JPWO2016142995A1 - レーザ装置及び極端紫外光生成システム - Google Patents

レーザ装置及び極端紫外光生成システム Download PDF

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Abstract

レーザ装置は、マスタオシレータと、複数の増幅器と、レーザ光路を逆行する光を検出する光センサ装置と、制御部と、を含んでもよい。光センサ装置は、レーザ光路を逆行する光のエネルギを検出する第1光センサと、レーザ光路を逆行する光のパワーを検出する第2光センサと、を含んでもよい。制御部は、エネルギ検出信号の強度が第1閾値を超えた場合、戻り光が発生していると判定してもよい。制御部は、パワー検出信号の強度が第2閾値を超えた場合、自励発振光が発生していると判定してもよい。

Description

本開示は、レーザ装置及び極端紫外光生成システムに関する。
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、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)光を生成するための装置と縮小投影反射光学系(reduced projection reflective 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、ターゲット物質にレーザ光を照射することによって生成されるプラズマを用いたLPP(Laser Produced Plasma)方式の装置と、放電によって生成されるプラズマを用いたDPP(Discharge Produced Plasma)方式の装置と、軌道放射光を用いたSR(Synchrotron Radiation)方式の装置との3種類の装置が提案されている。
特開2000−68578号 特公昭46−19270号 特開2011−14547号 特開2008−42048号 特開2012−147022号 特開2013−207298号
概要
本開示の一例は、レーザ光路上を進行するレーザ光を出力するマスタオシレータと、前記レーザ光路上において、前記マスタオシレータから出力されたレーザ光を増幅する複数の増幅器と、前記レーザ光路を逆行する光のエネルギを検出する第1光センサと、前記レーザ光路を逆行する光のパワーを検出する第2光センサと、を含む光センサ装置と、前記第1光センサのエネルギ検出信号と前記第2光センサのパワー検出信号とを受信し、前記エネルギ検出信号及び前記パワー検出信号の強度を監視し、前記エネルギ検出信号の強度が第1閾値を超えた場合に戻り光が発生していると判定し、前記パワー検出信号の強度が第2閾値を超えた場合に自励発振光が発生していると判定し、前記戻り光及び前記自励発振光についての判定結果をメモリに格納する、制御部と、を備えたレーザ装置であってもよい。
本開示の他の例は、レーザ光路上を進行するレーザ光を出力するマスタオシレータと、前記レーザ光路上において、前記マスタオシレータから出力されたレーザ光を増幅する複数の増幅器と、前記レーザ光路を逆行する光を検出する光センサ装置と、前記光センサ装置からの検出信号の強度が第1閾値を超えた時間が0より長く第2閾値以下の場合に戻り光が発生していると判定し、前記光センサ装置からの検出信号の強度が第3閾値を超えた時間が前記第2閾値以上の第4閾値より長い場合に自励発振光が発生していると判定し、前記戻り光及び前記自励発振光についての判定結果をメモリに格納する、制御部と、を備えたレーザ装置であってもよい。
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方式のEUV光生成システムの構成を概略的に示す。 図2は、EUV光生成システムの構成例の詳細を示す。 図3は発散角の定義を示す。 図4Aは、パルスレーザ光の焦点をターゲット位置に設定した場合の戻り光の状態を示す。 図4Bは、パルスレーザ光の焦点をターゲット位置より上流側に設定した場合の戻り光の状態を示す。 図4Cは、パルスレーザ光の焦点をターゲット位置より下流側に設定した場合の戻り光の状態を示す。 図5Aは、戻り光の時間波形を模式的に示す。 図5Bは、自励発振光の時間波形を模式的に示す。 図6は、実施形態1における、EUV光生成システムの構成例を示す。 図7は、実施形態1における、レーザ制御部による戻り光及び自励発振光の有無の判定方法の一例を説明するグラフを示す。 図8は、実施形態1における、レーザ制御部による戻り光及び自励発振光の検出並びに対応動作のフローチャートを示す。 図9は、実施形態1における、フォーカス調整の詳細のフローチャートを示す。 図10は、実施形態2における、EUV光生成システムの構成例を示す。 図11Aは、実施形態2における、レーザ光路を逆行する光のエネルギを反映した検出信号1の例を示す。 図11Bは、実施形態2における、レーザ光路を逆行する光のパワーを反映した検出信号2の例を示す。 図12は、実施形態2における、レーザ制御部による戻り光及び自励発振光の検出並びに対応動作のフローチャートを示す。 図13は、実施形態2における、フォーカス調整の詳細のフローチャートを示す。 図14は、光アイソレータの構成例を示す。 図15は、パルスレーザ光の光強度の時間変化と、高電圧電源からポッケルスセルに印加される制御電圧の時間変化との関係を示す。 図16Aは、ビーム調節器の構成例を示す。 図16Bは、図16Aに示すビーム調節器の状態から、移動プレートを軸外放物面凹面ミラーから離した状態を示す。 図16Cは、図16Aに示すビーム調節器の状態から、移動プレートを軸外放物面凹面ミラーに近づけた状態を示す。 図17は、制御部の構成例を示す。
実施形態
内容
1.概要
2.EUV光生成システムの全体説明
構成
動作
3.EUV光生成システムの詳細
構成
動作
課題
4.実施形態1
構成
動作
効果
5.実施形態2
構成
動作
効果
6.構成要素の説明
6.1 光アイソレータ
構成
動作
6.2 ビーム調節器
構成
動作
6.3 制御部
構成
動作
接続機器
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.概要
LPP方式のEUV光生成システムは、レーザ装置が出力するパルスレーザ光を、ターゲットに照射することで、EUV光を生成し得る。EUV光の出力向上のため、レーザ光も高出力化することが求められ得る。レーザ装置は、マスタオシレータと、増幅器とを含んでもよい。
レーザ光を高出力化する場合、増幅器を高ゲイン化して増幅率を向上させ得る。しかし、これに伴って、ターゲットによるレーザ光の反射光(戻り光)も強くなり得る。さらに、戻り光はレーザ光路を逆行し、増幅器によって増幅されより強い戻り光となり得る。強い戻り光がレーザ光路を逆行する過程で、レーザ光路上の光学素子を破損させ得る。
一方、レーザ装置が複数の増幅器を備える場合、自励発振光が発生し得る。自励発振光はマスタオシレータ側及び/又はターゲット側に進行し得る。自励発振光は、レーザ光路において予期しない集光状態となり、集光された光学素子を破損させ得る。
本開示における一例は、レーザ光路を逆行する光の検出信号の時間変化を解析し、検出信号に戻り光又は自励発振光による波形が含まれているか否か判定してもよい。これにより、戻り光及び自励発振光の発生に応じた適切な対応が実行され得る。
2.EUV光生成システムの全体説明
<構成>
図1は、例示的なLPP方式のEUV光生成装置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と共に用いてもよい(EUV光生成装置1及びレーザ装置3を含むシステムを、以下、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及びターゲット供給部26(例えばドロップレット発生器)を含んでもよい。チャンバ2は、密閉可能であってもよい。ターゲット供給部26は、例えばチャンバ2の壁に取り付けられてもよい。ターゲット供給装置から供給されるターゲットの材料は、スズ、テルビウム、ガドリニウム、リチウム、キセノン、又はそれらのうちのいずれか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もよい。その貫通孔をレーザ装置3から出力されたパルスレーザ光32が通過してもよい。チャンバ2には、レーザ装置3から出力されたパルスレーザ光32が透過する少なくとも1つのウインドウ21が設けられてもよい。チャンバ2の内部には、例えば、回転楕円面形状の反射面を有するEUV集光ミラー23が配置されてもよい。EUV集光ミラー23は、第1の焦点、及び第2の焦点を有する。
EUV集光ミラー23の表面には例えば、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てもよい。EUV集光ミラー23は、例えば、その第1の焦点がプラズマ発生位置(プラズマ生成領域25)又はその近傍に位置し、その第2の焦点が露光装置の仕様によって規定される所望の集光位置(中間焦点(IF)292)に位置するように配置されるのが好ましい。EUV集光ミラー23の中央部には、パルスレーザ光33が通過することができる貫通孔24が設けられてもよい。
EUV光生成装置1は、EUV光生成制御部5を含んでもよい。また、EUV光生成装置1は、ターゲットセンサ4を含んでもよい。ターゲットセンサ4は、ターゲットの存在、軌道、位置の少なくとも1つを検出してもよい。ターゲットセンサ4は、撮像機能を有していてもよい。
更に、EUV光生成装置1は、チャンバ2内部と露光装置6内部とを連通する接続部29を含んでもよい。接続部29内部には、アパーチャが形成された壁291を設けてもよい。壁291は、そのアパーチャが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してもよい。
更に、EUV光生成装置1は、レーザ光進行方向制御部34、レーザ光集光ミラー22、ターゲット27を回収するターゲット回収部28などを含んでもよい。レーザ光進行方向制御部34は、レーザ光の進行方向を制御するために、レーザ光の進行方向を規定する光学素子と、この光学素子の位置または姿勢を調整するためのアクチュエータとを備えてもよい。
<動作>
図1を参照すると、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内に進み、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。
ターゲット供給部26は、ターゲット27をチャンバ2内部のプラズマ生成領域25に向けて出力してもよい。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。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EUV光251が生成される。EUV光251は、EUV集光ミラー23によって反射されるとともに集光されてもよい。EUV集光ミラー23で反射されたEUV光252は、中間焦点292を通って露光装置6に出力されてもよい。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全体の制御を統括してもよい。EUV光生成制御部5はターゲットセンサ4によって撮像されたターゲット27のイメージデータ等を処理してもよい。EUV光生成制御部5は、例えば、ターゲット27を出力するタイミングの制御及びターゲット27の出力方向の制御の内の少なくとも1つを行ってもよい。EUV光生成制御部5は、例えば、レーザ装置3のレーザ発振タイミングの制御、パルスレーザ光32の進行方向の制御、及びパルスレーザ光33の集光位置の制御の内の少なくとも1つを行ってもよい。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を追加してもよい。
3.EUV光生成システムの詳細
<構成>
図2は、EUV光生成システム11の構成例の詳細を示す。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、EUV集光ミラー23、ターゲット回収部28、EUV集光ミラーホルダ81、プレート82、83、レーザ光マニュピレータ84、及びダンパミラー46が設けられてもよい。
チャンバ2には、プレート82が固定されてもよい。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に固定されてもよい。レーザ光集光光学系22aは、凸面ミラー221及びレーザ光集光ミラー22を含んでもよい。凸面ミラー221及びレーザ光集光ミラー22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で集光されるように、これらのミラーの位置及び姿勢が保持されてもよい。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てもよい。
レーザ光集光光学系22aは、プレート83上に配置されてもよい。プレート83は、レーザ光マニュピレータ84を介してプレート82に接続されてもよい。プレート83は移動プレートであってよい。 レーザ光マニュピレータ84は、プレート83をプレート82に対して移動することでパルスレーザ光の集光位置を、EUV光生成制御部5から指定された位置にX軸、Y軸、Z軸方向において移動できるように構成されてもよい。
ダンパミラー46は、プラズマ生成領域25の下流におけるレーザ光路上に配置され、プラズマ生成領域25を通過したパルスレーザ光をビームダンプ装置47に向けて反射するように構成されていてもよい。ダンパミラー46は、入射するパルスレーザ光を平行光化して反射してもよく、軸外放物面ミラーであってもよい。ダンパミラー46は、その反射面をターゲット物質の融点以上に加熱するヒータを備えてもよい。
チャンバ2には、ビームダンプ装置47が取り付けられてもよい。ビームダンプ装置47は、ダンパミラー46で反射されたパルスレーザ光が入射する位置に配置されてもよい。ビームダンプ装置47は、チャンバ2に取り付けられ、ダンパミラー46で反射されたパルスレーザ光が入射するダンパウインドウを、含んでもよい。
チャンバ2には、ターゲット供給部26が取り付けられてもよい。ターゲット供給部26は、ターゲットの材料を溶融した状態で内部に貯蔵してもよい。ターゲット供給部26に形成されたノズル孔の位置がチャンバ2の内部に位置していてもよい。ターゲット供給部26は、ノズル孔を介して、溶融したターゲットの材料をドロップレット状のターゲット27としてチャンバ2内のプラズマ生成領域25に供給してもよい。本開示において、ターゲット27をドロップレット27とも呼ぶ。
チャンバ2の外部には、レーザ装置3、ビームデリバリシステムであるレーザ光進行方向制御部34と、EUV光生成制御部5と、が設けられてもよい。レーザ装置3は、マスタオシレータ(MO)310と、複数の増幅器(PA)311〜314と、光アイソレータ315と、レーザ制御部316と、ビーム調節器317とを含んでよい。レーザ装置3はさらに、レーザ光路上に高反射ミラー318の他、不図示の光学素子を含んでもよい。
これらの光学素子は、レーザ光を伝送及び/又は整形するように構成されてよい。マスタオシレータ310と増幅器311〜314とは、主発振器出力増幅器(MOPA)を構成してよい。増幅器311〜314は、マスタオシレータ310が出力するレーザ光路上に配置されてよい。
増幅器311〜314は、それぞれ、PA電源321〜324に接続されてもよい。PA電源321〜324は、レーザ制御部316に接続され、レーザ制御部316はEUV光生成制御部5に接続されてよい。
光アイソレータ315は、マスタオシレータ310から増幅器311までのレーザ光路に配置され、レーザ制御部からの指示によってレーザ光の透過(開)と遮断(閉)を行うように構成されてよい。光アイソレータ315の詳細は、図14及び15を参照して後述する。高反射ミラー318は、光アイソレータ315から増幅器311までのレーザ光路に配置されてもよい。
ビーム調節器317は、レーザ光進行方向制御部34からレーザ光集光光学系22aに至るレーザ光路に配置され、レーザ制御部316からの指示によってレーザ光の発散角を調節するように構成されてよい。ビーム調節器317の詳細は、図16A〜16Cを参照して後述する。
レーザ光進行方向制御部34は、レーザ装置3が出力するパルスレーザ光を、ウインドウ21を介してレーザ光集光光学系22aに導いてもよい。レーザ光進行方向制御部34は、高反射ミラー342及び高反射ミラー344を備えてもよい。
EUV光生成制御部5は、露光装置6からの制御信号を受信してもよい。EUV光生成制御部5は、露光装置6からの制御信号に従って、ターゲット供給部26と、レーザ装置3と、レーザ光マニュピレータ84とを制御してもよい。
<動作>
EUV光生成制御部5からのターゲット出力信号TTに従って、ターゲット供給部26は、所定速度及び所定周波数で、プラズマ生成領域25にドロップレット状のターゲット27を供給してもよい。例えば、ターゲット供給部26は、数十kHz〜数百kHzにおける所定周波数で、ドロップレットを生成してもよい。
ターゲットセンサ4は、所定領域を通過するターゲット27を検出してもよい。ターゲットセンサ4は、ターゲット27の検出信号として通過タイミング信号PTをEUV光生成制御部5に出力してもよい。
EUV光生成制御部5は、露光装置6から、バースト信号BTを受信してもよい。バースト信号BTは、所定期間においてEUV光を生成すべきことをEUV光生成システム11に指示する信号であってもよい。EUV光生成制御部5は、当該所定期間において、EUV光を露光装置6に出力するための制御を行ってもよい。
EUV光生成制御部5は、バースト信号BTがONの期間において、レーザ装置3が通過タイミング信号PTに応じてパルスレーザ光を出力するように制御してもよい。EUV光生成制御部5は、バースト信号BTがOFFの期間において、レーザ装置3がパルスレーザ光の出力を停止するように制御してもよい。
例えば、EUV光生成制御部5は、露光装置6から受信したバースト信号BTと、通過タイミング信号PTに対して所定の時間遅延させた発光トリガ信号ETとを、レーザ装置3に出力してもよい。バースト信号BTがONである間、レーザ装置3は、発光トリガ信号ETに応答して、パルスレーザ光を出力してもよい。
レーザ制御部316は、発光トリガ信号ETが入力されると、マスタオシレータ310にレーザ出力信号LOを出力し得る。これに先立って、レーザ制御部316は、PA電源321〜324をONとしてもよい。これによりPA電源321〜324は、増幅器311〜314のそれぞれの内部電極に電圧または電流を供給し増幅器311〜314のそれぞれを増幅可能な状態としてもよい。
マスタオシレータ310はレーザ出力信号LOに同期してパルスレーザ光を出力し得る。レーザ出力信号LOに同期して、レーザ制御部316は、光アイソレータ315を開いてもよい。出力されたパルスレーザ光は、増幅器311〜314によって増幅され、レーザ光進行方向制御部34を経由して、ビーム調節器317に入射し得る。ビーム調節器317は、入射したパルスレーザ光の発散角を調節して出力してもよい。ビーム調節器317から出力されたパルスレーザ光は、ウインドウ21を通過した後、チャンバ2に入射し得る。レーザ装置3から出力されるパルスレーザ光は数kW〜数十kWに達し得る。
EUV光生成制御部5は、レーザ光マニュピレータ84によってパルスレーザ光の照射位置を調整してもよい。EUV光生成制御部5は、通過タイミング信号PTと発光トリガ信号ETとの間の遅延時間を変更してもよい。
パルスレーザ光は、プラズマ生成領域25に到達したターゲット27に、レーザ光集光光学系22aによって集光照射され、EUV光を生成し得る。パルスレーザ光の照射径はターゲット27の径より大きくてもよく、パルスレーザ光の一部はターゲット27に照射されず、ダンパミラー46に入射してもよい。
ダンパミラー46によって反射されたパルスレーザ光は、ビームダンプ装置47で吸収され熱に変換されてもよい。この際発生する熱は、図示しない冷却装置によって外部に排出されてもよい。
ターゲット27にパルスレーザ光が照射されないことがある。例えばレーザ装置3の出力安定化や光路調整のため、パルスーザ光は出力させ続ける一方、ターゲット27を供給しない又は遅延時間を変更して意図的に照射を避けることがある。このような場合、パルスレーザ光はターゲット27に照射されずに、出力を維持したままダンパミラー46に入射し得る。
<課題>
図3は発散角の定義を示す。図3において、レーザ光軸418と平行に進行するパルスレーザ光401Aを、発散角θ=0の平行光と定義する。レーザ光軸418に対して広がる方向に進行するパルスレーザ光401Cを、プラス発散角のパルスレーザ光と定義する。レーザ光軸418に対して狭まる方向に進行するパルスレーザ光401Bを、マイナス発散角のパルスレーザ光と定義する。なお、発散角θは半角で定義する。
図4A〜図4Cは、ターゲット27における照射パルスレーザ光の集光状態による戻り光の状態を示す。図4A〜図4Cにおいて、実線矢印は照射パルスレーザ光を示し、破線矢印は戻り光を示す。ビーム調節器317に入射するパルスレーザ光は平行光とする。
図4Aは、パルスレーザ光の焦点413Aをターゲット位置に設定した場合の戻り光の状態を示す。パルスレーザ光の焦点413Aがターゲット位置に位置する状態を、ベストフォーカス状態とも呼ぶ。ビーム調節器317から出力されるパルスレーザ光411Aは、平行光であってもよい。ターゲット27はプラズマ化する前に表面反射によってパルスレーザ光を反射し得る。ターゲット27で反射されたパルスレーザ光は、戻り光となり得る。
パルスレーザ光の焦点をターゲット位置に設定した場合、戻り光は照射パルスレーザ光の光路をほぼ逆行し得る。ビーム調節器317へ入射する戻り光412Aは、平行光であり得る。さらに、戻り光は、上流側のパルスレーザ光の光路を構成する光学素子に入射し、光学素子を破損させ得る。特にレーザ装置3がマスタオシレータ310と複数の増幅器314を備えたMOPA構成の場合、上流側に行くほど光学素子のレーザ耐性は低くなり得る。この場合、増幅後の高出力レーザ光の一部である戻り光は、レーザ耐性の低い光学素子を破損させ得る。
図4Bは、パルスレーザ光の焦点413Bをターゲット位置より上流側に設定した場合の戻り光の状態を示す。パルスレーザ光の焦点413Bがターゲット位置より上流側に位置する状態を、手前フォーカス状態とも呼ぶ。ビーム調節器317から出力されるパルスレーザ光411Bは、マイナス発散角のパルスレーザ光であり得る。ターゲット27はプラズマ化する前に表面反射によってパルスレーザ光を反射し得る。ターゲット27で反射されたパルスレーザ光は、戻り光となり得る。
ビーム調節器317へ入射する戻り光412Bは、マイナス発散角のパルスレーザ光であり得る。マイナス発散角の戻り光は、上流側のパルスレーザ光の光路の途中で集光され得る。例えば戻り光は、レーザ光進行方向制御部34の光学素子の表面付近に集光されると、光学素子を破損させ得る。また、光学素子表面以外の空間で集光された場合でも、その後発散し、光学素子を保持する不図示のホルダ等が加熱され得る。加熱されたホルダの熱変形により、光学素子のアライメント(角度や位置)がずれ得る。
図4A及び4Bの状態では、レーザ光集光光学系22aからマスタオシレータ310に至るレーザ光路を戻り光が逆行し得る。図5Aは、戻り光の時間波形を模式的に示す。戻り光はパルス光であり、戻り光の時間波形はターゲットへのレーザ照射に同期したピークを持ち得る。
図4Cは、パルスレーザ光の焦点413Cをターゲット位置より下流側に設定した場合の戻り光の状態を示す。パルスレーザ光の焦点413Cが、ターゲット位置より下流側に位置する状態を、デフォーカス状態とも呼ぶ。ビーム調節器317から出力されるパルスレーザ光411Cは、プラス発散角のパルスレーザ光であり得る。ターゲット27はプラズマ化する前に表面反射によってパルスレーザ光を反射し得る。ターゲット27で反射されたパルスレーザ光は、戻り光となり得る。
ビーム調節器317へ入射する戻り光412Cは、プラス発散角のレーザ光であり得る。プラス発散角の戻り光は、拡散しながらパルスレーザ光の光路を逆行し、その過程でエネルギ密度が低下し得る。このため、上流側のレーザ光路を構成する光学素子が破損する可能性が非常に低くなり得る。
以上のように、ターゲット位置とパルスレーザ光の焦点との状態によって、戻り光による光学素子損傷やアライメントずれが生じ得る。
一方、レーザ装置3が複数の増幅器311〜314を備える場合、自励発振光が発生し得る。自励発振光は、増幅可能な状態にある増幅器が発する自然放出光(ASE)が、同じく増幅可能な状態にある他の増幅器によって増幅されて発生し得る。
通常、レーザ装置3は自励発振光を生じないよう設計・調整され得る。しかし、光学素子の光学面損傷や、光学面への異物の付着がある場合、これらによる反射光が他の増幅器で増幅されて自励発振に至り得る。また、自励発振光は、レーザ光路内の光学素子のアライメントが初期調整時からずれることによっても生じ得る。
自励発振光はマスタオシレータ側及び/又はターゲット側に進行し得る。自励発振光は、レーザ光路において予期しない集光状態となり得、集光された光学素子を破損させ得る。図5Bは、自励発振光の時間波形を模式的に示す。自励発振光の時間波形は、特定現象に起因したピークを特定できない不規則な波形であり、戻り光のパルス波形と比較して持続的な波形となり得る。
以上のように、自励発振光は光学素子損傷やアライメントずれによって発生し得る。自励発振光が発生すると、光学素子はさらに大きな損傷を受け得る。したがって、レーザ装置3は、大きなダメージを被り得る。また、上述のように、光学素子損傷やアライメントずれは戻り光によって生じ得る。従って、戻り光によって自励発振が誘発され、レーザ装置3に大きな損傷をもたらし得る。
レーザ装置3に対しては、パルスレーザ光を高出力化する要求があり得る。レーザ装置3は、初期調整時、図4Cの状態にアライメントされてもよい。しかし、パルスレーザ光が高出力化して光学素子への入熱が増大すると、光学素子が熱変形し、熱レンズ効果等によって、図4Aや図4Bの状態になり得る。その結果、戻り光が発生し得る。また、高出力化されたパルスレーザ光の戻り光も高出力のため、レーザ光路上の光学素子が破損しやすくなり得る。
さらに、パルスレーザ光を高出力化するために増幅器を高ゲイン化して増幅率を向上させてもよい。増幅器を高ゲイン化すると、ASEが増加し、自励発振しやすくなり得る。このため、パルスレーザ光を高出力化すると、戻り光や自励発振光によって光学素子が破損し、レーザ装置3が故障しやすく又はレーザ装置3の性能が低下しやすくなり得る。
4.実施形態1
<構成>
図6を参照して実施形態1におけるEUV光生成システム11の構成を説明する。図2の構成との相違点を主に説明する。レーザ装置3は、ビームスプリッタ327と、光センサ328と、表示装置335とを備えてもよい。
ビームスプリッタ327は、高反射ミラー318に替えて配置してよい。ビームスプリッタ327は、入射した光の一部を反射し一部を透過させるように構成されてもよい。光センサ328は、レーザ光路を逆行してビームスプリッタ327を透過した光を受光するよう配置されてよい。本実施形態において、レーザ光路を逆行する光を検出する光センサ装置は、一つの光センサ328で構成されてもよい。
レーザ光路を逆行した光には、戻り光及び自励発振光が含まれ得る。ビームスプリッタ327と光センサ328との間に、不図示の光学系を配置してもよい。光学系はコリメート光学系や集光光学系であってもよい。光センサ328は、レーザ制御部316にレーザ光路を逆行した光の時間波形を出力してもよい。レーザ光路を逆行した光の時間波形を、検出信号と呼称してもよい。
マスタオシレータ310と増幅器311との間のビームスプリッタ327が分離した光を受光する光センサ328は、戻り光及び増幅器311〜314のいずれの増幅器からの自励発振光も検出し得る。なお、ビームスプリッタ327は、レーザ光路上の他の位置にあってもよい。
表示装置335は、レーザ制御部316から送信される情報をオペレータに表示してもよい。表示装置335はディスプレイを含んでよく、ディスプレイを備えたコンピュータであってもよい。ビーム調節器317は、レーザ制御部316に接続され、レーザ制御部316によって制御されてもよい。
<動作>
ビームスプリッタ327は、光アイソレータ315を介してマスタオシレータ310から入射したパルスレーザ光を、増幅器311に向けて反射してもよい。ビームスプリッタ327は、レーザ光路を逆行した光を透過させ、光センサ328に入射させてもよい。ビームスプリッタ327は、レーザ光路を逆行した光の一部を抽出して光センサ328に導くように構成されてもよい。
レーザ制御部316は、光センサ328からの検出信号を取り込んでもよい。レーザ制御部316は、光センサ328が出力した検出信号に基づいて、レーザ光路を逆行した光に、光学素子に有害な戻り光又は自励発振光が含まれているか否か、すなわち、戻り光及び自励発振光の有無を判定してもよい。レーザ制御部316は、検出信号の強度の時間変化に基づいて、戻り光及び自励発振光の有無を判定してもよい。光センサ328は、例えば、受光した光のエネルギ又はパワーに応じた検出信号を出力してもよい。検出信号は、例えば電圧値であってもよい。
レーザ制御部316は、閾値を超える値の持続時間が長い検出信号波形を検出すると、自励発振光が生成されていると判定してもよい。さらに、レーザ制御部316は、閾値を超える値のパルス状の検出信号波形を検出すると、戻り光が生成されていると判定してもよい。
図7は、レーザ制御部316による戻り光及び自励発振光の有無の判定方法の一例を説明するグラフを示す。図7は、光センサ328の異なる二つの検出信号DS_1及びDS_2を示す。検出信号DS_1は、戻り光の検出信号の例を示す。検出信号DS_2は、自励発振光の検出信号の例を示す。レーザ制御部316には、検出信号の強度閾値Icが設定されていてもよい。さらに、時間閾値Tcが設定されていてもよい。
検出信号DS_1において、時間T_1の間、信号強度は強度閾値Icを超えている。一方、検出信号DS_2において、時間T_2の間、信号強度は強度閾値Icを超えている。時間T_1は、時間閾値Tcよりも短く、時間T_2は、時間閾値Tcよりも長い。
レーザ制御部316は、検出信号の強度が強度閾値Icを超えた時間Tを計測し、時間Tと時間閾値Tcとを比較して、戻り光及び自励発振光の有無を判定してもよい。時間Tが時間閾値Tcを超える場合、レーザ制御部316は、自励発振光が発生していると判定してもよい。時間Tが時間閾値Tc以下である場合、レーザ制御部316は、戻り光が発生していると判定してもよい。
図8は、レーザ制御部316による戻り光及び自励発振光の検出並びに対応動作のフローチャートを示す。レーザ制御部316は、光センサ328が出力した検出信号の取り込みを開始してもよい(S101)。
レーザ制御部316は、検出信号が強度閾値Icを超えたか否かを判定してもよい(S102)。強度閾値Icは、レーザ装置3に含まれる光学素子のダメージ閾値に基づいて予め設定されていてもよい。レーザ制御部316は、レーザ装置3の運転条件(出力エネルギ、繰り返し、Duty等)によって異なる強度閾値Icを保持していてもよい。検出信号が強度閾値Icを超えた場合(S102:YES)、レーザ制御部316は、検出信号の強度が、強度閾値Icを超えた時間Tを計測してもよい(S103)。一方、検出信号が強度閾値Ic以下である場合、S102を実行してもよい。
レーザ制御部316は、時間Tが時間閾値Tcを超えたか否か判定してもよい(S104)。レーザ制御部316は、時間Tと時間閾値Tcとを比較して、戻り光と自励発振光のいずれを検出したのかを判定してもよい。時間Tが時間閾値Tcを超えた場合、レーザ制御部316は、自励発振光を検出したと判定してもよい。時間Tが時間閾値Tc以下である場合、レーザ制御部316は、戻り光を検出したと判定してもよい。
レーザ制御部316は、戻り光が検出されたか自励発振光が検出されたかによって、その後の処理を選択してもよい。具体的には、自励発振光が検出された場合(S104:Y)、レーザ制御部316は、レーザ装置3を停止した後、検出結果のログの格納、及び表示装置335を介したオペレータへの情報提示を行い、処理を終了してもよい。
具体的には、レーザ制御部316は、マスタオシレータ310を停止し、光アイソレータ315を閉じ、さらに、PA電源321〜324による増幅器311〜314の放電を停止してもよい(S105)。レーザ制御部316は、さらに、EUV光生成制御部5に、レーザ装置3の停止を通知してもよい(S106)。EUV光生成制御部5は、露光装置6にレーザ装置3の停止を通知してもよい。
レーザ制御部316は、自励発振光の検出結果をログテーブルに出力し、格納してもよい(S107)。ログテーブルは、レーザ制御部316における動作のログを日時と関連付けて格納してもよい。ログテーブルは、図17を参照して後述するストレージメモリ1005に格納されていてもよい。レーザ制御部316は、レーザ装置3の停止の情報を、ログテーブルに格納してもよい。
レーザ制御部316は、表示装置335に対して、以下の内容の情報を出力してもよい(S108)。(1)自励発振を検出したこと、(2)レーザ装置3を停止したこと、(3)オペレータによるレーザ装置3の損傷確認及びレーザ光路のアライメント確認が必要なこと。表示装置335は、当該項目の情報を表示してもよい。
上記表示により、オペレータはレーザ装置3の損傷確認及びレーザ光路のアライメント確認等を実施する契機を取得し得る。なお、閾値Ic、Tcは、ネットワークを介した通信、記憶媒体の接続、又はコンソールを介した入力によって、レーザ制御部316のストレージメモリ1005に予め格納されていてもよい。
戻り光が検出された場合(S104:N)、レーザ制御部316は、一旦レーザ光出力を停止し、検出結果のログの格納及び表示装置335を介したオペレータへの情報提示を行った後、フォーカス調整を行ってもよい。
具体的には、レーザ制御部316は、マスタオシレータ310を停止し、さらに光アイソレータ315を閉じてもよい(S109)。レーザ制御部316は、PA電源321〜324からの電力供給を停止することなく、増幅器311〜314を動作させ続けてもよい。これにより、後述するフォーカス調整S113の時間を短縮し得る。PA電源321〜324からの電力供給は、停止されてもよい。
レーザ制御部316は、さらに、EUV光生成制御部5に、レーザ光出力の停止を通知してもよい(S110)。EUV光生成制御部5は、露光装置6にレーザ光出力の停止を通知してもよい。
レーザ制御部316は、戻り光の検出結果をログテーブルに出力し、格納してもよい(S111)。レーザ制御部316は、レーザ光出力の停止の情報を、ログテーブルに格納してもよい。
レーザ制御部316は、表示装置335に対して、以下の内容の情報を出力してもよい(S112)。(1)戻り光を検出したこと、(2)レーザ出力を停止したこと、(3)フォーカス調整を行うこと、(4)フォーカス調整時、間欠的にレーザ光を出力すること。表示装置335は、当該項目の情報を表示してもよい。
レーザ制御部316は、フォーカス調整を実施してもよい(S113)。フォーカス調整S113の詳細は、図9を参照して後述する。
フォーカス調整中又はフォーカス調整後に、EUV光生成制御部5からレーザ光出力の再開信号を受信すると、レーザ制御部316は、レーザ光出力を再開してもよい。EUV光生成制御部5からレーザ光出力の再開信号を受信しない場合、レーザ制御部316は、本処理を終了してもよい。
図9は、フォーカス調整S113の詳細のフローチャートを示す。レーザ制御部316は、フォーカス調整S113において、レーザ光の発散角を所定量だけプラス発散角とする操作を、戻り光が検出されなくなるまで繰り返してもよい。この時の所定量は実験等によって決定された値でもよい。
具体的には、レーザ制御部316は、ビーム調節器317から出力されるレーザ光を、所定量だけプラス発散角となるよう、ビーム調節器317を調整してもよい(S201)。さらに、レーザ制御部316は、所定時間だけ、マスタオシレータ310からパルスレーザ光を出力させ、光アイソレータ315を開いてもよい(S202)。所定時間は、時間閾値Tcよりも十分長い時間でよく、実験等で決定されてもよい。
レーザ制御部316は、光センサ328から検出信号を受信し、検出信号の強度が、強度閾値Icを超えたか否か判定してもよい(S203)。検出信号の強度が強度閾値Icを超えたと判定された場合(S203:Y)、レーザ制御部316は、マスタオシレータ310を停止し、さらに、光アイソレータ315を閉じた後(S204)、ステップS201に戻ってもよい。
ステップS203において検出信号の強度が強度閾値Icを超えていないと判定された場合(S203:N)、レーザ制御部316は、マスタオシレータ310を停止し、さらに、光アイソレータ315を閉じてもよい(S205)。さらに、レーザ制御部316は、EUV光生成制御部5にレーザ光出力が再開可能であることを通知してもよい(S206)。EUV光生成制御部5は、レーザ光出力が再開可能であることを露光装置6に通知してもよい。
レーザ制御部316は、表示装置335に対して、以下の内容の情報を出力してもよい(S207)。(1)フォーカス調整の結果、戻り光が検出されなくなったこと、(2)レーザ光出力が再開可能なこと、(3)フォーカス調整量。表示装置335は、当該項目の情報を表示してもよい。レーザ制御部316は、フォーカス調整の結果をログテーブルに格納してもよい。
<効果>
本実施形態は、一つの光センサの検出信号において、レーザ光路を逆行した光が、光学素子に損傷を与える可能性のある戻り光であるか、自励発振光であるかを、適切に判定し得る。本実施形態は、レーザ光路を逆行した光が光学素子に損傷を与える可能性のある光かどうか判定して適切に対応し得るので、光学素子の損傷を抑制し得る。本実施形態は、レーザ光路を逆行した光を戻り光と判定した場合、フォーカス調整を行って戻り光を低減し得る。このため、高出力化に伴い光学素子の熱レンズ効果が大きくなっても、光学素子の損傷を抑制し得る。
本実施形態は、レーザ光路を逆行した光を自励発振光と判定した場合、即座にレーザ装置3を停止し得る。これにより、オペレータが、光学素子の損傷確認及びアライメント確認等の契機を取得し得る。
高出力化に伴って増幅器を高ゲイン化した場合、戻り光によって生じた光学素子のわずかな損傷によっても自励発振が生じることが多くなり得る。本実施形態は、戻り光と区別して自励発振を検知することで、高出力化した場合に、より早期に光学素子の損傷を検出し得る。以上により、レーザ装置3からのパルスレーザ光を高出力化することに伴う、戻り光及び自励発振光による光学素子の損傷を抑制し、レーザ装置3を安定して稼働させ得る。
なお、レーザ制御部316は、戻り光と自励発振光を検出するために、異なる強度閾値及び/又は異なる時間閾値を使用してもよい。例えば、自励発振光検出ための強度閾値は戻り光検出のため強度閾値より小さくてもよい。自励発振光検出のための時間閾値は、戻り光検出のための時間閾値以上であってもよい。
レーザ光路を逆行する光を検出する光センサ装置は、ゲインが異なる同種類の光センサを含んでもよい。レーザ制御部316は、ゲインが異なる同種類の光センサからの検出信号を受信し、一方の光センサの検出信号において戻り光を検出し、他方の光センサの検出信号において自励発振光を検出してもよい。本実施形態において説明したレーザ装置3は、EUV光生成システム11とは異なるシステムにも適用し得る。例えば、アニール用レーザ装置や加工用レーザ装置にも適用し得る。この点は、実施形態2において同様であってよい。
5.実施形態2
<構成>
図10を参照して実施形態2におけるEUV光生成システム11の構成を説明する。図6の構成との相違点を主に説明する。レーザ装置3は、ビームスプリッタ327、329と、光センサ331、332とを備えてもよい。光センサ331、332は、レーザ制御部316に接続され、レーザ制御部316に制御されてもよい。
レーザ光マニュピレータ84は、レーザ制御部316に接続され、レーザ制御部316に制御されてもよい。レーザ光マニュピレータ84は、3軸ステージであってもよい。レーザ光マニュピレータ84は、レーザ制御部316の指示に基づいて、レーザ光集光光学系22aをXYZの各軸に沿って移動してもよい。
ビームスプリッタ329は、ビームスプリッタ327を透過した光の一部を光センサ331に向けて透過させ、他の一部を光センサ332に向けて反射するように構成されてもよい。ビームスプリッタ329の反射率は、50%より大きくするようにしてもよい。本実施形態において、レーザ光路を逆行する光を検出する光センサ装置は、二つの光センサ331、332を含んで構成されてよい。光センサ331、332は、レーザ光路上の異なる位置で抽出された光を受光してもよい。例えば、光センサ332が受光する光のレーザ光路上の抽出位置は、光センサ331が受光する光のレーザ光路上の分離位置よりも、下流であってもよい。
光センサ331は、エネルギセンサであってもよい。光センサ331は、レーザ光路を逆行した光のパルスエネルギを反映した検出信号1をレーザ制御部316に出力してもよい。例えば、光センサ331は、photovoltaic式センサ又はMCT(Mercury Cadmium Tellu)式センサでもよい。photovoltaic式センサは、センサ素子中の電子に光エネルギを吸収させ、光起電力効果によって直接的に電気エネルギに変換するセンサである。MCT式光センサは、赤外線入射によって抵抗値が減少するセンサである。
photovoltaic式センサ又はMCT式センサは、入射した光のパルスエネルギを反映した電圧値又は電流値を出力し得る。パルスエネルギは、ピークパワーをパルス幅で除算した値(J)であってもよい。photovoltaic式又はMCT式のセンサは、応答速度が速く、比較的短時間にパルス光として入射する戻り光をパルス毎に検出し得る。応答速度は、数nS以下であってもよい。
photovoltaic式センサ又はMCT式センサは、センサの温度変化による感度特性変化が大きく、感度特性変化は、3%/deg以下であり得る。このため、photovoltaic式センサ又はMCT式センサは、センサへの入熱が比較的大きく変動する自励発振光よりも、パルス光である戻り光を精度良く検出し得る。
光センサ332は、パワーメータであってもよい。パワーメータの応答速度は、エネルギセンサの応答速度よりも遅くなり得る。光センサ332は、レーザ光路を逆行した光のパワーを反映した検出信号2を、レーザ制御部316に出力してもよい。光センサ332は、サーモパイル式のセンサであってもよい。サーモパイル式センサは、多数の熱電対の接点を集中させ、直列に接続したセンサであり、熱起電力によって動作し得る。
サーモパイル式センサは、入射した光のパワーを反映した電圧値又は電流値を出力し得る。入射光のパワーは、単位時間当たりの平均出力(W)であってもよい。サーモパイル式センサは、応答速度が遅く、その値は数十mSであり得る。そのため、サーモパイル式センサは、比較的短時間のパルス光として入射する戻り光よりも、自励発振光をより正確に検出し得る。
サーモパイル式センサにおいて、センサの温度変化による感度特性変化が非常に小さく、感度特性変化は、0.1%/deg程度であり得る。このため、サーモパイル式センサは、センサへの入熱が比較的大きく変動する自励発振光を比較的精度良く検出し得る。
<動作>
ビームスプリッタ327は、光アイソレータ315を介してマスタオシレータ310から入射したパルスレーザ光を、増幅器311に向けて反射してもよい。ビームスプリッタ327は、レーザ光路を逆行した光を透過させ、ビームスプリッタ329に入射させてもよい。
ビームスプリッタ329は、ビームスプリッタ327を透過した光を光センサ331及び光センサ332に入射させてもよい。ビームスプリッタ327の反射率が50%より大きく構成されている場合、パワーメータである光センサ332への入射光量は、エネルギセンサである光センサ331への入射光量よりも多くなり得る。光センサ331、332は、それぞれ、検出信号1、2を、レーザ制御部316に出力してもよい。
図11A、11Bは、それぞれ、検出信号1、2の例を示す。検出信号1、2は、例えば電圧信号であってもよい。レーザ制御部316は、検出信号1に基づいて、レーザ光路を逆行した光にレーザ装置3に有害な戻り光が含まれているか否か判定してもよい。さらに、レーザ制御部316は、検出信号2に基づいて、レーザ光路を逆行した光に、光学素子に有害な自励発振光が含まれているか否か判定してもよい。
図11Aに示すように、レーザ制御部316は、検出信号1が閾値Ecを超えたか否かを判定してもよい。レーザ制御部316は、検出信号1が閾値Ecを超えた場合、戻り光を検出したと判定してもよい。
図11Bに示すように、レーザ制御部316は、検出信号2が閾値Pcを超えたか否かを判定してもよい。レーザ制御部316は、検出信号2が閾値Pcを超えた場合、自励発振光を検出したと判定してもよい。
図12は、レーザ制御部316による戻り光及び自励発振光の検出並びに対応動作のフローチャートを示す。レーザ制御部316は、光センサ331、332が出力した検出信号1、2の取り込みを開始してもよい(S301)。
レーザ制御部316は、光センサ332からの検出信号2の強度が、閾値Pcを超えたか否かを判定してもよい(S302)。閾値Pcは、所定のパワーを反映した電圧値であってもよい。閾値Pcは、レーザ装置3に含まれる光学素子の損傷閾値に基づいて予め設定されていてもよい。レーザ制御部316は、レーザ装置3の運転条件(出力エネルギ、繰り返し、Duty等)によって異なる閾値Pcを保持していてもよい。
検出信号2の強度が閾値Pcを超えた場合(S302:Y)、レーザ制御部316は、自励発振光が検出されたと判定し、対応する処理S303〜S306を実行してもよい。ステップS303〜S306は、実施形態1で説明した図8のフローチャートにおけるステップS105〜S108と同様でよい。
検出信号2の強度が閾値Pc以下である場合(S302:N)、レーザ制御部316は、光センサ331からの検出信号1の強度が、閾値Ecを超えたか否かを判定してもよい(S307)。閾値Ecは、所定のエネルギを反映した電圧値であってもよい。閾値Ecは、レーザ装置3に含まれる光学素子の損傷閾値に基づいて予め設定されていてもよい。レーザ制御部316は、レーザ装置3の運転条件(出力エネルギ、繰り返し、Duty等)によって異なる閾値Ecを保持していてもよい。
検出信号1の強度が閾値Ecを超えた場合(S307:Y)、レーザ制御部316は、戻り光が検出されたと判定し、対応する処理S308〜S314を実行してもよい。ステップS308〜S314は、実施形態1で説明した図8のフローチャートにおけるステップS109〜S115と同様でよい。
なお、閾値Ec、Pcは、ネットワークを介した通信、記憶媒体の接続、又はコンソールを介した入力によって、レーザ制御部316のストレージメモリ1005に予め格納されていてもよい。
レーザ制御部316は、フォーカス調整S312において、実施形態1におけるフォーカス調整S113と異なる方法を採用してもよい。レーザ制御部316は、レーザ光マニュピレータ84を使用して、フォーカス調整を実行してもよい。図13は、本実施形態に係るフォーカス調整S312の詳細のフローチャートを示す。
レーザ制御部316は、レーザ光マニュピレータ84によってレーザ光集光光学系22aを所定量だけ、+Z方向に移動してもよい(S401)。次に、レーザ制御部316は、所定時間だけ、マスタオシレータ310からパルスレーザ光を出力させ、光アイソレータ315を開いてもよい(S402)。所定時間は、実験等で決定されてもよい。
レーザ制御部316は、光センサ331から検出信号1を受信し、検出信号1の強度が、閾値Ecを超えたか否か判定してもよい(S403)。検出信号1の強度が閾値Ecを超えたと判定された場合(S403:Y)、レーザ制御部316は、マスタオシレータ310を停止し、さらに、光アイソレータ315を閉じた後(S404)、ステップS401に戻ってもよい。
ステップS403において検出信号1の強度が閾値Ecを超えていないと判定された場合(S403:N)、レーザ制御部316は、マスタオシレータ310を停止し、さらに、光アイソレータ315を閉じてもよい(S405)。さらに、レーザ制御部316は、EUV光生成制御部5にレーザ光出力が再開可能であることを通知してもよい(S406)。EUV光生成制御部5は、レーザ光出力が再開可能であることを露光装置6に通知してもよい。
レーザ制御部316は、表示装置335に対して、以下の内容の情報を出力してもよい(S407)。(1)フォーカス調整の結果、戻り光が検出されなくなったこと、(2)レーザ光出力が再開可能なこと、(3)フォーカス調整量。表示装置335は、当該項目の情報を表示してもよい。レーザ制御部316は、フォーカス調整の結果をログテーブルに格納してもよい。
なお、フォーカス調整S312は、実施形態1におけるフォーカス調整S113と異なる方法として説明したが、同様な方法であってもよい。
<効果>
本実施形態は、二つの特性の異なる光センサからの検出信号によって、レーザ光路を逆行した光が、光学素子に損傷を与える可能性のある戻り光であるか、自励発振光であるか適切に判定し得る。本実施形態は、レーザ光路を逆行した光が光学素子に損傷を与える可能性のある光かどうか判定して適切に対応し得るので、光学素子の損傷を抑制し得る。本実施形態は、レーザ光路を逆行した光を戻り光と判定した場合、フォーカス調整を行って戻り光を低減し得る。このため、高出力化に伴い光学素子の熱レンズ効果が大きくなっても、光学素子の損傷を抑制し得る。
本実施形態は、レーザ光路を逆行した光を自励発振光と判定した場合、即座にレーザ装置3を停止し得る。これにより、オペレータが、光学素子の損傷確認及びアライメント確認等の契機を取得し得る。
高出力化に伴って増幅器を高ゲイン化した場合、戻り光によって生じた光学素子のわずかな損傷によっても自励発振が生じることが多くなり得る。本実施形態は、戻り光と区別して自励発振を検知することで、高出力化した場合に、より早期に光学素子の損傷を検出し得る。以上により、レーザ装置3からのパルスレーザ光を高出力化することに伴う、戻り光及び自励発振光による光学素子の損傷を抑制し、レーザ装置3を安定して稼働させ得る。
6.構成要素の説明
6.1 光アイソレータ
<構成>
図14は、光アイソレータ315の構成例を示す。光アイソレータ315は、ポッケルスセル501、第1偏光子502、第2偏光子503、及び高電圧電源504を含んでもよい。ポッケルスセル501は、EOポッケルスセル又はAOポッケルスセルであってもよい。
第1偏光子502は、ポッケルスセル501の入力側の光路に配置されていてもよい。第2偏光子503は、ポッケルスセル501の出力側の光路に配置されていてもよい。高電圧電源504は、ポッケルスセル501の制御電圧を出力してもよい。高電圧電源504は、レーザ制御部316から、制御信号を受信してもよい。
高電圧電源504は、制御信号がONである場合に0Vとは異なる所定の電圧を生成し、その電圧をポッケルスセル501に印加してもよい。高電圧電源504は、制御信号がOFFである場合に、ポッケルスセル501に約0Vの電圧を印加してもよい。
図15は、パルスレーザ光の光強度の時間変化と、高電圧電源504からポッケルスセル501に印加される制御電圧の時間変化との関係を示す。レーザ制御部316は、マスタオシレータ310から出力されたパルスレーザ光がポッケルスセル501を透過するタイミングに同期して、高電圧電源504からポッケルスセル501に所定の電圧を印加してもよい。
所定の電圧の印加時間は、透過するパルスレーザ光のパルス幅よりも長くてもよい。パルス幅は、例えば20nsであり、所定の電圧印加時間は、例えば100nsであってもよい。光アイソレータ315の上記制御により、光アイソレータ315の開/閉をパルスレーザ光に同期して切り替え得る。
<動作>
光アイソレータ315に入射するパルスレーザ光は、Z方向に進んでもよい。パルスレーザ光は、偏光方向がY方向の直線偏光であってもよい。第1偏光子502は、偏光方向がY方向の直線偏光であるパルスレーザ光を高い透過率で透過させ、偏光方向がX方向の直線偏光を入射光路と異なる方向に反射してもよい。
ポッケルスセル501は、所定の電圧が印加されている時に、パルスレーザ光の偏光方向を90度回転させて透過させてもよい。ポッケルスセル501は、約0Vの電圧が印加されているときに、パルスレーザ光の偏光方向を変えずに透過させてもよい。
第2偏光子503は、パルスレーザ光における偏光方向がX方向の直線偏光を透過させ、偏光方向がY方向の直線偏光をパルスレーザ光の光路と異なる方向に反射してもよい。すなわち、第2偏光子503は、制御電圧が所定の電圧である場合に、ポッケルスセル501によって偏光方向が回転させられたパルスレーザ光を透過させてもよい。第2偏光子503は、制御電圧が約0Vである場合に、ポッケルスセル501によって偏光方向が回転させられなかったパルスレーザ光を入射光路と異なる方向に反射してもよい。
このように、光アイソレータ315は、ポッケルスセル501に所定の電圧が印加されている場合は上流及び下流からの光を高透過し、所定の電圧が印加されず印加電圧が約0Vのとき、上流及び下流からの双方向の光の透過を抑制し、光アイソレータとしての機能を示し得る。
6.2 ビーム調節器
<構成>
図16Aは、ビーム調節器317の構成例を示す。ビーム調節器317は、2つの軸外放物面凹面ミラー631、634と2つの軸外放物面凸面ミラー632、633とを含んでもよい。パルスレーザ光の光路上において、軸外放物面凹面ミラー631、軸外放物面凸面ミラー632、軸外放物面凸面ミラー633、及び軸外放物面凹面ミラー634は、この順序で配置されてもよい。
図16Aの状態において、軸外放物面凹面ミラー631の焦点F1と軸外放物面凸面ミラー632の焦点F2とが一致するように、ビーム調節器317は構成されてもよい。さらに、軸外放物面凸面ミラー633の焦点F3と軸外放物面凹面ミラー634の焦点F4とが一致するように、ビーム調節器317は構成されてもよい。
軸外放物面凹面ミラー631と軸外放物面凸面ミラー632との間の光軸OA2と、軸外放物面凸面ミラー633と軸外放物面凹面ミラー634と間の光軸OA4が平行となるよう、軸外放物面凹面ミラー631、634及び軸外放物面凸面ミラー632、633は配置されてもよい。
軸外放物面凹面ミラー631に入射するパルスレーザ光の光軸OA1と、軸外放物面凹面ミラー634から出射するパルスレーザ光の光軸OA5とが一致するよう、軸外放物面凹面ミラー631、634及び軸外放物面凸面ミラー632、633は配置されてもよい。
軸外放物面凸面ミラー632と軸外放物面凸面ミラー633間との光軸OA3、軸外放物面凹面ミラー631に入射するパルスレーザ光の光軸OA1、及び軸外放物面凹面ミラー634から出射するパルスレーザ光の光軸OA5が平行となるよう、軸外放物面凹面ミラー631、634及び軸外放物面凸面ミラー632、633は配置されてもよい。
軸外放物面凸面ミラー632と軸外放物面凹面ミラー631との間の距離と軸外放物面凸面ミラー633と軸外放物面凹面ミラー634との間の距離とは同一であってもよい。これらの距離はHで表わされている。
ビーム調節器317は、さらに、ベースプレート638及び1軸移動ステージ635を含んでもよい。1軸移動ステージ635は、1軸移動ステージ635上を1軸方向において移動可能な移動プレート637含んでもよい。
1軸移動ステージ635は、ベースプレート638上に配置され、ベースプレート638に対して移動プレート637を移動できるように構成されてもよい。移動プレート637の移動方向は、光軸OA2及び光軸OA4に対して平行であってもよい。軸外放物面凹面ミラー631、634はベースプレート638に固定されてもよい。軸外放物面凸面ミラー632、633は、移動プレート637に固定されてもよい。
<動作>
図16A〜図16Cを参照して、ビーム調節器317の動作を説明する。図16Bは、図16Aに示すビーム調節器317の状態から、移動プレート637を軸外放物面凹面ミラー631、634から離した状態を示す。図16Cは、図16Aに示すビーム調節器317の状態から、移動プレート637を軸外放物面凹面ミラー631、634に近づけた状態を示す。
図16Aにおいて、軸外放物面凹面ミラー631に入射するパルスレーザ光は平行光でよい。軸外放物面凹面ミラー631は、パルスレーザ光が焦点F1にて集光されるように、パルスレーザ光を反射してもよい。軸外放物面凸面ミラー632は、軸外放物面凹面ミラー631で反射され焦点F1に集光するように進行するパルスレーザ光を、平行光に変換して反射し得る。軸外放物面凸面ミラー632によって平行光に変換されたパルスレーザ光のビーム径BD2は、入射ビーム径BD1の1/M12倍に縮小され得る。
軸外放物面凹面ミラー631の焦点距離をLF1、軸外放物面凸面ミラー632の焦点距離LF2とする。上述のように、焦点F1と焦点F2とは一致してもよい。倍率M12は、LF1/LF2であり得る。また、軸外放物面凹面ミラー631と軸外放物面凸面ミラー632との間の距離Hは、LF2−LF1であり得る。
ビーム径BD2の平行光となったパルスレーザ光は、軸外放物面凸面ミラー633によって、焦点F3から発散するようなパルスレーザ光として反射され得る。上述のように、焦点F3と焦点F4とは一致してもよい。したがって、軸外放物面凹面ミラー634は、焦点F3から発散するようなパルスレーザ光を、軸外放物面凹面ミラー631に入射したパルスレーザ光と略同一の光軸OA5を持つ平行光に変換して反射し得る。
軸外放物面凸面ミラー633で反射され軸外放物面凹面ミラー634に入射するパルスレーザ光のビーム径は、倍率M43で拡大され得る。軸外放物面凸面ミラー633の焦点距離LF3、軸外放物面凹面ミラー634の焦点距離をLF4とする。M43は、LF4/LF3であり得る。LF1=LF4、LF2=LF3である場合、倍率M12と倍率M43は同一となり得る。したがって、軸外放物面凹面ミラー634からの出射光のビーム径BD3は、軸外放物面凹面ミラー631に入射したパルスレーザ光とビーム径BD1と同一であり得る。
レーザ制御部316からの制御により、1軸移動ステージ635は、ベースプレート638に対して移動プレート637を移動してもよい。レーザ制御部316は、移動プレート637を移動することで、距離Hを増減させ得る。距離Hを変化させることで、レーザ制御部316は、ビーム調節器317からの出射光を、集光又は発散させ得る。
図16Bに示すように、レーザ制御部316は、図16Aの状態から距離HをdLだけ増加させてもよい。軸外放物面凹面ミラー634から出射するパルスレーザ光の発散角は減少し得る。軸外放物面凹面ミラー631に入射したパルスレーザ光のビーム径BD1に対して、軸外放物面凹面ミラー634から出射するパルスレーザ光のビーム径BD3は、わずかに小さくなるものの略等しい径であり得る。軸外放物面凹面ミラー631に入射したパルスレーザ光の光軸OA1と、軸外放物面凹面ミラー634から出射するパルスレーザ光の光軸OA5とは、一致し得る。
図16Cに示すように、レーザ制御部316は、図16Aの状態から距離HをdLだけ減少させてもよい。軸外放物面凹面ミラー634から出射するパルスレーザ光の発散角は増加し得る。軸外放物面凹面ミラー631に入射したパルスレーザ光のビーム径BD1に対して、軸外放物面凹面ミラー634から出射するパルスレーザ光のビーム径BD3は、わずかに大きくなるものの略等しい径であり得る。軸外放物面凹面ミラー631に入射したパルスレーザ光の光軸OA1と、軸外放物面凹面ミラー634から出射するパルスレーザ光の光軸OA5とは、一致し得る。
6.3 制御部
レーザ制御部316及びEUV光生成制御部5を含む、上述した本開示の制御部は、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。
<構成>
図17は、制御部の構成を示す。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、タイマ1003、GPU1004とから構成されてもよい。
<動作>
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X000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。
パラレルI/Oコントローラ1020は、パラレルI/Oポートを介して通信可能な機器に接続されてもよい。パラレルI/Oコントローラ1020は、処理部1000がプログラムを実行する過程で行うパラレルI/Oポートを介した、デジタル信号による通信を制御してもよい。
シリアルI/Oコントローラ1030は、シリアルI/Oポートを介して通信可能な機器に接続されてもよい。シリアルI/Oコントローラ1030は、処理部1000がプログラムを実行する過程で行うシリアルI/Oポートを介した、デジタル信号による通信を制御してもよい。
A/D、D/Aコンバータ1040は、アナログポートを介して通信可能な機器に接続されてもよい。A/D、D/Aコンバータ1040は、処理部1000がプログラムを実行する過程で行うアナログポートを介した、アナログ信号による通信を制御してもよい。
ユーザインターフェイス1010は、オペレータが処理部1000によるプログラムの実行過程を表示し、オペレータによるプログラム実行の中止や割り込み処理を処理部1000に行わせるように構成されてもよい。
処理部1000のCPU1001はプログラムの演算処理を行ってもよい。メモリ1002は、CPU1001がプログラムを実行する過程で、プログラムの一時記憶や、演算過程でのデータの一時記憶を行ってもよい。タイマ1003は、時刻や経過時間を計測し、プログラムの実行に従ってCPU1001に時刻や経過時間を出力してもよい。GPU1004は、処理部1000に画像データが入力された際、プログラムの実行に従って画像データを処理し、その結果をCPU1001に出力してもよい。
<接続機器>
パラレルI/Oコントローラ1020に接続される、パラレルI/Oポートを介して通信可能な機器は、表示装置335、他の制御部等であってもよい。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は、マスタオシレータ310、PA電源321〜324、光アイソレータ315、ビーム調節器317、レーザ光マニュピレータ84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は、光センサ328、331、332等であってもよい。
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てもよいことは、当業者には明らかであろう。
ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換え得る。ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加え得る。各実施形態の構成の一部について、削除、他の構成の追加、他の構成による置換をし得る。
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。例えば、「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。
3 レーザ装置、11 EUV光生成システム、22a レーザ光集光光学系、27 ターゲット、84 レーザ光マニュピレータ、310 マスタオシレータ、311〜314 増幅器、315 光アイソレータ、316 レーザ制御部、317 ビーム調節器、328、331、332 光センサ

Claims (8)

  1. レーザ光路上を進行するレーザ光を出力するマスタオシレータと、
    前記レーザ光路上において、前記マスタオシレータから出力されたレーザ光を増幅する複数の増幅器と、
    前記レーザ光路を逆行する光のエネルギを検出する第1光センサと、前記レーザ光路を逆行する光のパワーを検出する第2光センサと、を含む光センサ装置と、
    前記第1光センサのエネルギ検出信号と前記第2光センサのパワー検出信号とを受信し、前記エネルギ検出信号及び前記パワー検出信号の強度を監視し、前記エネルギ検出信号の強度が第1閾値を超えた場合に戻り光が発生していると判定し、前記パワー検出信号の強度が第2閾値を超えた場合に自励発振光が発生していると判定し、前記戻り光及び前記自励発振光についての判定結果をメモリに格納する、制御部と、
    を備えたレーザ装置。
  2. 請求項1に記載のレーザ装置であって、
    表示装置をさらに含み、
    前記制御部は、前記判定結果を前記表示装置に出力する、レーザ装置。
  3. 請求項1に記載のレーザ装置であって、
    前記制御部は、
    前記戻り光が発生していると判定すると、前記増幅器の動作を維持し、前記マスタオシレータを停止し、
    前記自励発振光が発生していると判定すると、前記マスタオシレータ及び前記増幅器を停止する、レーザ装置。
  4. 請求項3に記載のレーザ装置であって、
    前記制御部は、前記戻り光が発生していると判定すると、前記マスタオシレータを再稼働させ、ターゲットに対するパルスレーザ光のフォーカスを調整する、レーザ装置。
  5. パルスレーザ光をターゲットに照射することによって、プラズマを生成し、極端紫外光を生成する極端紫外光生成システムであって、
    前記パルスレーザ光を出力する、請求項1に記載のレーザ装置と、
    チャンバと、
    ターゲットを前記チャンバ内に供給するターゲット供給部と、
    前記レーザ装置からのパルスレーザ光を前記ターゲットに集光するレーザ光集光光学系と、を含む極端紫外光生成システム。
  6. レーザ光路上を進行するレーザ光を出力するマスタオシレータと、
    前記レーザ光路上において、前記マスタオシレータから出力されたレーザ光を増幅する複数の増幅器と、
    前記レーザ光路を逆行する光を検出する光センサ装置と、
    前記光センサ装置からの検出信号の強度が第1閾値を超えた時間が0より長く第2閾値以下の場合に戻り光が発生していると判定し、前記光センサ装置からの検出信号の強度が第3閾値を超えた時間が前記第2閾値以上の第4閾値より長い場合に自励発振光が発生していると判定し、前記戻り光及び前記自励発振光についての判定結果をメモリに格納する、制御部と、
    を備えたレーザ装置。
  7. 請求項6に記載のレーザ装置であって、
    前記光センサ装置は一つの光センサで構成され、
    前記第1閾値及び前記第3閾値が同一値であり、前記第2閾値及び前記第4閾値が同一値である、レーザ装置。
  8. パルスレーザ光をターゲットに照射することによって、プラズマを生成し、極端紫外光を生成する極端紫外光生成システムであって、
    前記パルスレーザ光を出力する、請求項6に記載のレーザ装置と、
    チャンバと、
    ターゲットを前記チャンバ内に供給するターゲット供給部と、
    前記レーザ装置からのパルスレーザ光を前記ターゲットに集光するレーザ光集光光学系と、を含む極端紫外光生成システム。
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