ）が最も高くなるように設定される。第１の遅延時間Ｔ０１は、例えば１．４μｓである。第２プリパルスレーザ光ＳＰの照射タイミングでの２次ターゲット２７２の寸法Ｄ０２（図５参照）は、２次ターゲット２７２の位置における第２プリパルスレーザ光ＳＰのビーム断面の寸法Ｄ０１よりもわずかに小さい。本開示において、２次ターゲット２７２の寸法は、２次ターゲット２７２の最大径をいうものとする。例えば、２次ターゲット２７２が球の半分の形状を有する場合、２次ターゲット２７２の寸法はその球の直径に相当する。第２プリパルスレーザ光ＳＰのビームウェストの位置と２次ターゲット２７２の位置とがほぼ一致する場合、２次ターゲット２７２の位置における第２プリパルスレーザ光ＳＰのビーム断面の寸法Ｄ０１は、第２プリパルスレーザ光ＳＰのスポットサイズにほぼ一致する。
２次ターゲット２７２に対する第２プリパルスレーザ光ＳＰの照射タイミングから、３次ターゲットに対するメインパルスレーザ光Ｍの照射タイミングまでの遅延時間を第２の遅延時間Ｔ０２とする。第２の遅延時間Ｔ０２は、遅延回路５１に設定される上記の第２及び第３のトリガ遅延時間によって制御される。
第２の遅延時間Ｔ０２も、ＣＥが最も高くなるように設定される。第２の遅延時間Ｔ０２は、例えば０．１μｓである。
２．３ 課題
ＥＵＶ光生成システム１１においては、ＥＵＶ光のさらなる高出力化が求められている。そのために、ＣＥをさらに向上させることが重要となっている。
以下に説明する実施形態においては、第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅を長くすることでＣＥを向上している。
３．第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐを長くしたＥＵＶ光生成システム１１
３．１ 構成
図６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。第１の実施形態において、レーザシステム３ａは、第２のプリパルスレーザ３ｓｐとビームコンバイナ３４３との間の第２プリパルスレーザ光ＳＰの光路に配置された光学パルスストレッチャー３５を含む。
図７は、第１の実施形態における光学パルスストレッチャー３５の構成を示す。光学パルスストレッチャー３５は、ビームスプリッタ９５と、第１～第４の凹面ミラー９１～９４とを含む。ビームスプリッタ９５は、４５°の入射角で入射した第２プリパルスレーザ光ＳＰのうちの約６０％を反射し、残りの約４０％のうちのほとんどを透過させるように構成されている。第１～第４の凹面ミラー９１～９４の各々は球面ミラーである。
３．２ 動作
３．２．１ 光学パルスストレッチャー３５の動作
第２のプリパルスレーザ３ｓｐから光学パルスストレッチャー３５へ向けて出力された第２プリパルスレーザ光ＳＰは、ビームスプリッタ９５に図７の右方向に入射する。ビームスプリッタ９５は、右方向に入射した第２プリパルスレーザ光ＳＰの一部を右方向に透過させて第１ビームとして出射し、他の一部を図７の上方向に反射する。
上方向に反射された光は、第１～第４の凹面ミラー９１～９４によって順次反射され、ビームスプリッタ９５に上方向に入射する。第２のプリパルスレーザ３ｓｐから入射した第２プリパルスレーザ光ＳＰのビームスプリッタ９５におけるビーム断面は、第１～第４の凹面ミラー９１～９４により、１：１の大きさでビームスプリッタ９５に結像する。ビームスプリッタ９５は、第４の凹面ミラー９４から上方向に入射した光の一部を図７の右方向に反射して第２ビームとして出射する。
ビームスプリッタ９５を図７の右方向に透過した第１ビームと、ビームスプリッタ９５によって右方向に反射された第２ビームとはほぼ同軸であり、第１～第４の凹面ミラー９１～９４によって構成される遅延光路の光路長に応じた時間差を有する。第１ビームと第２ビームとを空間的に重ねることにより、パルス時間幅が伸長された第２プリパルスレーザ光ＳＰを出射することができる。
ビームスプリッタ９５は、第４の凹面ミラー９４から図７の上方向に入射した上記の光のうちの他の一部を上方向に透過させる。その後、上記の遅延光路を再度通過した光の一部がビームスプリッタ９５から第３ビームとして出射されてもよく、上記の遅延光路をもう一度通過した光の一部がビームスプリッタ９５から第４ビームとして出射されてもよい。第３ビームは第２ビームよりも減衰した光となり、第４ビームは第３ビームよりもさらに減衰した光となる。第３ビーム及び第４ビームは、第１ビーム及び第２ビームと空間的に重ねられる。第３ビーム及び第４ビームが加えられることにより、パルス時間幅がさらに伸長された第２プリパルスレーザ光ＳＰが出射される。
３．２．２ パルス時間幅及び照射タイミング
図８は、第１の実施形態における第１プリパルスレーザ光ＦＰ、第２プリパルスレーザ光ＳＰ、及びメインパルスレーザ光Ｍのパルス時間波形を概念的に示す。図８に示されるパルス時間波形は、第２プリパルスレーザ光ＳＰの半値全幅によるパルス時間幅Ｈｓｐがメインパルスレーザ光Ｍの半値全幅によるパルス時間幅Ｈｍよりも長い点で、図３に示されるパルス時間波形と異なる。第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐは、例えば４０ｎｓである。
以下の説明において、パルス時間幅とは、半値全幅によるパルス時間幅をいうものとする。例えば、第２プリパルスレーザ光ＳＰのピーク強度をＰｓｐとすると、第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐは、第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間波形のうちのＰｓｐ／２以上の光強度を有する部分の時間幅である。また、メインパルスレーザ光Ｍのピーク強度をＰｍとすると、メインパルスレーザ光Ｍのパルス時間幅Ｈｍは、メインパルスレーザ光Ｍのパルス時間波形のうちのＰｍ／２以上の光強度を有する部分の時間幅である。
第２プリパルスレーザ光ＳＰは、メインパルスレーザ光Ｍと時間的に分離されているものとする。時間的に分離されているか否かは、１／ｅ２幅に相当する部分が時間的に重ならずに離れているか、あるいは全部又は一部重なっているかによって判断される。１／ｅ２幅に相当する部分とは、パルス時間波形のうちのピーク強度の１／ｅ２以上の光強度を有する部分をいう。ここで、ｅはネイピア数である。例えば、第２プリパルスレーザ光ＳＰの１／ｅ２幅Ｗｓｐは、第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間波形のうちのＰｓｐ／ｅ２以上の光強度を有する部分の時間幅である。また、メインパルスレーザ光Ｍの１／ｅ２幅Ｗｍは、メインパルスレーザ光Ｍのパルス時間波形のうちのＰｍ／ｅ２以上の光強度を有する部分の時間幅である。よって、第２プリパルスレーザ光ＳＰの１／ｅ２幅Ｗｓｐに相当する部分と、メインパルスレーザ光Ｍの１／ｅ２幅Ｗｍに相当する部分とが時間的に重ならずに離れていれば、時間的に分離されていると判断される。
図９は、第１の実施形態においてターゲット２７に第１プリパルスレーザ光ＦＰが照射される様子を概念的に示す。図９は、比較例において説明した図４と同様である。
図１０は、第１の実施形態において２次ターゲット２７２に第２プリパルスレーザ光ＳＰが照射される様子を概念的に示す。ターゲット２７に対する第１プリパルスレーザ光ＦＰの照射タイミングから、２次ターゲット２７２に対する第２プリパルスレーザ光ＳＰの照射タイミングまでの第１の遅延時間Ｔ１１は、ＣＥが最も高くなるように設定される。第１の遅延時間Ｔ１１は、例えば１．１μｓである。すなわち、第１の実施形態においては、第１の遅延時間Ｔ１１が比較例における第１の遅延時間Ｔ０１よりも短くなっている。第１の遅延時間Ｔ１１が経過したタイミングでの２次ターゲット２７２の寸法Ｄ１２は、２次ターゲット２７２の位置における第２プリパルスレーザ光ＳＰのビーム断面の寸法Ｄ１１の半分以下である。
第１の実施形態において、２次ターゲット２７２に対する第２プリパルスレーザ光ＳＰの照射タイミングから、３次ターゲットに対するメインパルスレーザ光Ｍの照射タイミングまでの第２の遅延時間Ｔ１２は、比較例における第２の遅延時間Ｔ０２と同様である。
３．３ ＣＥの向上
図１１は、第１の実施形態におけるＣＥの測定結果と比較例におけるＣＥの測定結果とを示すグラフである。第１の実施形態及び比較例のいずれにおいても、ターゲット２７の位置における第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスを１５．１Ｊ／ｃｍ２とし、２次ターゲット２７２の位置における第２プリパルスレーザ光ＳＰのフルーエンスを２．５Ｊ／ｃｍ２とした。本開示において、ある位置におけるパルスレーザ光のフルーエンスとは、当該位置におけるパルスレーザ光のビーム断面の面積でパルスレーザ光のパルスエネルギーを除算して得られた値である。
図１１に示されるように、比較例においてはＣＥの最高値が５％以下であったのに対し、第１の実施形態においてはＣＥの最高値が６％以上となった。これによれば、高出力かつ高効率のＥＵＶ光生成システム１１を構成することが可能となる。
また、第１の実施形態においてはメインパルスレーザ光Ｍのパルスエネルギーが６０ｍＪ以上の幅広い範囲で、安定して５％以上の高いＣＥが得られることがわかった。
図１２は、比較例のメインパルスレーザ光Ｍの照射タイミングにおける３次ターゲットの写真であり、図１３は、第１の実施形態のメインパルスレーザ光Ｍの照射タイミングにおける３次ターゲットの写真である。メインパルスレーザ光Ｍの照射タイミングとは、２次ターゲット２７２に対する第２プリパルスレーザ光ＳＰの照射タイミングから第２の遅延時間Ｔ０２又はＴ１２が経過したタイミングをいう。図１２及び図１３はメインパルスレーザ光Ｍの照射タイミングでメインパルスレーザ光Ｍを照射せずに３次ターゲットを撮影したものであり、プラズマ化していない３次ターゲットを示している。
図１２及び図１３の各々の写真において、中央付近の黒い斑点はターゲット物質の密度が高い部分を示す。比較例における３次ターゲットは、ターゲット物質がよく分散しているが、密度の高い部分も多く残っている。これに対し、第１の実施形態における３次ターゲットは、ターゲット物質がさらによく分散し、密度の高い部分が少なくなっていることがわかる。
メインパルスレーザ光Ｍは、臨界密度以上のターゲット物質に照射されると反射されてしまい、ターゲット物質を励起するのに十分なエネルギーを与えられないことがある。メインパルスレーザ光ＭがＣＯ２レーザ光である場合、臨界密度は例えば１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。第１の実施形態においては、ターゲット物質が分散して臨界密度以上の部分が減少したことにより、メインパルスレーザ光Ｍの吸収率が上昇し、ターゲット物質が効率よくプラズマ化したためにＣＥが向上したものと考えられる。
他の点については、第１の実施形態は比較例と同様である。
３．４ 他の構成例
図６及び図７においては、第２のプリパルスレーザ３ｓｐから出力された第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅を、光学パルスストレッチャー３５によってパルス時間幅Ｈｓｐに伸長す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。光学パルスストレッチャー３５を設けずに、第２のプリパルスレーザ３ｓｐを構成するレーザ発振器が、パルス時間幅Ｈｍより長いパルス時間幅Ｈｓｐを有する第２プリパルスレーザ光ＳＰを出力するようにしてもよい。例えば、フラッシュランプ励起パルスレーザ装置において、フラッシュランプへの印加電圧の波形を調整することにより、パルス時間幅Ｈｓｐを有する第２プリパルスレーザ光ＳＰを出力してもよい。あるいは、レーザダイオード励起パルスレーザ装置において、レーザダイオードへの供給電流の波形を調整することにより、パルス時間幅Ｈｓｐを有する第２プリパルスレーザ光ＳＰを出力してもよい。あるいは、Ｑスイッチパルスレーザ装置において、Ｑスイッチの開時間を調整することにより、パルス時間幅Ｈｓｐを有する第２プリパルスレーザ光ＳＰを出力してもよい。
３．５ 第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐの範囲
図１４は、第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅ＨｓｐとＣＥとの関係を示すグラフである。横軸は第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐを示し、縦軸はＣＥの最高値に対する比率を示す。図１４は、以下の条件で第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐを変えながらＥＵＶ光を生成し、ＣＥを計測した結果をその近似曲線とともに示している。
ターゲット２７の位置における第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスは１５．１Ｊ／ｃｍ２、パルス時間幅は１４ｐｓとした。
２次ターゲット２７２の位置における第２プリパルスレーザ光ＳＰのフルーエンスは２．５Ｊ／ｃｍ２とした。
メインパルスレーザ光Ｍのパルスエネルギーは５０ｍＪ、パルス時間幅Ｈｍは８ｎｓとした。
第１の遅延時間Ｔ１１及び第２の遅延時間Ｔ１２は、ＣＥが最も高くなるように設定した。
第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐが４０ｎｓであるときにＣＥが最高値となった。図１４の近似曲線から、第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐの好ましい範囲は１０ｎｓ以上８０ｎｓ以下であり、さらに好ましい範囲は３０ｎｓ以上５０ｎｓ以下である。
３．６ 第２プリパルスレーザ光ＳＰのフルーエンスの範囲
図１５は、第２プリパルスレーザ光ＳＰのフルーエンスとＣＥとの関係を示すグラフである。横軸は２次ターゲット２７２に第２プリパルスレーザ光ＳＰを照射するときの２次ターゲット２７２の位置における第２プリパルスレーザ光ＳＰのフルーエンスを示し、縦軸はＣＥを示す。図１５は、以下の条件で第２プリパルスレーザ光ＳＰのフルーエンスを変えながらＥＵＶ光を生成し、ＣＥを計測した結果をその近似曲線とともに示している。
ターゲット２７の位置における第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスは１５．１Ｊ／ｃｍ２、パルス時間幅は１４ｐｓとした。
第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐは４０ｎｓとした。
メインパルスレーザ光Ｍのパルスエネルギーは２００ｍＪ、パルス時間幅Ｈｍは１３．５ｎｓとした。
第１の遅延時間Ｔ１１及び第２の遅延時間Ｔ１２は、ＣＥが最も高くなるように設定した。
第２プリパルスレーザ光ＳＰのフルーエンスが２．５Ｊ／ｃｍ２及び３．４Ｊ／ｃｍ２であるときにＣＥが最高値となった。図１５の近似曲線から、第２プリパルスレーザ光ＳＰのフルーエンスの好ましい範囲は１．５Ｊ／ｃｍ２以上４．４Ｊ／ｃｍ２以下であり、さらに好ましい範囲は２．５Ｊ／ｃｍ２以上３．４Ｊ／ｃｍ２以下である。
３．７ １ｎｓ未満の第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスの範囲
図１６は、１ｎｓ未満のパルス時間幅を有する第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスとＣＥとの関係を示すグラフである。横軸はターゲット２７に第１プリパルスレーザ光ＦＰを照射するときのターゲット２７の位置における第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスを示し、縦軸はＣＥを示す。図１６は、以下の条件で第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスを変えながらＥＵＶ光を生成し、ＣＥを計測した結果をその近似曲線とともに示している。
第１プリパルスレーザ光ＦＰのパルス時間幅は１４ｐｓとした。
２次ターゲット２７２の位置における第２プリパルスレーザ光ＳＰのフルーエンスは２．５Ｊ／ｃｍ２、パルス時間幅Ｈｓｐは４０ｎｓとした。
メインパルスレーザ光Ｍのパルスエネルギーは２００ｍＪ、パルス時間幅Ｈｍは８ｎｓとした。
第１の遅延時間Ｔ１１及び第２の遅延時間Ｔ１２は、ＣＥが最も高くなるように設定した。
第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスが７．５Ｊ／ｃｍ２及び１５．１Ｊ／ｃｍ２であるときにＣＥが最高値となった。図１６の近似曲線から、１ｎｓ未満のパルス時間幅を有する第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスの好ましい範囲は２．０Ｊ／ｃｍ２以上２０Ｊ／ｃｍ２以下であり、さらに好ましい範囲は７．５Ｊ／ｃｍ２以上１５．１Ｊ／ｃｍ２以下である。なお、第１プリパルスレーザ光ＦＰのパルス時間幅は１４ｐｓに限らず、１ｐｓ以上１ｎｓ未満の範囲内であればよい。
３．８ １ｎｓ以上の第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスの範囲
図１７は、１ｎｓ以上のパルス時間幅を有する第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスとＣＥとの関係を示すグラフである。横軸はターゲット２７に第１プリパルスレーザ光ＦＰを照射するときのターゲット２７の位置における第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスを示し、縦軸はＣＥを示す。図１７は、以下の条件で第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスを変えながらＥＵＶ光を生成し、ＣＥを計測した結果をその近似曲線とともに示している。
第１プリパルスレーザ光ＦＰのパルス時間幅は６ｎｓとした。
２次ターゲット２７２の位置における第２プリパルスレーザ光ＳＰのフルーエンスは１．２Ｊ／ｃｍ２、パルス時間幅Ｈｓｐは４０ｎｓとした。第２プリパルスレーザ光ＳＰのフルーエンスを１．３Ｊ／ｃｍ２、パルス時間幅Ｈｓｐを６０ｎｓとした場合についても計測を行った。
メインパルスレーザ光Ｍのパルスエネルギーは２００ｍＪ、パルス時間幅Ｈｍは１３．５ｎｓとした。
第１の遅延時間Ｔ１１及び第２の遅延時間Ｔ１２は、ＣＥが最も高くなるように設定した。
１ｎｓ以上のパルス時間幅を有する第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスの好ましい範囲は５．７Ｊ／ｃｍ２以上２００Ｊ／ｃｍ２以下である。５．７Ｊ／ｃｍ２以上としたのは、５．７Ｊ／ｃｍ２未満ではターゲット物質が十分に分散しなかったからである。２００Ｊ／ｃｍ２以下とした理由は以下の通りである。図１７の近似曲線から、第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスが８０Ｊ／ｃｍ２以上の場合も高いＣＥが得られると考えられる。しかし、ＹＡＧレーザ装置の現実的な出力上限を１０ｍＪとし、第１プリパルスレーザ光ＦＰのスポットサイズを８０μｍとすると、第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスの上限値は２００Ｊ／ｃｍ２程度であると考えられる。
図１７の近似曲線から、１ｎｓ以上のパルス時間幅を有する第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスのさらに好ましい範囲は６０Ｊ／ｃｍ２以上７８Ｊ／ｃｍ２以下である。
図１８は、１ｎｓ以上のパルス時間幅を有する第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスと最大イオンエネルギーとの関係を示すグラフである。横軸はターゲット２７に第１プリパルスレーザ光ＦＰを照射するときのターゲット２７の位置における第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスを示し、縦軸は発生したイオンの最大イオンエネルギーを示す。図１８における各種パルスレーザ光のパラメータは、図１７において第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐを４０ｎｓとした場合の各種パルスレーザ光のパラメータと同一である。第１プリパルスレーザ光ＦＰのパルス時間幅が１４ｐｓである場合には最大イオンエネルギーが２０ｋｅＶ以上になることがあるが、第１プリパルスレーザ光ＦＰのパルス時間幅を１ｎｓ以上とした場合には最大イオンエネルギーが０．７ｋｅＶ～４．０ｋｅＶ程度となった。これによれば、チャンバ２の内部の光学素子へのダメージが軽減され得る。なお、第１プリパルスレーザ光ＦＰのパルス時間幅は６ｎｓに限らず、１ｎｓ以上１μｓ未満の範囲内であればよい。
３．９ ２次ターゲット２７２の寸法Ｄ１２の範囲
図１９は、２次ターゲット２７２の寸法Ｄ１２とＣＥとの関係を示すグラフである。横軸は２次ターゲット２７２に第２プリパルスレーザ光ＳＰを照射するタイミングでの２次ターゲット２７２の寸法Ｄ１２を示し、縦軸はＣＥの最高値に対する比率を示す。２次ターゲット２７２の寸法Ｄ１２は、第１プリパルスレーザ光ＦＰの照射によるターゲット物質の拡散速度を２１８ｍ／ｓとして第１の遅延時間Ｔ１１に基づいて算出した。図１９は、以下の条件で第１の遅延時間Ｔ１１を変えながらＥＵＶ光を生成し、ＣＥを計測した結果をその近似曲線とともに示している。
ターゲット２７の位置における第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスは７２Ｊ／ｃｍ２、パルス時間幅は６ｎｓとした。
２次ターゲット２７２の位置における第２プリパルスレーザ光ＳＰのフルーエンスは２．５Ｊ／ｃｍ２、パルス時間幅Ｈｓｐは４０ｎｓ、スポットサイズは７００μｍとした。また、第２プリパルスレーザ光ＳＰのビームウェストの位置と２次ターゲット２７２の位置とがほぼ一致するようにした。
メインパルスレーザ光Ｍのパルスエネルギーは２００ｍＪ、パルス時間幅Ｈｍは１３．５ｎｓとした。
第２の遅延時間Ｔ１２は、ＣＥが最も高くなるように設定した。
図１９の近似曲線から、２次ターゲット２７２の寸法Ｄ１２の好ましい範囲は１１０μｍ以上４５０μｍ以下であり、さらに好ましい範囲は１９０μｍ以上３５０μｍ以下である。すなわち、２次ターゲット２７２の寸法Ｄ１２の好ましい範囲は、２次ターゲット２７２の位置における第２プリパルスレーザ光ＳＰのビーム断面の寸法Ｄ１１の１５％以上６４％以下であり、さらに好ましい範囲は２７％以上５０％以下である。
３．１０ 作用
第１の実施形態によれば、ＥＵＶ光生成システム１１は、レーザシステム３ａと、チャンバ２と、ターゲット供給部２６と、プロセッサ５と、を含む。
レーザシステム３ａは、第１プリパルスレーザ光ＦＰ、第２プリパルスレーザ光ＳＰ、及びメインパルスレーザ光Ｍをこの順で出力する。チャンバ２には、第１プリパルスレーザ光ＦＰ、第２プリパルスレーザ光ＳＰ、及びメインパルスレーザ光Ｍを内部に導入するための少なくとも１つのウインドウ２１が設けられている。ターゲット供給部２６は、チャンバ２の内部のプラズマ生成領域２５にターゲット２７を供給する。
プロセッサ５は、ターゲット２７に第１プリパルスレーザ光ＦＰを照射し、第１プリパルスレーザ光ＦＰが照射されて生成された２次ターゲット２７２に、メインパルスレーザ光Ｍのパルス時間幅Ｈｍより長いパルス時間幅Ｈｓｐを有する第２プリパルスレーザ光ＳＰを照射し、第２プリパルスレーザ光ＳＰが照射されて生成された３次ターゲットに、第２プリパルスレーザ光ＳＰと時間的に分離されたメインパルスレーザ光Ｍを照射するように、レーザシステム３ａを制御する。
メインパルスレーザ光Ｍのパルス時間幅Ｈｍより長いパルス時間幅Ｈｓｐを有する第２プリパルスレーザ光ＳＰを照射することにより、図１１に示されるようにＣＥを向上することができる。
第１の実施形態によれば、第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐは、１０ｎｓ以上８０ｎｓ以下であり、さらに好ましくは３０ｎｓ以上５０ｎｓ以下である。
これにより、ターゲット物質がよく分散した３次ターゲットを生成し、ＣＥを向上することができる。
第１の実施形態によれば、２次ターゲット２７２に第２プリパルスレーザ光ＳＰを照射するときの２次ターゲット２７２の位置における第２プリパルスレーザ光ＳＰのフルーエンスは、１．５Ｊ／ｃｍ２以上４．４Ｊ／ｃｍ２以下であり、より好ましくは２．５Ｊ／ｃｍ２以上３．４Ｊ／ｃｍ２以下である。
これにより、ターゲット物質がよく分散した３次ターゲットを生成し、ＣＥを向上することができる。
第１の実施形態によれば、第１プリパルスレーザ光ＦＰのパルス時間幅が１ｎｓ未満である場合に、ターゲット２７に第１プリパルスレーザ光ＦＰを照射するときのターゲット２７の位置における第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスは、２．０Ｊ／ｃｍ２以上２０Ｊ／ｃｍ２以下である。第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスは、さらに好ましくは７．５Ｊ／ｃｍ２以上１５．１Ｊ／ｃｍ２以下である。
この条件を満たす第１プリパルスレーザ光ＦＰを照射することと、メインパルスレーザ光Ｍのパルス時間幅Ｈｍより長いパルス時間幅Ｈｓｐを有する第２プリパルスレーザ光ＳＰを照射することとを組み合わせることにより、ＣＥを向上することができる。
第１の実施形態によれば、第１プリパルスレーザ光ＦＰのパルス時間幅が１ｎｓ以上である場合に、ターゲット２７に第１プリパルスレーザ光ＦＰを照射するときのターゲット２７の位置における第１プリパルスレーザ光ＦＰのフルーエンスは、６０Ｊ／ｃｍ２以上７８Ｊ／ｃｍ２以下である。
この条件を満たす第１プリパルスレーザ光ＦＰを照射することと、メインパルスレーザ光Ｍのパルス時間幅Ｈｍより長いパルス時間幅Ｈｓｐを有する第２プリパルスレーザ光ＳＰを照射することとを組み合わせることにより、ＣＥを向上することができる。また、イオンエネルギーが抑制され、チャンバ２の内部の光学素子へのダメージが軽減され得る。
第１の実施形態によれば、２次ターゲット２７２に第２プリパルスレーザ光ＳＰを照射するタイミングでの２次ターゲット２７２の寸法Ｄ１２が、２次ターゲット２７２の位置における第２プリパルスレーザ光ＳＰのビーム断面の寸法Ｄ１１の１５％以上６４％以下であり、より好ましくは２７％以上５０％以下である。
第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐの他に、ビーム断面の寸法Ｄ１１をこのように設定することにより、プラズマ生成領域２５においてターゲット物質がよく分散した３次ターゲットを生成し、ＣＥを向上することができる。
第１の実施形態によれば、レーザシステム３ａは、第１プリパルスレーザ光ＦＰを出力する第１のプリパルスレーザ３ｆｐと、第２プリパルスレーザ光ＳＰを出力する第２のプリパルスレーザ３ｓｐと、第２プリパルスレーザ光ＳＰの光路に配置された光学パルスストレッチャー３５と、メインパルスレーザ光Ｍを出力するメインパルスレーザ３ｍと、を含む。
これにより、簡易な構成で第２プリパルスレーザ光ＳＰのパルス時間幅Ｈｓｐを伸長することができる。
４．第２プリパルスレーザ光ＳＰを出力するＣＯ２レーザ装置
４．１ 構成
図２０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。
第２の実施形態において、レーザシステム３ｂは、第１のプリパルスレーザ３ｆｐと、メインパルスレーザ３ｍｓｐとを含む。メインパルスレーザ３ｍｓｐは、第１及び第２のマスターオシレータＭＯ１及びＭＯ２と、ビームコンバイナ３６と、複数のＣＯ２ガスレーザ増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３と、を含む。第１及び第２のマスターオシレータＭＯ１及びＭＯ２は、それぞれ第１及び第２のシード光を出力してビームコンバイナ３６に入射させるように並列に配置されている。ＣＯ２ガスレーザ増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３は、ビームコンバイナ３６から出射した第１及び第２のシード光が通過するように直列に配置されている。ＣＯ２ガスレーザ増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３の各々は、１０．６μｍ付近の波長域に複数の増幅波長を有する。第１のプリパルスレーザ３ｆｐは本開示における第１のレーザ装置に相当し、メインパルスレーザ３ｍｓｐは本開示における第２のレーザ装置に相当する。
レーザ光伝送装置３４ｂは、高反射ミラー３４０、３４１及び３４２と、ビームコンバイナ３４４と、を含む。
４．２ 動作
第１のマスターオシレータＭＯ１は、ＣＯ２ガスレーザ増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３による複数の増幅波長のうちの第１の増幅波長でレーザ発振し、第１のシード光を出力する。第２のマスターオシレータＭＯ２は、ＣＯ２ガスレーザ増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３による複数の増幅波長のうちの第２の増幅波長でレーザ発振し、第２のシード光を出力する。第１のプリパルスレーザ３ｆｐがレーザ発振した後、第１のマスターオシレータＭＯ１がレーザ発振し、その後、第２のマスターオシレータＭＯ２がレーザ発振する。第１のマスターオシレータＭＯ１から出力された第１のシード光よりも、第２のマスターオシレータＭＯ２から出力された第２のシード光の方が、短いパルス時間幅及び高いパルスエネルギーを有する。
ビームコンバイナ３６は、第１及び第２のマスターオシレータＭＯ１及びＭＯ２からそれぞれ出力された第１及び第２のシード光をＣＯ２ガスレーザ増幅器ＰＡ１に入射させる。
第１のシード光は、ＣＯ２ガスレーザ増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３によって順次増幅されて第２プリパルスレーザ光ＳＰとなる。ＣＯ２ガスレーザ増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３においては、第１のシード光を増幅することにより第１の増幅波長のレーザゲインが低下するが、第２の増幅波長のレーザゲインの低下は抑制されるものとする。第２のシード光は、ＣＯ２ガスレーザ増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３によって順次増幅され、第２プリパルスレーザ光ＳＰよりも短いパルス時間幅及び高いパルスエネルギーを有するメインパルスレーザ光Ｍとなる。ＣＯ２ガスレーザ増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３においては、第２のシード光を増幅することにより第２の増幅波長のレーザゲインが低下する。第１及び第２の増幅波長のレーザゲインは、次のパルスが入射するまでに回復する。
第１のプリパルスレーザ３ｆｐから出力された第１プリパルスレーザ光ＦＰは、高反射ミラー３４０及びビームコンバイナ３４４によって反射され、チャンバ２に入射する。
メインパルスレーザ３ｍｓｐから出力された第２プリパルスレーザ光ＳＰ及びメインパルスレーザ光Ｍは、高反射ミラー３４１及び３４２によって反射され、ビームコンバイナ３４４を透過してチャンバ２に入射する。
４．３ 第１のマスターオシレータＭＯ１の詳細
４．３．１ 第１の構成例
図２１は、第２の実施形態における第１のマスターオシレータＭＯ１の第１の構成例を概略的に示す。第１の構成例による第１のマスターオシレータＭＯ１は、ＣＯ２レーザ発振器で構成される。第１のマスターオシレータＭＯ１は、リアミラー７０と、フロントミラー７１と、放電管７２と、Ｑスイッチ７３と、を含む。リアミラー７０は高反射ミラーであり、フロントミラー７１は部分反射ミラーであり、リアミラー７０及びフロントミラー７１が光共振器を構成する。放電管７２は光共振器の光路に配置されており、ＣＯ２ガスを含むレーザ増幅媒体と、放電電極とを収容している。放電電極には高周波電源７４が接続されている。Ｑスイッチ７３は、例えば音響光学素子を含み、信号生成器７５から受信する信号に従って、閉状態と開状態との間で切り替えられるように構成されている。
放電管７２に含まれる放電電極に高周波電源７４から電圧が供給されると、放電管７２の内部のレーザ増幅媒体が励起され、放電管７２から光が放出される。Ｑスイッチ７３が閉状態であればレーザ発振しないが、Ｑスイッチ７３が開状態となるとレーザ発振してフロントミラー７１からビームコンバイナ３６に向けてパルスレーザ光が第１のシード光として出力される。このパルスレーザ光のパルス時間幅は、信号生成器７５がＱスイッチ７３に与える信号の波形によって、例えば４０ｎｓに制御される。
４．３．２ 第２の構成例
図２２は、第２の実施形態における第１のマスターオシレータＭＯ１の第２の構成例を概略的に示す。第２の構成例による第１のマスターオシレータＭＯ１は、複数の量子カスケードレーザＱＣＬ１～ＱＣＬｍと、光路調節器７６と、を含む。量子カスケードレーザＱＣＬ１～ＱＣＬｍの各々は、量子井戸を多段接続した構成を有する半導体レーザである。光路調節器７６は、量子カスケードレーザＱＣＬ１～ＱＣＬｍから出力されるパルスレーザ光Ｐ００１～Ｐ００ｍの光路に配置されている。
量子カスケードレーザＱＣＬ１～ＱＣＬｍは、互いに異なる波長のパルスレーザ光Ｐ００１～Ｐ００ｍを出力する。但し、これらの波長の各々は、ＣＯ２ガスレーザ増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３による増幅波長のいずれかとほぼ一致するように調整される。パルスレーザ光Ｐ００１～Ｐ００ｍは、互いに異なる出力タイミングで出力される。
光路調節器７６は、パルスレーザ光Ｐ００１～Ｐ００ｍの光路を１つの光路に合流させ、合流したパルスレーザ光Ｐ０１を第１のシード光としてビームコンバイナ３６に向けて出力する。
パルスレーザ光Ｐ００１～Ｐ００ｍのうちの最初に出力されるパルスレーザ光Ｐ００１と最後に出力されるパルスレーザ光Ｐ００ｍとの出力タイミングの差を４０ｎｓとした場合、パルスレーザ光Ｐ０１のパルス時間幅が約４０ｎｓとなる。
４．４ 作用
第２の実施形態によれば、レーザシステム３ｂは、第１プリパルスレーザ光ＦＰを出力する第１のプリパルスレーザ３ｆｐと、第２プリパルスレーザ光ＳＰ及びメインパルスレーザ光Ｍを出力するメインパルスレーザ３ｍｓｐと、を含む。
メインパルスレーザ３ｍｓｐは、ＣＯ２ガスレーザ増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３と、第１のマスターオシレータＭＯ１と、第２のマスターオシレータＭＯ２と、ビームコンバイナ３６と、を含む。
第１のマスターオシレータＭＯ１は、ＣＯ２ガスレーザ増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３の複数の増幅波長のうちの第１の増幅波長を有する第１のシード光を出力する。
第２のマスターオシレータＭＯ２は、第１のシード光が出力された後、複数の増幅波長のうちの第２の増幅波長を有し第１のシード光より短いパルス時間幅を有する第２のシード光を出力する。
ビームコンバイナ３６は、第１のシード光及び第２のシード光をＣＯ２ガスレーザ増幅器ＰＡ１、ＰＡ２及びＰＡ３に入射させる。
これにより、メインパルスレーザ３ｍｓｐが第２プリパルスレーザ光ＳＰ及びメインパルスレーザ光Ｍを出力するので、第２のプリパルスレーザ３ｓｐ（図６参照）を設ける必要がなくなる。また、ビームコンバイナ３４３も不要となる。
他の点については、第２の実施形態は第１の実施形態と同様である。
５．その他
図２３は、ＥＵＶ光生成装置１に接続された露光装置６の構成を概略的に示す。
図２３において、露光装置６は、マスク照射部６８とワークピース照射部６９とを含む。マスク照射部６８は、ＥＵＶ光生成装置１から入射したＥＵＶ光によって、反射光学系を介してマスクテーブルＭＴのマスクパターンを照明する。ワークピース照射部６９は、マスクテーブルＭＴによって反射されたＥＵＶ光を、反射光学系を介してワークピーステーブルＷＴ上に配置された図示しないワークピース上に結像させる。ワークピースはフォトレジストが塗布された半導体ウエハ等の感光基板である。露光装置６は、マスクテーブルＭＴとワークピーステーブルＷＴとを同期して平行移動させることにより、マスクパターンを反映したＥＵＶ光をワークピースに露光する。以上のような露光工程によって半導体ウエハにデバイスパターンを転写することで電子デバイスを製造することができる。
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。従って、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る。また、本開示の実施形態を組み合わせて使用することも当業者には明らかである。
本明細書及び特許請求の範囲全体で使用される用語は、明記が無い限り「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、不定冠詞「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。また、「Ａ、Ｂ及びＣの少なくとも１つ」という用語は、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ａ＋Ｂ」「Ａ＋Ｃ」「Ｂ＋Ｃ」又は「Ａ＋Ｂ＋Ｃ」と解釈されるべきである。さらに、それらと「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」以外のものとの組み合わせも含むと解釈されるべきである。

Claims (20)

  1. 第１プリパルスレーザ光、第２プリパルスレーザ光、及びメインパルスレーザ光をこの順で出力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内部に導入するための少なくとも１つのウインドウが設けられたチャンバと、
    前記チャンバの内部の所定領域にターゲットを供給するターゲット供給部と、
    プロセッサであって、
    前記ターゲットに前記第１プリパルスレーザ光を照射し、
    前記第１プリパルスレーザ光が照射された前記ターゲットに、前記メインパルスレーザ光のパルス時間幅より長いパルス時間幅を有する前記第２プリパルスレーザ光を照射し、
    前記第２プリパルスレーザ光が照射された前記ターゲットに、前記第２プリパルスレーザ光と時間的に分離された前記メインパルスレーザ光を照射するように
    前記レーザシステムを制御する前記プロセッサと、
    を備える、極端紫外光生成システム。
  2. 請求項１に記載の極端紫外光生成システムであって、
    前記第２プリパルスレーザ光のパルス時間幅は、１０ｎｓ以上８０ｎｓ以下である
    極端紫外光生成システム。
  3. 請求項１に記載の極端紫外光生成システムであって、
    前記第２プリパルスレーザ光のパルス時間幅は、３０ｎｓ以上５０ｎｓ以下である
    極端紫外光生成システム。
  4. 請求項１に記載の極端紫外光生成システムであって、
    前記ターゲットに前記第２プリパルスレーザ光を照射するときの前記ターゲットの位置における前記第２プリパルスレーザ光のフルーエンスは、１．５Ｊ／ｃｍ２以上４．４Ｊ／ｃｍ２以下である
    極端紫外光生成システム。
  5. 請求項１に記載の極端紫外光生成システムであって、
    前記ターゲットに前記第２プリパルスレーザ光を照射するときの前記ターゲットの位置における前記第２プリパルスレーザ光のフルーエンスは、２．５Ｊ／ｃｍ２以上３．４Ｊ／ｃｍ２以下である
    極端紫外光生成システム。
  6. 請求項１に記載の極端紫外光生成システムであって、
    前記第１プリパルスレーザ光のパルス時間幅は１ｎｓ未満であり、
    前記ターゲットに前記第１プリパルスレーザ光を照射するときの前記ターゲットの位置における前記第１プリパルスレーザ光のフルーエンスは、２．０Ｊ／ｃｍ２以上２０Ｊ／ｃｍ２以下である
    極端紫外光生成システム。
  7. 請求項１に記載の極端紫外光生成システムであって、
    前記第１プリパルスレーザ光のパルス時間幅は１ｎｓ未満であり、
    前記ターゲットに前記第１プリパルスレーザ光を照射するときの前記ターゲットの位置における前記第１プリパルスレーザ光のフルーエンスは、７．５Ｊ／ｃｍ２以上１５．１Ｊ／ｃｍ２以下である
    極端紫外光生成システム。
  8. 請求項１に記載の極端紫外光生成システムであって、
    前記第１プリパルスレーザ光のパルス時間幅は１ｎｓ以上であり、
    前記ターゲットに前記第１プリパルスレーザ光を照射するときの前記ターゲットの位置における前記第１プリパルスレーザ光のフルーエンスは、６０Ｊ／ｃｍ２以上７８Ｊ／ｃｍ２以下である
    極端紫外光生成システム。
  9. 請求項１に記載の極端紫外光生成システムであって、
    前記ターゲットに前記第２プリパルスレーザ光を照射するタイミングでの前記ターゲットの寸法が、前記ターゲットの位置における前記第２プリパルスレーザ光のビーム断面の寸法の１５％以上６４％以下である
    極端紫外光生成システム。
  10. 請求項１に記載の極端紫外光生成システムであって、
    前記ターゲットに前記第２プリパルスレーザ光を照射するタイミングでの前記ターゲットの寸法が、前記ターゲットの位置における前記第２プリパルスレーザ光のビーム断面の寸法の２７％以上５０％以下である
    極端紫外光生成システム。
  11. 請求項１に記載の極端紫外光生成システムであって、
    前記レーザシステムは、
    前記第１プリパルスレーザ光を出力する第１のプリパルスレーザと、
    前記第２プリパルスレーザ光を出力する第２のプリパルスレーザと、
    前記第２プリパルスレーザ光の光路に配置された光学パルスストレッチャーと、
    前記メインパルスレーザ光を出力するメインパルスレーザと、
    を含む
    極端紫外光生成システム。
  12. 請求項１に記載の極端紫外光生成システムであって、
    前記レーザシステムは、
    前記第１プリパルスレーザ光を出力する第１のレーザ装置と、
    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出力する第２のレーザ装置と、
    を含み、
    前記第２のレーザ装置は、
    ＣＯ２ガスレーザ増幅器と、
    前記ＣＯ２ガスレーザ増幅器の複数の増幅波長のうちの第１の増幅波長を有する第１のシード光を出力する第１のマスターオシレータと、
    前記第１のシード光が出力された後、前記複数の増幅波長のうちの第２の増幅波長を有し前記第１のシード光より短いパルス時間幅を有する第２のシード光を出力する第２のマスターオシレータと、
    前記第１のシード光及び前記第２のシード光を前記ＣＯ２ガスレーザ増幅器に入射させるビームコンバイナと、
    を含む、
    極端紫外光生成システム。
  13. 電子デバイスの製造方法であって、
    第１プリパルスレーザ光、第２プリパルスレーザ光、及びメインパルスレーザ光をこの順で出力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内部に導入するための少なくとも１つのウインドウが設けられたチャンバと、
    前記チャンバの内部の所定領域にターゲットを供給するターゲット供給部と、
    プロセッサであって、
    前記ターゲットに前記第１プリパルスレーザ光を照射し、
    前記第１プリパルスレーザ光が照射された前記ターゲットに、前記メインパルスレーザ光のパルス時間幅より長いパルス時間幅を有する前記第２プリパルスレーザ光を照射し、
    前記第２プリパルスレーザ光が照射された前記ターゲットに、前記第２プリパルスレーザ光と時間的に分離された前記メインパルスレーザ光を照射するように
    前記レーザシステムを制御する前記プロセッサと、
    を備える極端紫外光生成システムにおいて極端紫外光を生成し、
    前記極端紫外光を露光装置に出力し、
    電子デバイスを製造するために、前記露光装置内で感光基板上に前記極端紫外光を露光する
    ことを含む、電子デバイスの製造方法。
  14. 請求項１３に記載の製造方法であって、
    前記第２プリパルスレーザ光のパルス時間幅は、１０ｎｓ以上８０ｎｓ以下である
    製造方法。
  15. 請求項１３に記載の製造方法であって、
    前記ターゲットに前記第２プリパルスレーザ光を照射するときの前記ターゲットの位置における前記第２プリパルスレーザ光のフルーエンスは、１．５Ｊ／ｃｍ２以上４．４Ｊ／ｃｍ２以下である
    製造方法。
  16. 請求項１３に記載の製造方法であって、
    前記第１プリパルスレーザ光のパルス時間幅は１ｎｓ未満であり、
    前記ターゲットに前記第１プリパルスレーザ光を照射するときの前記ターゲットの位置における前記第１プリパルスレーザ光のフルーエンスは、２．０Ｊ／ｃｍ２以上２０Ｊ／ｃｍ２以下である
    製造方法。
  17. 請求項１３に記載の製造方法であって、
    前記第１プリパルスレーザ光のパルス時間幅は１ｎｓ以上であり、
    前記ターゲットに前記第１プリパルスレーザ光を照射するときの前記ターゲットの位置における前記第１プリパルスレーザ光のフルーエンスは、６０Ｊ／ｃｍ２以上７８Ｊ／ｃｍ２以下である
    製造方法。
  18. 請求項１３に記載の製造方法であって、
    前記ターゲットに前記第２プリパルスレーザ光を照射するタイミングでの前記ターゲットの寸法が、前記ターゲットの位置における前記第２プリパルスレーザ光のビーム断面の寸法の１５％以上６４％以下である
    製造方法。
  19. 請求項１３に記載の製造方法であって、
    前記レーザシステムは、
    前記第１プリパルスレーザ光を出力する第１のプリパルスレーザと、
    前記第２プリパルスレーザ光を出力する第２のプリパルスレーザと、
    前記第２プリパルスレーザ光の光路に配置された光学パルスストレッチャーと、
    前記メインパルスレーザ光を出力するメインパルスレーザと、
    を含む
    製造方法。
  20. 請求項１３に記載の製造方法であって、
    前記レーザシステムは、
    前記第１プリパルスレーザ光を出力する第１のレーザ装置と、
    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出力する第２のレーザ装置と、
    を含み、
    前記第２のレーザ装置は、
    ＣＯ２ガスレーザ増幅器と、
    前記ＣＯ２ガスレーザ増幅器の複数の増幅波長のうちの第１の増幅波長を有する第１のシード光を出力する第１のマスターオシレータと、
    前記第１のシード光が出力された後、前記複数の増幅波長のうちの第２の増幅波長を有し前記第１のシード光より短いパルス時間幅を有する第２のシード光を出力する第２のマスターオシレータと、
    前記第１のシード光及び前記第２のシード光を前記ＣＯ２ガスレーザ増幅器に入射させるビームコンバイナと、
    を含む、
    製造方法。
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