JPWO2018150547A1 - レーザ装置 - Google Patents

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Abstract

レーザ装置は、レーザ光を出射するマスターオシレータと、マスターオシレータから出射されるレーザ光の光路上に配置される増幅器と、マスターオシレータと増幅器との間に配置され、レーザ光の進行方向とは反対の方向にレーザ光の光路を進む戻り光の少なくとも一部をレーザ光の光路から分離するビームスプリッタと、ビームスプリッタでレーザ光の光路から分離される戻り光を集光する集光光学系と、戻り光の受光面を有し、集光光学系を介して受光面に入射する戻り光のパワーに関連する情報を検出する光センサと、を備え、受光面は、戻り光の光路上において集光光学系の集光位置と異なる位置に配置されるようにしてもよい。

Description

本開示は、レーザ装置に関する。
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、２０ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。このため、波長１３ｎｍ程度の極端紫外（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）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、軌道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。
特開平４−１０２２３９号公報 特開２００６−３４３２９８号公報 国際公開第２０１６／１４２９９５号 特開平９−３２００９５号公報
概要
本開示の一態様によるレーザ装置は、レーザ光を出射するマスターオシレータと、マスターオシレータから出射されるレーザ光の光路上に配置される増幅器と、マスターオシレータと増幅器との間に配置され、レーザ光の進行方向とは反対の方向にレーザ光の光路を進む戻り光の少なくとも一部をレーザ光の光路から分離するビームスプリッタと、ビームスプリッタでレーザ光の光路から分離される戻り光を集光する集光光学系と、戻り光の受光面を有し、集光光学系を介して受光面に入射する戻り光のパワーに関連する情報を検出する光センサと、を備え、受光面は、戻り光の光路上において集光光学系の集光位置と異なる位置に配置されるようにしてもよい。
また、本開示の一態様によるレーザ装置は、レーザ光を出射するマスターオシレータと、マスターオシレータから出射されるレーザ光の光路上に配置される増幅器と、マスターオシレータと増幅器との間に配置され、レーザ光の進行方向とは反対の方向にレーザ光の光路を進む戻り光の少なくとも一部をレーザ光の光路から分離するビームスプリッタと、ビームスプリッタでレーザ光の光路から分離される戻り光を集光する集光光学系と、戻り光の受光面を有し、集光光学系を介して受光面に入射する戻り光のパワーに関連する情報を検出する光センサと、を備え、受光面は、受光面に入射する戻り光の光軸に対し傾斜する状態で配置されるようにしてもよい。
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、極端紫外光生成システムの全体の概略構成例を示す模式図である。 図２は、比較例の戻り光モジュールの構成を示す模式図である。 図３は、実施形態１の戻り光モジュールの構成を示す模式図である。 図４は、実施形態１の戻り光モジュールの変形例を示す模式図である。 図５は、実施形態１の戻り光モジュールの他の変形例を示す模式図である。 図６は、実施形態２の戻り光モジュールの構成を示す模式図である。 図７は、実施形態３の戻り光モジュールの構成を示す模式図である。 図８は、実施形態４のレーザ装置の一部の構成を示す模式図である。
実施形態
１．概要
２．極端紫外光生成システムの説明
２．１ 全体構成
２．２ 動作
３．比較例の戻り光モジュールの説明
３．１ 構成
３．２ 動作
３．３ 課題
４．実施形態１の戻り光モジュールの説明
４．１ 構成
４．２ 動作
４．３ 作用・効果
４．４ 変形例
５．実施形態２の戻り光モジュールの説明
５．１ 構成
５．２ 動作
５．３ 作用・効果
６．実施形態３の戻り光モジュールの説明
６．１ 構成
６．２ 動作
６．３ 作用・効果
７．実施形態４の戻り光モジュールの説明
７．１ 構成
７．２ 動作
７．３ 作用・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．概要
本開示の実施形態は、極端紫外線（ＥＵＶ：Extreme UltraViolet）と呼ばれる波長の光を生成する極端紫外光生成装置と、その光を生成するために用いられるレーザ装置とに関するものである。なお、以下本明細書では、極端紫外光をＥＵＶ光という場合があり、ＥＵＶ光を生成するためのコントローラをＥＵＶ光生成制御部という場合がある。
２．極端紫外光生成システムの説明
２．１ 全体構成
図１は、極端紫外光生成システムの全体の概略構成例を示す模式図である。図１に示すように、ＥＵＶ光生成システム１００は、極端紫外光生成装置１及びレーザ装置２を有するシステムである。ＥＵＶ光生成システム１００は、露光装置３と共に用いられる。
露光装置３は、極端紫外光生成装置１で生成されるＥＵＶ光により半導体ウェハを露光する装置であり、極端紫外光生成装置１に対してバースト信号Ｓ１を出力する。このバースト信号Ｓ１は、ＥＵＶ光を生成するバースト期間と、ＥＵＶ光の生成を休止する休止期間とを指定する信号である。例えば、バースト期間と休止期間とを交互に繰り返すバースト信号Ｓ１が露光装置３から極端紫外光生成装置１に出力される。
極端紫外光生成装置１は、チャンバ１１及びターゲット供給部１２を含む。チャンバ１１は、密閉可能かつ減圧可能な容器である。ターゲット供給部１２は、ターゲット物質をドロップレットＤＬとしてチャンバ１１の内部に供給するよう構成され、例えば、チャンバ１１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、キセノンのいずれか、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１１の壁には、少なくとも１つの貫通孔が設けられている。この貫通孔は、ウインドウＷによって塞がれ、このウインドウＷを透過してチャンバ１１の内部にレーザ光Ｌ１が入射する。
チャンバ１１の内部のうち、ターゲット供給部１２から供給されるドロップレットＤＬの軌道ＯＴの一部はプラズマ生成領域３１とされる。プラズマ生成領域３１は、ドロップレットＤＬをプラズマ化させる領域である。このプラズマ生成領域３１には、ウインドウＷを透過してチャンバ１１の内部に入射するレーザ光Ｌ１がレーザ集光光学系３２を介して集光される。
レーザ集光光学系３２は、例えば、チャンバ１１の内部に入射したレーザ光Ｌ１を拡大して反射する凸面ミラーと、拡大されたレーザ光Ｌ１を反射して集光しながらプラズマ生成領域３１に導く凹面ミラーとにより構成し得る。なお、レーザ集光光学系３２が３軸方向に移動可能なステージＳＴ上に配置され、そのレーザ集光光学系３２の集光位置が制御し得るようにしてもよい。
また、チャンバ１１の内部には、ＥＵＶ光集光ミラー３３が設けられている。ＥＵＶ光集光ミラー３３には、レーザ集光光学系３２で集光されるレーザ光Ｌ１が通過する貫通孔３３Ａが設けられる。ＥＵＶ光集光ミラー３３は、プラズマ生成領域３１に達したドロップレットＤＬのプラズマ化により生じるＥＵＶ光を反射する回転楕円面形状の反射面３３Ｂを有する。例えば、ＥＵＶ光集光ミラー３３は、プラズマ生成領域３１に第１の焦点が位置し、中間集光点ＩＦに第２の焦点が位置するように配置される。
極端紫外光生成装置１は、ターゲット回収部１４、ターゲットセンサ１５及びＥＵＶ光生成制御部１６を更に含む。ターゲット回収部１４は、チャンバ１１の内部に供給されたドロップレットＤＬのうちプラズマ生成領域３１でプラズマ化されなかったドロップレットＤＬを回収するよう構成される。例えば、ターゲット回収部１４は、チャンバ１１のターゲット供給部１２が取り付けられる壁とは反対側の壁のうち、ドロップレットＤＬの軌道ＯＴ上に設けられる。
ターゲットセンサ１５は、チャンバ１１の内部に供給されるドロップレットＤＬの存在、軌跡、位置、速度等に関連する情報を検出し、その情報をドロップレット関連信号Ｓ１５として出力するよう構成される。例えば、ターゲットセンサ１５は、チャンバ１１の壁を貫通するように設けられる。
ＥＵＶ光生成制御部１６は、ＣＰＵ（中央処理装置）等を有するコンピュータである。ＥＵＶ光生成制御部１６は、露光装置３から出力されるバースト信号Ｓ１や、ターゲットセンサ１５から出力されるドロップレット関連信号Ｓ１５等に基づいて、各種の制御を実行するよう構成される。
例えば、ＥＵＶ光生成制御部１６は、バースト信号Ｓ１及びドロップレット関連信号Ｓ１５に基づいて、ドロップレットＤＬが出力されるタイミング、ドロップレットＤＬの出力方向等を調整するようターゲット供給部１２を制御する。また例えば、ＥＵＶ光生成制御部１６は、バースト信号Ｓ１及びドロップレット関連信号Ｓ１５に基づいて発光トリガ信号Ｓ１６をレーザ装置２に出力し、バースト動作するようレーザ装置２を制御する。バースト動作とは、バースト期間に連続したパルス状のレーザ光Ｌ１を所定の繰り返し周波数で出射し、バースト休止期間にレーザ光Ｌ１の出射が抑制される動作を意味する。
なお、ＥＵＶ光生成制御部１６における上記の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。
レーザ装置２は、バースト動作する光源であるマスターオシレータＭＯを含む。マスターオシレータＭＯは、パルス状のレーザ光Ｌ１を出射する。マスターオシレータＭＯは、例えば、ヘリウムや窒素等が炭酸ガス中に混合された気体を放電によって励起することで、レーザ光を出射する発振器とされる。あるいは、マスターオシレータＭＯは、量子カスケードレーザ発振器とされてもよい。
また、レーザ装置２は、光アイソレータ４０、ビームスプリッタＢＳ、第１パワーアンプＰＡ１、第２パワーアンプＰＡ２、第３パワーアンプＰＡ３、第４パワーアンプＰＡ４、第１ミラーＭ１及び第２ミラーＭ２を更に含む。
光アイソレータ４０は、レーザ光Ｌ１の光路のうちマスターオシレータＭＯとビームスプリッタＢＳとの間に配置される。光アイソレータ４０は、マスターオシレータＭＯから出射されるレーザ光Ｌ１を透過又は遮断するよう構成される。例えば、光アイソレータ４０は、ＥＯポッケルスセル及び偏光子を含めて構成し得る。
ビームスプリッタＢＳは、レーザ光Ｌ１の光路のうち光アイソレータ４０と第１パワーアンプＰＡ１との間に配置される。ビームスプリッタＢＳは、例えば、レーザ光Ｌ１の一部を反射し、第１パワーアンプＰＡ１に導く。例えば、ビームスプリッタＢＳは、平面状の誘電体多層膜と赤外光透過基板等により構成し得る。
第１パワーアンプＰＡ１、第２パワーアンプＰＡ２、第３パワーアンプＰＡ３、第４パワーアンプＰＡ４は、レーザ光Ｌ１の光路上に配置される。第１パワーアンプＰＡ１、第２パワーアンプＰＡ２、第３パワーアンプＰＡ３、第４パワーアンプＰＡ４それぞれは、入射するレーザ光Ｌ１のパワーを増幅するよう構成される。例えば、第１パワーアンプＰＡ１、第２パワーアンプＰＡ２、第３パワーアンプＰＡ３、第４パワーアンプＰＡ４それぞれは、再生増幅器型のパワーアンプにより構成してもよい。
なお、第１パワーアンプＰＡ１、第２パワーアンプＰＡ２、第３パワーアンプＰＡ３、第４パワーアンプＰＡ４それぞれは、同じ構成のパワーアンプであっても異なる構成のパワーアンプであってもよい。また、図１に示す例では、パワーアンプ数が４つとされているが、１つとされていてもよく、４つ以外の複数とされていてもよい。
第１パワーアンプＰＡ１には、パワーアンプの動作用である電力を供給する第１電源ＰＳ１が接続される。同様に、第２パワーアンプＰＡ２には第２電源ＰＳ２が接続され、第３パワーアンプＰＡ３には第３電源ＰＳ３が接続され、第４パワーアンプＰＡ４には第４電源ＰＳ４が接続される。
第１ミラーＭ１及び第２ミラーＭ２は、レーザ光Ｌ１の光路のうち第４パワーアンプＰＡ４とレーザ集光光学系３２との間に配置される。第１ミラーＭ１及び第２ミラーＭ２は、レーザ光Ｌ１を高反射率で反射するミラーとされる。例えば、第１ミラーＭ１及び第２ミラーＭ２は、平面状の誘電体多層膜と金属基板等により構成し得る。
なお、第１ミラーＭ１及び第２ミラーＭ２は同じ構成のミラーであっても異なる構成のミラーであってもよい。また、図１に示す例では、ミラー数が２つとされているが、３つ以上とされていてもよい。
第１ミラーＭ１及び第２ミラーＭ２には、図示されないアクチュエータが接続されており、それぞれのアクチュエータの動作により反射面の位置や角度が調整可能とされる。従って、第１ミラーＭ１、第２ミラーＭ２それぞれは、反射面で反射されるレーザ光Ｌ１の進行方向を調節し得る。このため、第１ミラーＭ１、第２ミラーＭ２それぞれは、レーザ光Ｌ１の進行方向を調節するビーム進行方向調節部と理解し得る。
レーザ装置２は、戻り光モジュール５０、表示器６０及びレーザ制御部７０を更に含む。戻り光モジュール５０は、上記のビームスプリッタＢＳと、光センサ５１とを含む。ビームスプリッタＢＳは、レーザ光Ｌ１の一部を反射する光学素子のみならず、そのレーザ光Ｌ１の戻り光Ｌ２の一部を分離する光学素子として共用される。戻り光Ｌ２は、レーザ光Ｌ１の進行方向とは反対の方向にレーザ光Ｌ１の光路を進む光である。例えば、プラズマ生成領域３１に到達したドロップレットＤＬや、レーザ光Ｌ１の光路上の光学素子等がレーザ光Ｌ１の一部を反射する反射面となる場合があり、この場合、その反射面で反射されたレーザ光Ｌ１の少なくとも一部が戻り光Ｌ２となる。ビームスプリッタＢＳは、例えば、戻り光Ｌ２の一部を透過し他の一部を反射することで、戻り光Ｌ２の一部をレーザ光Ｌ１の光路から分離する。
光センサ５１は、戻り光Ｌ２の受光面５１Ａを有する。光センサ５１は、この受光面５１Ａにおける戻り光Ｌ２のパワーに関連する情報を検出し、その情報をパワー関連信号Ｓ５１として出力するよう構成される。戻り光Ｌ２のパワーに関連する情報は、単位時間あたりの戻り光Ｌ２のエネルギー量を示す値であってもよく、戻り光Ｌ２のエネルギー分布を示す画像であってもよく、戻り光Ｌ２のパワーをレーザ制御部７０が認識し得る情報であればよい。なお、単位時間あたりの戻り光Ｌ２のエネルギー量を示す値をパワー関連信号Ｓ５１として出力する場合、光センサ５１は、例えば、パワーメータにより構成し得る。
表示器６０は、レーザ制御部７０からの与えられる情報を表示画面に表示するよう構成される。例えば、表示器６０は、液晶ディスプレイやＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等のディスプレイ、あるいは、ディスプレイを含んだＰＣ（Personal Computer）により構成し得る。
レーザ制御部７０は、ＣＰＵ（中央処理装置）等を有するコンピュータであり、ＥＵＶ光生成制御部１６と、マスターオシレータＭＯと、光アイソレータ４０と、光センサ５１と、第１電源ＰＳ１、第２電源ＰＳ２、第３電源ＰＳ３及び第４電源ＰＳ４と、表示器６０とに接続される。レーザ制御部７０は、ＥＵＶ光生成制御部１６から出力される発光トリガ信号Ｓ１６や、光センサ５１から出力されるパワー関連信号Ｓ５１等に基づいて、各種の制御を実行するよう構成される。
例えば、レーザ制御部７０は、パワーアンプでレーザ光Ｌ１を増幅可能な状態とするため、マスターオシレータＭＯの制御に先だってパワーアンプを駆動するよう第１電源ＰＳ１、第２電源ＰＳ２、第３電源ＰＳ３、第４電源ＰＳ４を制御する。また例えば、レーザ制御部７０は、発光トリガ信号Ｓ１６に基づいて、バースト期間にレーザ光Ｌ１を出射するようマスターオシレータＭＯを制御する。また例えば、レーザ制御部７０は、発光トリガ信号Ｓ１６に基づいて、マスターオシレータＭＯから出射されるレーザ光Ｌ１をバースト期間には透過し、バースト休止期間には遮断するよう光アイソレータ４０を制御する。
また例えば、レーザ制御部７０は、光センサ５１からのパワー関連信号Ｓ５１に基づいて戻り光Ｌ２のパワーを認識し、その戻り光Ｌ２のパワーと閾値とを比較する。閾値は、例えば、光アイソレータ４０におけるレーザ耐性等に応じて設定される。なお、レーザ光Ｌ１の出力エネルギーやバースト期間の長さ等といったレーザ装置２の運転条件ごとに互いに異なる複数の閾値がメモリ等に用意され、レーザ装置２の運転時等にその運転条件に応じた閾値をレーザ制御部７０がメモリ等から読み出すようにしてもよい。ここで、戻り光Ｌ２のパワーが閾値を越えた場合、レーザ制御部７０は、レーザ光Ｌ１の出射を停止するようマスターオシレータＭＯを制御するとともに、レーザ光Ｌ１を遮断するよう光アイソレータ４０を制御する。この場合、レーザ制御部７０は、オペレータに通知する所定の内容を表示するよう表示器６０を制御する。
なお、レーザ制御部７０における上記の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。
２．２ 動作
露光装置３から出力されるバースト信号Ｓ１と、ターゲットセンサ１５から出力されるドロップレット関連信号Ｓ１５とは、ＥＵＶ光生成制御部１６に入力される。ＥＵＶ光生成制御部１６は、バースト信号Ｓ１やドロップレット関連信号Ｓ１５等に基づいてターゲット供給部１２を制御し、ドロップレットＤＬが出力されるタイミング、ドロップレットＤＬの出力方向等を調整する。また、ＥＵＶ光生成制御部１６は、バースト信号Ｓ１及びドロップレット関連信号Ｓ１５に基づいて、バースト動作するよう発光トリガ信号Ｓ１６をレーザ制御部７０に出力する。
レーザ制御部７０は、マスターオシレータＭＯの制御に先だって第１電源ＰＳ１、第２電源ＰＳ２、第３電源ＰＳ３、第４電源ＰＳ４を制御し、パワーアンプでレーザ光Ｌ１を増幅可能な状態とする。そしてレーザ制御部７０は、ＥＵＶ光生成制御部１６からの発光トリガ信号Ｓ１６に基づいてマスターオシレータＭＯを制御し、バースト期間にマスターオシレータＭＯからレーザ光Ｌ１を出射させる。また、レーザ制御部７０は、発光トリガ信号Ｓ１６に基づいて光アイソレータ４０を制御し、マスターオシレータＭＯから光アイソレータ４０に進むレーザ光Ｌ１をバースト期間に透過させる。
光アイソレータ４０を透過したレーザ光Ｌ１の一部はビームスプリッタＢＳで反射され、第１パワーアンプＰＡ１、第２パワーアンプＰＡ２、第３パワーアンプＰＡ３、第４パワーアンプＰＡ４で増幅される。第４パワーアンプＰＡ４で増幅されたレーザ光Ｌ１は、第４パワーアンプＰＡ４から出射し、第１ミラーＭ１及び第２ミラーＭ２で反射され、チャンバ１１のウインドウＷからチャンバ１１内に入射する。チャンバ１１内に入射したレーザ光Ｌ１は、レーザ集光光学系３２でプラズマ生成領域３１に集光され、ターゲット供給部１２から供給される少なくとも１つのドロップレットＤＬに照射される。
レーザ光Ｌ１が照射されたドロップレットＤＬはプラズマ化し、そのプラズマからＥＵＶ光を含む光が放射される。ＥＵＶ光は、ＥＵＶ光集光ミラー３３の反射面で選択的に反射され、中間集光点で集光し、露光装置３に出力される。なお、１つのドロップレットＤＬに、複数のパルス状のレーザ光Ｌ１が照射されてもよい。
ところで、上記のようにドロップレットＤＬに照射されたレーザ光Ｌ１の一部は、例えばドロップレットＤＬで反射される場合がある。この場合、ドロップレットＤＬで反射されたレーザ光Ｌ１の戻り光Ｌ２は、レーザ集光光学系３２、第２ミラーＭ２、第１ミラーＭ１、第４パワーアンプＰＡ４、第３パワーアンプＰＡ３、第２パワーアンプＰＡ２、第１パワーアンプＰＡ１を経由してビームスプリッタＢＳに進む。
第１パワーアンプＰＡ１を経由してビームスプリッタＢＳに進む戻り光Ｌ２の一部は、ビームスプリッタＢＳを透過して光センサ５１の受光面５１Ａに至る。光センサ５１は、受光面５１Ａおける戻り光Ｌ２のパワーに関連する情報を検出し、その情報をパワー関連信号Ｓ５１として出力する。このパワー関連信号Ｓ５１は、レーザ制御部７０に入力される。
レーザ制御部７０は、パワー関連信号Ｓ５１に基づいて戻り光Ｌ２のパワーを認識し、認識した戻り光Ｌ２のパワーと、閾値とを比較する。ここで、戻り光Ｌ２のパワーが閾値を超えた場合、レーザ制御部７０は、マスターオシレータＭＯを制御してレーザ光Ｌ１の出射を停止するとともに、光アイソレータ４０を制御してレーザ光Ｌ１を遮断する。その後、レーザ制御部７０は、表示器６０を制御して例えば動作異常が生じた旨を表示画面に表示する。
３．比較例の戻り光モジュールの説明
次に、比較例の戻り光モジュールを説明する。なお、上記において説明した構成と同様の構成については同一の符号を付し、特に説明する場合を除き、重複する説明は省略する。
３．１ 構成
図２は、比較例の戻り光モジュールの構成を示す模式図である。図２に示すように、比較例の戻り光モジュール５０は、上記のようにビームスプリッタＢＳ及び光センサ５１を含む。また、比較例の戻り光モジュール５０は、集光レンズ５２を更に含む。集光レンズ５２は、ビームスプリッタＢＳと光センサ５１との間に配置される。この集光レンズ５２の集光位置Ｐに光センサ５１の受光面５１Ａが配置される。
３．２ 動作
上記のように、ビームスプリッタＢＳに進む戻り光Ｌ２の一部は、ビームスプリッタＢＳを透過することでレーザ光Ｌ１の光路から分離される。レーザ光Ｌ１の光路から分離された戻り光Ｌ２は、集光レンズ５２で光センサ５１の受光面５１Ａに集光される。光センサ５１は、受光面５１Ａに集光される戻り光Ｌ２のパワーに関連する情報を検出する。
３．３ 課題
集光レンズ５２で光センサ５１の受光面５１Ａに集光された戻り光Ｌ２の一部は、図２において実線で示すように、受光面５１Ａで戻り光Ｌ３として反射される場合がある。この場合、光センサ５１の受光面５１Ａが集光レンズ５２の集光位置Ｐに配置されているため、受光面５１Ａで反射される殆どの戻り光Ｌ３がレーザ光Ｌ１の光路に入り易い。
従って、光センサ５１の受光面５１Ａと、レーザ光Ｌ１の光路上の光学素子やドロップレットＤＬ等の戻り光Ｌ２の発生元となる反射面とが光学的に結合し易くなる。光センサ５１の受光面５１Ａと、戻り光Ｌ２の発生元となる反射面とが光学的に結合すると自励発振が生じ、その自励発振により増幅された光のエネルギーが光アイソレータ４０やマスターオシレータＭＯのレーザ耐性を超えてしまうことが懸念される。
そこで、以下の実施形態では、自励発振を抑制する戻り光モジュールを含むレーザ装置が例示される。
４．実施形態１の戻り光モジュールの説明
４．１ 構成
図３は、実施形態１の戻り光モジュールの構成を示す模式図である。図３に示すように、実施形態１の戻り光モジュール５０は、上記のようにビームスプリッタＢＳ及び光センサ５１を含む。また、実施形態１の戻り光モジュール５０は、集光光学系５５を含む。
集光光学系５５は、ビームスプリッタＢＳと光センサ５１との間に配置される。集光光学系５５は、ビームスプリッタＢＳでレーザ光Ｌ１の光路から分離される戻り光Ｌ２を集光するよう１又は２以上の光学素子により構成される。実施形態１では、集光光学系５５は、１つの集光レンズ５５Ａを含む。集光レンズ５５Ａは、図３では平凸レンズとされているが、両凸レンズとされてもよく、メニスカスレンズとされてもよい。また、集光レンズ５５Ａの表面にはＡＲ（Anti Reflection）コートが施されていてもよい。この集光レンズ５５Ａの集光位置Ｐよりも集光レンズ５５Ａ側に光センサ５１の受光面５１Ａが配置される。
４．２ 動作
上記のように、ビームスプリッタＢＳに進む戻り光Ｌ２の一部は、ビームスプリッタＢＳでレーザ光Ｌ１の光路から分離される。レーザ光Ｌ１の光路から分離された戻り光Ｌ２は、集光レンズ５５Ａで集光されながら光センサ５１の受光面５１Ａに入射する。光センサ５１は、受光面５１Ａに入射した戻り光Ｌ２のパワーに関連する情報を検出する。
光センサ５１の受光面５１Ａに入射した戻り光Ｌ２の一部は、図３において実線で示すように、受光面５１Ａで戻り光Ｌ３として反射される場合がある。この場合、光センサ５１の受光面５１Ａが集光レンズ５５Ａの集光位置Ｐよりも集光レンズ５５Ａ側に配置されているため、受光面５１Ａで反射される戻り光Ｌ３は拡散しながら集光レンズ５５Ａを経由してビームスプリッタＢＳに進む。
４．３ 作用・効果
実施形態１の戻り光モジュール５０は、光センサ５１の受光面５１Ａを集光レンズ５２の集光位置Ｐよりも集光レンズ５５Ａ側に配置することで、受光面５１Ａで反射される戻り光Ｌ３を拡散させる。
従って、レーザ光Ｌ１の光路に入る戻り光Ｌ２のエネルギー密度は、比較例のように光センサ５１の受光面５１Ａが集光レンズ５２の集光位置Ｐに配置される場合に比べて低くなる。このため、光センサ５１の受光面５１Ａと、レーザ光Ｌ１の光路上において戻り光Ｌ２の発生元となる例えばドロップレットＤＬとが光学的に結合して自励発振が生じ難くなる。この結果、実施形態１の戻り光モジュール５０によれば、自励発振を抑制し得る。
４．４ 変形例
実施形態１では、光センサ５１の受光面５１Ａが集光レンズ５５Ａの集光位置Ｐよりも集光レンズ５５Ａ側に配置された。しかし、図４に示すように、光センサ５１の受光面５１Ａは、集光レンズ５５Ａの集光位置Ｐよりも集光レンズ５５Ａ側とは反対側に配置されていてもよい。要するに、戻り光Ｌ２の光路上において光センサ５１の受光面５１Ａが集光光学系５５の集光位置Ｐとは異なる位置に配置されていればよい。
なお、光センサ５１の受光面５１Ａが集光光学系５５の集光位置Ｐよりも集光光学系５５側に配置された場合、その集光光学系５５側とは反対側に配置される場合に比べて、受光面５１Ａで反射される戻り光Ｌ３をより拡散させ易い。従って、レーザ光Ｌ１の光路に入る戻り光Ｌ３のエネルギー密度をより低くし得る。このため、集光光学系５５の集光位置Ｐよりも集光光学系５５側に光センサ５１の受光面５１Ａが配置されることが好ましい。
また、集光レンズ５５Ａが平凸レンズとされる場合、図５に示すように、平凸レンズの凸面に入射する戻り光Ｌ２の光軸ＡＸ１に対し平凸レンズの平面が傾斜する状態で配置されるようにしてもよい。例えば、光軸ＡＸ１と平面との角度θ１が８７度以上８８度以下の範囲とされる。このように平凸レンズが傾けられた場合、図５において実線で示すように、平凸レンズの凸面から入射した戻り光Ｌ２が平凸レンズの平面で内部反射されても、その平面で内部反射された戻り光Ｌ４は拡散しながらビームスプリッタＢＳに進む。従って、レーザ光Ｌ１の光路に入る戻り光Ｌ４のエネルギー密度を低くし得る。
５．実施形態２の戻り光モジュールの説明
５．１ 構成
図６は、実施形態２の戻り光モジュールの構成を示す模式図である。図６に示すように、実施形態２の戻り光モジュール５０は、実施形態１と同様に、ビームスプリッタＢＳ、光センサ５１及び集光光学系５５を含む。
光センサ５１の受光面５１Ａは、その受光面５１Ａに入射する戻り光Ｌ２の光軸ＡＸ２に対し傾斜する状態で配置される。例えば、光軸ＡＸ２と受光面５１Ａとの角度θ２が８５度以上９０度未満の範囲とされる。好ましくは、光軸ＡＸ２と受光面５１Ａとの角度θ２が８７度以上８８度以下とされる。なお、図６では、光センサ５１の受光面５１Ａが集光レンズ５５Ｂの集光位置Ｐよりも集光レンズ５５Ｂ側に配置されているが、光軸ＡＸ２に対し傾斜する状態で配置されている実施形態２では、当該集光位置Ｐに配置されていてもよい。
集光光学系５５は、１つの集光レンズ５５Ｂを含む。集光レンズ５５Ｂは、図６ではメニスカスレンズとされているが、平凸レンズとされてもよく、両凸レンズとされてもよい。集光レンズ５５Ｂの表面にはＡＲコートが施されていてもよい。
実施形態２の戻り光モジュール５０は、光センサ５１及び集光レンズ５５Ｂを覆うカバー５６を更に含む。カバー５６は、ビームスプリッタＢＳと集光レンズ５５Ｂとの間における戻り光Ｌ２の光路上に開口５６Ａを有する。この開口５６Ａを介して、ビームスプリッタＢＳでレーザ光Ｌ１の光路から分離される戻り光Ｌ２がカバー５６内の集光レンズ５５Ｂに入射する。カバー５６の少なくとも内面には、戻り光Ｌ２を吸収する吸収部材が配置されてもよい。例えば、カバー５６の内壁に対して黒色アルマイト処理等が施されることで、カバー５６の内面に吸収部材が配置され得る。
５．２ 動作
上記のように、ビームスプリッタＢＳに進む戻り光Ｌ２の一部は、ビームスプリッタＢＳでレーザ光Ｌ１の光路から分離される。レーザ光Ｌ１の光路から分離された戻り光Ｌ２は、集光レンズ５５Ｂで集光されながら光センサ５１の受光面５１Ａに入射する。光センサ５１は、受光面５１Ａに入射した戻り光Ｌ２のパワーに関連する情報を検出する。
集光レンズ５５Ｂで光センサ５１の受光面５１Ａに入射した戻り光Ｌ２の一部は、図６において実線で示すように、受光面５１Ａで戻り光Ｌ３として反射される場合がある。この場合、光センサ５１の受光面５１Ａは、その受光面５１Ａに入射する戻り光Ｌ２の光軸ＡＸ２に対し傾斜する状態で配置されているため、その受光面５１Ａで反射された戻り光Ｌ３は光軸ＡＸ２から反れて拡散する。光軸ＡＸ２から反れて拡散した戻り光Ｌ３の大部分はカバー５６内に閉じ込められ、カバー５６の内面に吸収部材が配置されている場合にはその吸収部材で吸収される。
５．３ 作用・効果
実施形態２の戻り光モジュール５０は、戻り光Ｌ２の光軸ＡＸ２に対し傾斜する状態で光センサ５１の受光面５１Ａを配置することで、受光面５１Ａで反射される戻り光Ｌ３を光軸ＡＸ２から逸らして拡散させる。
従って、レーザ光Ｌ１の光路に入る戻り光Ｌ３のエネルギー密度は低くなる。このため、光センサ５１の受光面５１Ａと、レーザ光Ｌ１の光路上において戻り光Ｌ２の発生元となる例えばドロップレットＤＬとが光学的に結合して自励発振が生じ難くなる。この結果、実施形態２の戻り光モジュール５０によれば、自励発振を抑制し得る。
また、実施形態２の戻り光モジュール５０は、ビームスプリッタＢＳと集光レンズ５５Ｂとの間における戻り光Ｌ２の光路上に開口５６Ａを有するカバー５６を配置して、カバー５６によって光センサ５１及び集光レンズ５５Ｂを覆っている。このため、実施形態２の戻り光モジュール５０は、光センサ５１の受光面５１Ａで反射される戻り光Ｌ３の大部分から、カバー５６の外側に配置される光学素子や光学部品を遮光することができる。従って、実施形態２の戻り光モジュール５０は、カバー５６の外側に配置される光学素子や光学部品に対する戻り光Ｌ３によるダメージを低減させ得る。
６．実施形態３の戻り光モジュールの説明
６．１ 構成
図７は、実施形態３の戻り光モジュールの構成を示す模式図である。図７に示すように、実施形態３の戻り光モジュール５０は、実施形態１と同様に、ビームスプリッタＢＳ、光センサ５１及び集光光学系５５を含む。
集光光学系５５は、１つの凹面ミラー５５Ｃを含む。凹面ミラー５５Ｃは、ビームスプリッタＢＳでレーザ光Ｌ１の光路から分離される戻り光Ｌ２を反射して集光しながら受光面５１Ａに導く。この凹面ミラー５５Ｃの集光位置Ｐよりも集光レンズ５５Ａ側に光センサ５１の受光面５１Ａが配置される。
６．２ 動作
上記のように、ビームスプリッタＢＳに進む戻り光Ｌ２の一部は、ビームスプリッタＢＳでレーザ光Ｌ１の光路から分離される。レーザ光Ｌ１の光路から分離された戻り光Ｌ２は、凹面ミラー５５Ｃの凹面で反射され集光されながら光センサ５１の受光面５１Ａに入射する。光センサ５１は、受光面５１Ａに入射した戻り光Ｌ２のパワーに関連する情報を検出する。
光センサ５１の受光面５１Ａに入射した戻り光Ｌ２の一部は、図７において実線で示すように、受光面５１Ａで戻り光Ｌ３として反射される場合がある。この場合、受光面５１Ａで反射された戻り光Ｌ３は、凹面ミラー５５Ｃの凹面で反射されることで拡散しながらビームスプリッタＢＳに進む。
６．３ 作用・効果
実施形態３の戻り光モジュール５０は、集光光学系５５を凹面ミラー５５Ｃとすることで、受光面５１Ａで反射される戻り光Ｌ３を凹面ミラー５５Ｃで拡散させる。
従って、レーザ光Ｌ１の光路に入る戻り光Ｌ３のエネルギー密度は低くなる。このため、光センサ５１の受光面５１Ａと、レーザ光Ｌ１の光路上において戻り光Ｌ２の発生元となる例えばドロップレットＤＬとが光学的に結合して自励発振が生じ難くなる。この結果、実施形態３の戻り光モジュール５０によれば、自励発振を抑制し得る。
なお、集光光学系５５が集光レンズの場合、その集光レンズに戻り光Ｌ２が入射する面及び集光レンズから戻り光Ｌ２が出射する面の双方が戻り光Ｌ２の反射面となり得る。これに対し、実施形態３では集光光学系５５が凹面ミラー５５Ｃとされることで、集光光学系５５による戻り光Ｌ２の反射面が凹面の１つだけとなる。従って、実施形態３の戻り光モジュール５０は、集光光学系５５に起因する戻り光Ｌ２の反射回数を低減し得る。
７．実施形態４の戻り光モジュールの説明
７．１ 構成
図８は、実施形態４のレーザ装置の一部の構成を示す模式図である。図８に示すように、実施形態４のレーザ装置２は、図１に示した戻り光モジュール５０に加えて光センサ８０を新たな構成として更に含む。
光センサ８０は、ビームスプリッタＢＳを透過するレーザ光Ｌ１を監視するように構成される。例えば、光センサ８０は、ビームスプリッタ、転写レンズ、ポジションセンサ、集光レンズ及びポインティングセンサにより構成し得る。
７．２ 動作
光アイソレータ４０からビームスプリッタＢＳで反射されるレーザ光Ｌ１は、上記のように第１パワーアンプＰＡ１に進む。また、光アイソレータ４０からビームスプリッタＢＳを透過するレーザ光Ｌ１は、光センサ８０のビームスプリッタに進む。
光センサ８０のビームスプリッタで反射されるレーザ光Ｌ１は、例えば、転写レンズに入射してポジションセンサの受光面に転写される。ポジションセンサは、受光面に転写されるレーザ光Ｌ１のエネルギー分布を画像信号としてレーザ制御部７０に出力する。
光センサ８０のビームスプリッタで透過されるレーザ光Ｌ１は、例えば、集光レンズに入射してポインティングセンサの受光面に集光される。ポインティングセンサは、受光面に集光されるレーザ光Ｌ１のエネルギー分布を画像信号としてレーザ制御部７０に出力する。
レーザ制御部７０は、ポジションセンサ及びポインティングセンサからの画像信号に基づいて、第１ミラーＭ１及び第２ミラーＭ２にそれぞれ接続される図示されないアクチュエータを制御し、ビーム進行方向等を調節する。
７．３ 作用・効果
実施形態４のレーザ装置２は、ビームスプリッタＢＳを用いてレーザ光Ｌ１の光路から光センサ８０で検出するレーザ光Ｌ１を分離し、そのビームスプリッタＢＳを用いてレーザ光Ｌ１の光路から光センサ５１で検出する戻り光Ｌ２を分離する。このため、実施形態４のレーザ装置２は、１枚のビームスプリッタＢＳを用いて、レーザ光Ｌ１を光センサ８０で監視するとともに、戻り光Ｌ２を光センサ５１で監視し得る。従って、実施形態４のレーザ装置２によれば、レーザ光Ｌ１の監視用と、戻り光Ｌ２の監視用とで別々のビームスプリッタを配置させる場合に比べて、当該ビームスプリッタにおける光量ロスを低減し得る。
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や変形例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。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。
１・・・極端紫外光生成装置、２・・・レーザ装置、３・・・露光装置、１１・・・チャンバ、１２・・・ターゲット供給部、１４・・・ターゲット回収部、１５・・・ターゲットセンサ、１６・・・ＥＵＶ光生成制御部、３１・・・プラズマ生成領域、３２・・・レーザ集光光学系、３３・・・ＥＵＶ光集光ミラー、４０・・・光アイソレータ、５０・・・戻り光モジュール、５１，８０・・・光センサ、５５・・・集光光学系、６０・・・表示器、７０・・・レーザ制御部、ＢＳ・・・ビームスプリッタ、ＰＡ１・・・第１パワーアンプ、ＰＡ２・・・第２パワーアンプ、ＰＡ３・・・第３パワーアンプ、ＰＡ４・・・第４パワーアンプ、Ｍ１・・・第１ミラー、Ｍ２・・・第２ミラー

Claims (8)

  1. レーザ光を出射するマスターオシレータと、
    前記マスターオシレータから出射されるレーザ光の光路上に配置される増幅器と、
    前記マスターオシレータと前記増幅器との間に配置され、前記レーザ光の進行方向とは反対の方向に前記レーザ光の光路を進む戻り光の少なくとも一部を前記レーザ光の光路から分離するビームスプリッタと、
    前記ビームスプリッタで前記レーザ光の光路から分離される前記戻り光を集光する集光光学系と、
    前記戻り光の受光面を有し、前記集光光学系を介して前記受光面に入射する戻り光のパワーに関連する情報を検出する光センサと、
    を備え、
    前記受光面は、前記戻り光の光路上において前記集光光学系の集光位置と異なる位置に配置される
    レーザ装置。
  2. 請求項１に記載のレーザ装置であって、
    前記受光面は、前記集光光学系の集光位置よりも前記集光光学系側に配置される。
  3. 請求項１に記載のレーザ装置であって、
    前記受光面は、前記集光光学系の集光位置よりも前記集光光学系側とは反対側に配置される。
  4. 請求項１に記載のレーザ装置であって、
    前記集光光学系は平凸レンズとされ、前記平凸レンズの平面は、前記平凸レンズに入射する前記戻り光の光軸に対し傾斜する状態で配置される。
  5. 請求項１に記載のレーザ装置であって、
    前記受光面は、前記受光面に入射する前記戻り光の光軸に対し傾斜する状態で配置される。
  6. 請求項１に記載のレーザ装置であって、
    前記集光光学系は、前記戻り光を反射して集光しながら前記受光面に導く凹面ミラーとされる。
  7. 請求項１に記載のレーザ装置であって、
    前記マスターオシレータと前記ビームスプリッタとの間に配置される光アイソレータを更に備える。
  8. レーザ光を出射するマスターオシレータと、
    前記マスターオシレータから出射されるレーザ光の光路上に配置される増幅器と、
    前記マスターオシレータと前記増幅器との間に配置され、前記レーザ光の進行方向とは反対の方向に前記レーザ光の光路を進む戻り光の少なくとも一部を前記レーザ光の光路から分離するビームスプリッタと、
    前記ビームスプリッタで前記レーザ光の光路から分離される前記戻り光を集光する集光光学系と、
    前記戻り光の受光面を有し、前記集光光学系を介して前記受光面に入射する戻り光のパワーに関連する情報を検出する光センサと、
    を備え、
    前記受光面は、前記受光面に入射する前記戻り光の光軸に対し傾斜する状態で配置される
    レーザ装置。

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