TWI580318B - 產生極遠紫外光的系統與方法 - Google Patents

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TWI580318B
TWI580318B TW101121329A TW101121329A TWI580318B TW I580318 B TWI580318 B TW I580318B TW 101121329 A TW101121329 A TW 101121329A TW 101121329 A TW101121329 A TW 101121329A TW I580318 B TWI580318 B TW I580318B
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Description

產生極遠紫外光的系統與方法 相關申請案之相互參照
本申請案主張於2011年6月15日提出申請之日本專利申請案第2011-133111號之優先權。
本發明係關於產生極遠紫外光(EUV)的系統與方法。
近年來，由於光蝕刻法在更細微製造方面迅速發展，半導體製造方法已能製造日益細微之特徵(feature)大小的半導體器件。在次世代半導體製造方法，將需要具有60 nm至45 nm之特徵大小的微製造，及另外具有32 nm或更小之特徵大小的微製造。為了符合具有32 nm或更小之特徵大小的微製造之要求，需要例如將用於產生波長為約13 nm之EUV光的系統與縮小投射反射光學系統的曝光裝置結合。
大致上已知三種類型之用於產生EUV光的系統，其包括雷射產生電漿(Laser Produced Plasma，LPP)型系統，其中電漿係藉由對靶材照射雷射光束而產生；放電產生電漿(Discharge Produced Plasma，DPP)型系統，其中電漿係藉由放電產生；及同步輻射(SR)型系統，其中使用軌域輻射。
根據本發明之一實施樣態的系統可包括室、經組態以產生待導入該室之雷射光束的雷射光束裝置、用以至少控制該雷射光束之光束強度及輸出時序的雷射光束裝置之雷射控制器，及用以將靶材供應至該室的靶材供應單元。該靶材係以該雷射光束照射以產生極遠紫外光。
根據本發明其他實施樣態之系統可包括室、經組態以將雷射光束輸出至該室之雷射光束裝置、用於控制該雷射光束之能量以達到預定通量的雷射光束裝置之雷射控制器，及用以將靶材供應至該室的靶材供應單元。該靶材係以該雷射光束照射以產生極遠紫外光。
根據本發明又其他之實施樣態的用於在包括雷射光束裝置、雷射控制器、室及靶材供應單元之系統中產生極遠紫外光的方法可包括將靶材以液滴形式供應至該室，以來自該雷射光束裝置的前置脈衝(pre-pulse)雷射光束照射該靶材，及在該靶材係以該前置脈衝雷射光束照射之後0.5 μs至3 μs之範圍內，以來自該雷射光束裝置之主脈衝雷射光束照射該已經前置脈衝雷射光束照射的靶材。
以下，茲參考附圖詳細描述本發明之經選擇具體實例。以下欲描述之具體實例只為範例性質且不限制本發明之範圍。此外，各具體實例中所描述的構造及操作在實施 本發明時並非全都必要。應注意的是相同元件係以相同參考數字及文字表示，且將省略其重複的描述。
內容
1.一般構造
2.液滴之擴散
2.1碟形或盤形擴散
2.2圓環形擴散
2.3大液滴之擴散
2.4小液滴之擴散
3.第一具體實例
4.第二具體實例
5.第三具體實例
6.第四具體實例
7.第五具體實例
8.第六具體實例
9.雷射光束之照射條件
10.第七具體實例
10.1偏振控制之概述
10.2偏振控制之實例
10.3偏振轉換器之實例
11.第八具體實例
12.第九具體實例
13.通量之控制
14.延遲時間之控制
1.一般構造
圖1示意圖示根據本發明具體實例之EUV光產生系統的範例構造。該具體實例之EUV光產生系統可為LPP型。如圖1所示，該EUV光產生系統可包括室1、靶材供應單元2、驅動雷射3、EUV收集器鏡5及EUV光產生控制器7。
室1可為真空室，且EUV光係在室1內部產生。室1可設有曝光裝置連接埠11及窗12。在室1內部產生的EUV光可經由該曝光裝置連接埠11被輸出至外部處理裝置，諸如曝光裝置(縮小投射反射光學系統)。從該驅動雷射3輸出之雷射光束可經由窗12進入室1。
靶材供應單元2可經組態以在液滴控制器8所指定的時序將用以產生EUV光之靶材(諸如錫(Sn)及鋰(Li))供應至室1。該靶材供應單元2內部的靶材可經由靶材噴嘴13以液滴DL形式輸出。該液滴DL的直徑可為例如10 μm至100 μm(包括端值)。在供應至室1之複數個液滴DL當中，可將未經雷射光束照射者收集至靶材收集單元14。
驅動雷射3係經組態以輸出用以激發該靶材的雷射光束。驅動雷射3可為主振盪器功率放大器型雷射裝置。來自驅動雷射3之雷射光束可為具有數奈秒至數十奈秒之脈衝持續期間且重複速率為10 kHz至100 kHz之脈衝雷射 光束。在該具體實例中，驅動雷射3可經組態以輸出前置脈衝雷射光束及主脈衝雷射光束。可使用輸出前置脈衝雷射光束之釔鋁石榴石(YAG)雷射裝置與輸出主脈衝雷射光束之CO2雷射裝置的組合作為驅動雷射3。然而，該具體實例不侷限於此，且可使用任何適用之雷射裝置。
來自驅動雷射3之前置脈衝雷射光束及主脈衝雷射光束各可被包括高反射鏡15a及離軸拋物面鏡15b的雷射光束聚焦光學系統反射，並經由窗12進入室1。在室1中，前置脈衝雷射光束及主脈衝雷射光束各可聚焦於電漿產生區PS。
當液滴DL係以前置脈衝雷射光束照射時，該液滴DL可擴散成細微粒子。在本說明書中，呈擴散為液滴DL之細微粒子的狀態之靶材可稱為擴散靶材。該擴散靶材可以主脈衝雷射光束照射。當以主脈衝雷射光束照射時，構成該擴散靶材之靶材可被該主脈衝雷射光束之能量激發。該靶材可藉此而變成電漿，且可從該電漿發出包括EUV光之各種不同波長的光線。
EUV收集器鏡5可經組態以選擇性反射從該電漿所發出之各種不同波長的光線當中之預定波長的光(例如在約13.5 nm之中心波長的EUV光)。EUV收集器鏡5可具有橢球狀凹面表面，該球狀凹面表面上形成由鉬(Mo)層及矽(Si)層交替層疊所形成的多層反射膜。EUV收集器鏡5可經定位使得該橢球狀表面之第一焦點位於電漿產生區PS且其第二焦點位於中間焦點區IF。被EUV收集器鏡5 反射的EUV光可藉此而聚焦在該第二焦點，且輸出至外部曝光裝置。
EUV光產生控制器7可經組態以將振盪觸發信號及雷射光束強度設定信號輸出至驅動雷射3。EUV光產生控制器7可藉此而控制該前置脈衝雷射光束的光束強度及產生時序，使得供應至室1之液滴變成所希望之擴散靶材。此外，EUV光產生控制器7可控制該主脈衝雷射光束之光束強度及產生時序，使得可在以該主脈衝雷射光束照射時從該擴散靶材產生所希望條件之電漿。
該振盪觸發信號根據來自曝光裝置控制器9之振盪觸發偵測信號輸出，且由驅動雷射3產生雷射光束之產生時序可因此受到控制。該雷射光束強度設定信號可根據來自曝光裝置控制器9之振盪觸發偵測信號及來自EUV光偵測器16或曝光裝置控制器9之EUV脈衝能量偵測信號而輸出。該雷射光束強度設定信號可輸出至驅動雷射3以控制雷射光束之光束強度。EUV光產生控制器7可包括觸發計數器7a及計時器7b，且可計數每單位時間之振盪觸發偵測信號的數量。該雷射光束強度設定信號可根據該EUV脈衝能量偵測信號及所計數之振盪觸發偵測信號的數量而輸出。
2.液滴之擴散
茲將討論以前置脈衝雷射光束照射時之液滴的擴散。圖2為顯示以前置脈衝雷射光束照射之液滴的概念圖。圖 2中，以與該前置脈衝雷射光束之光束軸(Z方向)垂直的方向觀看液滴。
如圖2所示，當該前置脈衝雷射光束係聚焦在液滴DL上時，已經前置脈衝雷射光束照射的液滴DL之表面上可發生雷射消熔。因此，可因該雷射消熔之能量而發生從經該前置脈衝雷射光束照射之液滴DL的表面朝該液滴DL內部的震波。該震波可傳遍該液滴DL。當該前置脈衝雷射光束的光束強度弱時，該液滴DL可能不會破裂。然而，當該前置脈衝雷射光束之光束強度等於或大於第一預定值1×109 W/cm2)時，該液滴DL可能會因此震波而破裂。
2.1碟形或盤形擴散
圖3A至3C顯示以前置脈衝雷射光束照射熔融錫液滴的擴散模擬結果。圖3D係拍攝在與圖3C所顯示之模擬相同條件下的經前置脈衝雷射光束照射之熔融錫液滴的照片。在圖3A至3D各者中，以與該前置脈衝雷射光束之光束軸(Z方向)垂直的方向觀看液滴。此外，在圖3A至3C中，顯示主脈衝雷射光束之光點大小及撞擊該液滴DL的前置脈衝雷射光束之光束強度。在圖3B中，顯示該擴散靶材之擴散直徑Dd及主脈衝雷射光束之照射光點大小Dm。
如圖3A所示，當脈衝雷射光束之光束強度為6.4×108 W/cm2時，該液滴幾乎不擴散。另一方面，如圖3B所 示，當該前置脈衝雷射光束之光束強度為1.6×109 W/cm2(為圖3A所示之模擬中的光束強度的2.5倍)時，該液滴破裂。該破裂的液滴變成許多微小粒子且形成擴散靶材。當以Z方向觀看時，該等微小粒子可呈碟形擴散。此外，如圖3C所示，當前置脈衝雷射光束之光束強度為5.5×109 W/cm2(為圖3A所示之模擬中的光束強度的8.6倍)時，該液滴破裂，且該破裂之液滴的微小粒子可呈盤形擴散。從圖3C及圖3D之間的比較可看出，微小粒子的實際擴散狀態與模擬結果相似。
在圖3A所示之例中，推測即使以主脈衝雷射光束照射該液滴時，大部分該主脈衝雷射光束之能量不被該液滴吸收，因而無法獲得高CE。即，相對於以前置脈衝雷射光束照射後之靶材的大小，該主脈衝雷射光束之照射光點大小太大。因此，大部分該主脈衝雷射光束可能不會撞擊該液滴且可能不用以產生電漿。另一方面，在圖3B及3C所示之例中，該液滴係擴散在該主脈衝雷射光束之照射光點中，因此大部分該主脈衝雷射光束可用以產生電漿。此外，擴散靶材可具有比單一液滴更大之總表面積。如下所示，當單一液滴破裂成n3個較小液滴時，較小液滴之半徑可變成原有液滴之半徑的(1/n)。此處，該等較小液滴的總表面積可為該原有液滴的表面積的n倍。
當未擴散之液滴的半徑為r時，該未擴散液滴之體積V1可以下式(1)表示。
V1=4πr3/3………(1)
各具有半徑(r/n)之n3個較小液滴的總體積V2可以下式(2)表示。
V2=n3×4π(r/n)3/3‧‧‧(2)
各具有半徑(r/n)之n3個較小液滴的總體積V2可等於具有半徑r之未擴散液滴之體積V1(V2=V1)。
具有半徑r之未擴散液滴的表面積S1可以下式(3)表示。
S1=4πr2‧‧‧(3)
各具有半徑(r/n)之n3個較小液滴的總表面積S2可以下式(4)表示。
S2=n3×4π(r/n)2=n×4πr2‧‧‧(4)
因此，各具有半徑(r/n)之n3個較小液滴的總表面積S2為具有半徑r之未擴散液滴的表面積S1的n倍。
以此方式，在圖3B及3C中所示之例中，該液滴可擴散，且總表面積可增加。因此，主脈衝雷射光束之能量可被該經擴散的小粒子有效率地吸收。藉此，較大部分之經擴散小粒子可轉變成電漿，且可獲得具有較高能量的EUV光。因此，可獲得高CE。
在圖3B及3C所示之例任一者中，擴散靶材具有在該前置脈衝雷射光束之光束軸方向的長度比在與該前置脈衝雷射光束之光束軸垂直的方向之長度短的形狀。具有此種形狀之擴散靶材可以沿著與該前置脈衝雷射光束實質上相同之路徑行進的主脈衝雷射光束照射。由於該擴散靶材可以該主脈衝雷射光束更均勻地照射，故該主脈衝雷射光束 可被該靶材有效率地吸收。
該擴散靶材之擴散直徑Dd可等於或小於該主脈衝雷射光束之照射光點大小Dm。因該大小之故，該整體擴散靶材可以該主脈衝雷射光束照射，因而較大部分該擴散靶材可被轉變成電漿。因此，可抑制產生靶材之碎屑。
此外，該擴散靶材之擴散直徑Dd可等於或更接近該主脈衝雷射光束之照射光點大小Dm。藉此，較大部分該主脈衝雷射光束之能量可被該擴散靶材吸收，從而可獲得較高CE。雖然圖3B顯示該主脈衝雷射光束之光束腰寬的位置實質上與該擴散靶材之位置重合，但本發明不侷限於此。即，該主脈衝雷射光束之光束腰寬的位置及該擴散靶材之位置不一定必須彼此重合。本發明中，主脈衝雷射光束之照射光點大小Dm可理解為在以該主脈衝雷射光束照射該擴散靶材之位置或其附近的該主脈衝雷射光束之橫斷面直徑。
雖然描述主脈衝雷射光束具有圓形橫斷面且擴散靶材之橫斷面為圓形之例，但本發明不侷限於此。例如，該主脈衝雷射光束之橫斷面積可大於該擴散靶材之最大橫斷面積。
2.2 圓環形擴散
圖4A及4B示意顯示已經前置脈衝雷射光束照射之熔融錫液滴。圖4A中，以與前置脈衝雷射光束及主脈衝雷射光束之光束軸(Z方向)垂直的方向觀看擴散靶材。圖4B中，以前置脈衝雷射光束及主脈衝雷射光束之光束軸 的方向觀看該擴散靶材。圖4B中，顯示圓環形擴散靶材之外徑Dout及主脈衝雷射光束之照射光點大小Dm。
參考圖2所示，當前置脈衝雷射光束聚焦於液滴DL上時，該液滴DL表面可發生雷射消熔。此處，當前置脈衝雷射光束之光束強度等於或大於第二預定值(例如6.4×109 W/cm2)時，該液滴DL可破裂，且可形成如圖4A及4B所示之圓環形擴散靶材。該圓環形擴散靶材可依該前置脈衝雷射光束之光束軸對稱地擴散且擴散成圓環形。
例如，為了產生圓環形擴散靶材，前置脈衝雷射光束之光束強度可在6.4×109 W/cm2至3.2×1010 W/cm2(包括端值)之範圍內，且液滴之直徑可在12 μm與40 μm(包括端值)之範圍內。
茲描述以主脈衝雷射光束照射圓環形擴散靶材。圓環形擴散靶材可在該液滴係以前置脈衝雷射光束照射照射後0.5 μs至2.0 μs之內形成。因此，該擴散靶材較佳可在該液滴係以前置脈衝雷射光束照射後之上述時間跨距內以主脈衝雷射光束照射。
此外，如圖4A及4B所示，該圓環形擴散靶材具有在該前置脈衝雷射光束之光束軸方向的長度比在與該前置脈衝雷射光束之光束軸垂直的方向之長度短的形狀。具有此種形狀之擴散靶材可以沿著與該前置脈衝雷射光束實質上相同之路徑行進的主脈衝雷射光束照射。藉此，由於該擴散靶材可以該主脈衝雷射光束更有效率地照射，因此該主 脈衝雷射光束可被該靶材有效率地吸收。因此，可改善LPP型EUV光產生系統中之CE。經由在上述條件下之實驗獲得約3%之CE。
例如，推測當圓環形擴散靶材係以具有高斯光束強度分布之主脈衝雷射光束照射時，電漿係從該圓環形擴散靶材以圓柱方式發出。然後，可將朝該圓柱之內部部分擴散之電漿捕獲於其中。因此，可產生高溫、高密度之電漿，且可改善CE。此處「圓環形」意指環形，但該擴散靶材不一定必須為完美的環形，而是可為實質上呈環形。
此外，主脈衝雷射光束之照射光點大小Dm較佳可與圓環形擴散靶材之外徑Dout成下列關係。
DmDout
在該關係下，該整體圓環形擴散靶材可以該主脈衝雷射光束照射，且較大部分該擴散靶材可被轉變成電漿。因此，可減少產生靶材之碎屑。
2.3大液滴之擴散
圖5A至5H顯示以前置脈衝雷射光束照射直徑為60 μm之熔融錫液滴時的擴散模擬結果。在圖5A至5D各者中，以與該前置脈衝雷射光束之光束軸(Z方向)垂直的方向(X方向)觀看液滴或該擴散靶材。圖5A至5D分別顯示在以前置脈衝雷射光束照射液滴DL之後的時間T為0 μs、0.4 μs、0.8 μs及1.4 μs的時序之靶材狀態。在圖5E至5H各者中，以前置脈衝雷射光束之光束軸的方向 (Z方向)觀看液滴或擴散靶材。圖5E至5H分別顯示在以前置脈衝雷射光束照射液滴DL之後的時間T為0 μs、0.4 μs、0.8 μs及1.4 μs的時序之靶材狀態。圖5I顯示在該擴散靶材係以主脈衝雷射光束照射之位置的該主脈衝雷射光束之照射光點大小。此處，該前置脈衝雷射光束之光束強度為1.5×109 W/cm2。
參考圖5A至5H之模擬結果以及圖5I所示之該主脈衝雷射光束的照射光點大小，可發現以下現象。在以前置脈衝雷射光束照射液滴後約0.4 μs內，大部分該擴散靶材可被主脈衝雷射光束照射。因此，若該擴散靶材在上述時序以該主脈衝雷射光束照射，可減少碎屑產生。
直徑為60 μm之液滴可在以前置脈衝雷射光束照射時破裂成小粒子且擴散。在圖5A至5D各者中，顯示擴散靶材中之小粒子直徑的最大值及最小值。藉由該模擬中前置脈衝雷射光束之光束強度，該擴散靶材中之小粒子的最大值為48.0 μm。即，液滴未被該前置脈衝雷射光束充分破裂，且即使在以主脈衝雷射光束照射該擴散靶材時，大部分該擴散靶材不會轉變成電漿。此可意謂著可能產生大量碎屑。該擴散靶材中之小粒子的直徑之最小值分別係在以前置脈衝雷射光束照射液滴後的0.4 μs內為3.7 μm、在0.8 μs內為3.5 μm及在1.4 μs內為3.1 μm。此意謂著在以前置脈衝雷射光束照射液滴後經過愈長時間，小粒子的直徑變得更小，且小粒子數量可增加。此繼而意謂著在以前置脈衝雷射光束照射直徑為60 μm之熔融錫液滴的例 中，若在以前置脈衝雷射光束照射該液滴後的時間T係介於0.4 μs與1.4 μs的範圍內以主脈衝雷射光束照射擴散靶材，則以較長時間T可進一步改善CE。
圖6顯示以前置脈衝雷射光束照射直徑為60 μm之熔融錫液滴時該擴散靶材之擴散直徑Dd隨時間之改變及當在給定之時間點以主脈衝雷射光束照射該擴散靶材時之轉換效率。如圖5F及6所示，該擴散靶材之擴散直徑Dd可與以該前置脈衝雷射光束照射該液滴後約0.4 μs內之該主脈衝雷射光束的照射光點大小實質上重合。因此，若在以該前置脈衝雷射光束照射該液滴後0.4 μs內以該主脈衝雷射光束照射該擴散靶材，可減少碎屑產生(見圖6之白色箭頭A)。另一方面，參考圖6，若在以該前置脈衝雷射光束照射該液滴後約3 μs內以該主脈衝雷射光束照射該擴散靶材，可獲得高CE(見圖6之白色箭頭B)。該模擬結果意謂著用以減少碎屑產生之該主脈衝雷射光束距該前置脈衝雷射光束的較佳延遲時間可不同於用以獲得高CE之較佳延遲時間。即，當直徑為60 μm之熔融錫液滴係依序以前置脈衝雷射光束然後以主脈衝雷射光束照射時，可能難以同時減少碎屑及獲得高CE。
2.4小液滴之擴散
圖7A至7H顯示以前置脈衝雷射光束照射直徑為10 μm之熔融錫液滴時的擴散模擬結果。在圖7A至7D各者中，以與該前置脈衝雷射光束之光束軸(Z方向)垂直的 方向(X方向)觀看液滴或該擴散靶材。圖7A至7D分別顯示在以前置脈衝雷射光束照射液滴之後的時間T為0 μs、0.1 μs、0.25 μs及0.5 μs的時序之靶材狀態。在圖7E至7H各者中，以前置脈衝雷射光束之光束軸(Z方向)的方向觀看液滴或擴散靶材。圖7E至7H分別顯示在以前置脈衝雷射光束照射液滴之後的時間T為0 μs、0.1 μs、0.25 μs及0.5 μs的時序之靶材狀態。圖7I顯示在該擴散靶材係以主脈衝雷射光束照射之位置的該主脈衝雷射光束之照射光點大小。此處，該前置脈衝雷射光束之光束強度為1.5×109 W/cm2。
參考圖7A至7H之模擬結果以及圖7I所示之該主脈衝雷射光束的照射光點大小，可說大部分該擴散靶材可在以前置脈衝雷射光束照射該液滴後0.1 μs內以主脈衝雷射光束照射。因此，若該擴散靶材在上述時序以該主脈衝雷射光束照射，可減少碎屑產生。
如圖7A至7D所示，擴散靶材中之小粒子的直徑之最大值係在以前置脈衝雷射光束照射該液滴後的0.1 μs內為2.2 μm、0.25 μs內為1.1 μm及0.5 μs後為1.1 μm。此意謂著擴散靶材中之小粒子的直徑之最大值在以前置脈衝雷射光束照射該液滴後的0.25 μs內變成常數。該擴散靶材中之小粒子的直徑之最小值係在以前置脈衝雷射光束照射該液滴後的0.1 μs內為0.2 μm、在0.25 μs內為0.2 μm及在0.5 μs內為0.2 μm。此意謂在以前置脈衝雷射光束照射該液滴後0.1 μs內擴散靶材中之小粒子已足夠小。此繼 而意謂若在以該前置脈衝雷射光束照射該液滴後0.1 μs內以該主脈衝雷射光束照射該擴散靶材，可獲得較高CE。
圖8顯示以前置脈衝雷射光束照射直徑為10 μm之熔融錫液滴時該擴散靶材之擴散直徑Dd隨時間之改變及當在給定之時間點以主脈衝雷射光束照射該擴散靶材時之轉換效率。
如圖7F及8所示，該擴散靶材之擴散直徑Dd可在以該前置脈衝雷射光束照射該液滴後0.1 μs內與該主脈衝雷射光束的照射光點大小實質上重合。因此，若在以該前置脈衝雷射光束照射該液滴後0.1 μs內以該主脈衝雷射光束照射該擴散靶材，可減少碎屑產生(見圖8之白色箭頭A)。另一方面，參考圖8，若在以該前置脈衝雷射光束照射該液滴後約0.15 μs內以該主脈衝雷射光束照射該擴散靶材，可獲得高CE(見圖8之白色箭頭B)。該等模擬結果意謂在用於減少碎屑之主脈衝雷射光束的較佳延遲時間與用於獲得高CE之主脈衝雷射光束的較佳延遲時間之間的差距相對較小。即，當直徑為10 μm之熔融錫液滴係依序以前置脈衝雷射光束然後以主脈衝雷射光束照射時，可能同時減少碎屑及獲得高CE。直徑為10 μm之熔融錫液滴可被稱為質量受限靶材，原因係其為具有產生所希望EUV光所需之最小質量的靶材。
3.第一具體實例
圖9示意圖示根據第一具體實例之EUV光產生系統 的範例構造。在根據第一具體實例之EUV光產生系統中，可藉由光束組合器15c使來自YAG脈衝雷射裝置3a之前置脈衝雷射光束的光束路徑及來自CO2脈衝雷射裝置3b之主脈衝雷射光束的光束路徑實質上彼此重合。即，在第一具體實例中，該前置脈衝雷射光束及該主脈衝雷射光束係沿著實質上相同路徑被導至室1。
首先，可將EUV光發射信號從曝光裝置控制器9輸入至EUV光產生控制器7。EUV光產生控制器7可經組態以將YAG雷射光束強度設定信號輸出至YAG脈衝雷射裝置3a。此外，EUV光產生控制器7可經組態以將CO2雷射光束強度設定信號輸出至CO2脈衝雷射裝置3b。
此外，EUV光產生控制器7可經組態以將EUV光發射觸發信號輸出至觸發控制器17。觸發控制器17可經組態以將液滴輸出信號輸出至液滴控制器8。液滴控制器8可將液滴輸出信號輸入至靶材供應單元2，且於接收該液滴輸出信號時，該靶材供應單元2可經由靶材噴嘴13輸出液滴DL。觸發控制器17可經組態以將YAG雷射振盪觸發信號輸出至YAG脈衝雷射裝置3a。可將YAG雷射振盪觸發信號輸出以使得在液滴DL到達電漿產生區PS之時序時以前置脈衝雷射光束照射該液滴DL。此外，觸發控制器17可經組態以將CO2雷射振盪觸發信號輸出至CO2脈衝雷射裝置3b中之主振盪器3d。可輸出CO2雷射振盪觸發信號以使得與以該前置脈衝雷射光束照射該液滴DL的時序相距延遲時間T之後再以該主脈衝雷射光束照 射該擴散靶材。此處，延遲時間T為形成所希望之擴散靶材所需的時間。
YAG脈衝雷射裝置3a可經組態以根據來自EUV光產生控制器7之YAG雷射光束強度設定信號及來自觸發控制器17之YAG雷射振盪觸發信號輸出第一波長的前置脈衝雷射光束。來自YAG脈衝雷射裝置3a之前置脈衝雷射光束的直徑可藉由光束擴展器4擴展，然後入射在光束組合器15c上。
CO2脈衝雷射裝置3b可包括主振盪器3d、前置放大器3h、主放大器3j及分別配置在主振盪器3d、前置放大器3h及主放大器3j下游的中繼光學系統3g、3i及3k。主振盪器3d可經組態以根據CO2脈衝雷射振盪觸發信號輸出第二波長之種子光束(seed beam)。來自主振盪器3d之種子光束可由前置放大器3h及主放大器3j根據CO2雷射光束強度設定信號放大成所希望的光束強度。該經放大的雷射光束可從該CO2脈衝雷射裝置3b作為主脈衝雷射光束輸出且入射在光束組合器15c上。
光束組合器15c可經組態以透射第一波長(例如1.06 μm)之前置脈衝雷射光束及反射第二波長(例如10.6 μm)之主脈衝雷射光束。更明確地說，光束組合器15c可包括形成有上述對於前置脈衝雷射及主脈衝雷射具有反射/透射性質之多層膜的鑽石基板。因此，光束組合器15c可用以製造彼此重合的該前置脈衝雷射光束之光束路徑及該主脈衝雷射光束之光束路徑，且沿著相同路徑將該前置 脈衝雷射光束及該主脈衝雷射光束供應至室1。或者，可使用經組態以反射第一波長之前置脈衝雷射光束及透射第二波長之主脈衝雷射光束的光束組合器來製造彼此重合之個別光束路徑。
液滴控制器8、YAG脈衝雷射裝置3a及CO2脈衝雷射裝置3b可根據來自觸發控制器17之各種不同信號而彼此同步操作。藉此，YAG脈衝雷射裝置3a可與來自靶材供應單元2供應至室1之液滴到達預定區域的時序同步輸出該前置脈衝雷射光束。然後，CO2脈衝雷射裝置3b可與在以前置脈衝雷射光束照射該液滴後形成所希望之擴散靶材的時序同步輸出該主脈衝雷射光束。
根據第一具體實例，可以實質上相同方向(實質上相同路徑)將前置脈衝雷射光束及主脈衝雷射光束導至電漿產生區PS。如此，可使於EUV收集器鏡5中形成的穿孔很小且不需要形成複數個。
此外，來自YAG脈衝雷射裝置3a之前置脈衝雷射光束的波長(例如1.06 μm)等於或短於來自CO2脈衝雷射裝置3b之主脈衝雷射光束的波長(例如10.6 μm)的十分之一。當該前置脈衝雷射光束之波長充分短於該主脈衝雷射光束之波長時，可推測具有下列優點。
(1)該前置脈衝雷射光束被靶材(諸如錫)吸收的吸收率可高於該主脈衝雷射光束被吸收的吸收率。
(2)聚焦在該液滴上的前置脈衝雷射光束的照射光點大小可縮小。
因此，小液滴DL可以具有小脈衝能量的前置脈衝雷射光束有效率地照射且被擴散。
4.第二具體實例
圖10示意圖示根據第二具體實例之EUV光產生系統的範例構造。在根據第二具體實例之EUV光產生系統中，來自YAG脈衝雷射裝置3a之前置脈衝雷射光束及來自CO2脈衝雷射裝置3b之主脈衝雷射光束係沿分開之光束路徑被導至室1。
從YAG脈衝雷射裝置3a輸出之前置脈衝雷射光束可由高反射鏡15e及離軸拋物面鏡15g反射。然後，該前置脈衝雷射光束可通過在EUV收集器鏡5中形成的穿孔，且聚焦在室1內部的液滴上以形成擴散靶材。
從CO2脈衝雷射裝置3b輸出之主脈衝雷射光束可由高反射鏡15d及離軸拋物面鏡15f反射。然後，該主脈衝雷射光束可通過在EUV收集器鏡5中形成的另一穿孔，且聚焦在室1內部的擴散靶材上。
根據第二具體實例，該前置脈衝雷射光束及該主脈衝雷射光束可被導過不同光學系統而導至該電漿產生區PS。因此，該前置脈衝雷射光束及該主脈衝雷射光束各者可容易聚焦成具有所希望的光束點。此外，不需要使用用於製造該前置脈衝雷射光束及該主脈衝雷射光束之光束路徑的光學元件(諸如光束組合器)。該前置脈衝雷射光束及該主脈衝雷射光束仍可分別以實質上相同方向撞擊該液 滴DL及該擴散靶材。
5.第三具體實例
圖11示意圖示根據第三具體實例之EUV光產生系統的範例構造。在根據第三具體實例之EUV光產生系統中，來自YAG脈衝雷射裝置3a之第一前置脈衝雷射光束及來自CO2脈衝雷射裝置3b之第二前置脈衝雷射光束與主脈衝雷射光束係沿分開之光束路徑可被導至室1。
該CO2脈衝雷射裝置3b可包括經組態以輸出該主脈衝雷射光束之種子光束的主振盪器3d及經組態以輸出第二前置脈衝雷射光束之種子光束的主振盪器3e。來自主振盪器3e之第一前置脈衝雷射光束的種子光束可由前置放大器3h及主放大器3j放大成所希望的光束強度。該經放大的種子光束可從該CO2脈衝雷射裝置3b作為第二前置脈衝雷射光束輸出，然後入射在光束組合器15c上。來自主振盪器3d之主脈衝雷射光束的種子光束亦可由前置放大器3h及主放大器3j放大成所希望的光束強度。該經放大的種子光束可從該CO2脈衝雷射裝置3b作為主脈衝雷射光束輸出，然後入射在光束組合器15c上。
主振盪器3d及3e各可為經組態以在可由CO2增益介質放大之頻帶寬度中振盪的半導體雷射。更明確地說，主振盪器3d及3e各可包括複數個量子級聯雷射(QCL)。
圖12A至12F顯示第三具體實例中以第一前置脈衝雷射光束照射之液滴DL及以第二前置脈衝雷射光束照射之 擴散靶材。在圖12A至12C各者中，以與該第一及第二前置脈衝雷射光束之光束軸(Z方向)垂直的方向(X方向)觀看液滴或該擴散靶材。圖12A至12C分別顯示在該液滴以第一前置脈衝雷射光束照射後延遲時間T=0、T=t2及T=tm(其中0<t2<tm)的靶材之狀態。在圖12D至12F各者中，該液滴或擴散靶材係以該第一及第二前置脈衝雷射光束之光束軸(Z方向)的方向觀看。圖12D至12F分別顯示在該液滴以第一前置脈衝雷射光束照射後延遲時間T=0、T=t2及T=tm(其中0<t2<tm)的靶材之狀態。
當圖12A及12D所示之靶材的液滴係以第一前置脈衝雷射光束照射時，該液滴可如圖12B及12E所示般擴散，因此可形成第一擴散靶材。當該第一擴散靶材係擴散至實質上與第二前置脈衝雷射光束之照射光點大小相同或小於該第二前置脈衝雷射光束之照射光點大小時，該第一擴散靶材可以該第二前置脈衝雷射光束照射。
當該第一擴散靶材係以該第二前置脈衝雷射光束照射時，該第一擴散靶材可破裂成更小粒子且擴散形成第二擴散靶材。當該第二擴散靶材係擴散至實質上與主脈衝雷射光束之照射光點大小相同或小於主脈衝雷射光束之照射光點大小時，該第二擴散靶材可以該主脈衝雷射光束照射。
由於該包括比第一擴散靶材更小粒子之第二擴散靶材係以該主脈衝雷射光束照射，該主脈衝雷射光束之能量可被該第二擴散靶材有效率地吸收。由於大部分該第二擴散 靶材可轉變成電漿，故可獲得高CE。此外，藉由將該主脈衝雷射光束之照射光點大小控制成與該第二擴散靶材之擴散直徑大致重合，可同時兼得高CE及碎屑減少。
應注意的是，在第三具體實例中，較佳可使用質量受限靶材(例如直徑為10 μm之熔融錫液滴)。
在第三具體實例中，靶材係以第一及第二前置脈衝雷射光束照射，然後擴散靶材係以主脈衝雷射光束照射。然而，本發明不侷限於此，且該靶材可以三或更多道前置脈衝雷射光束照射。
此外，在第三具體實例中，第一前置脈衝雷射光束係從YAG脈衝雷射裝置3a輸出，第二前置脈衝雷射光束及主脈衝雷射光束係從CO2脈衝雷射裝置3b輸出。然而，本發明不侷限於此，且所有雷射光束均可例如從CO2雷射裝置輸出。
或者，第一及第二前置脈衝雷射光束可從第一雷射裝置輸出，而主脈衝雷射光束可從第二雷射裝置輸出。此處，該第一雷射裝置可為YAG雷射裝置或光纖雷射裝置，且該第二雷射裝置可為CO2雷射裝置。
圖13示意圖示根據第三具體實例之修改的EUV光產生系統之範例構造。圖13所示之EUV光產生系統包括第一YAG脈衝雷射裝置3m、第二YAG脈衝雷射裝置3n及光束組合器3p。
第一及第二YAG脈衝雷射裝置3m及3n各可接收來自EUV光產生控制器7之YAG雷射光束強度設定信號及 來自觸發控制器17之YAG雷射振盪觸發信號。該第一YAG脈衝雷射裝置3m可經組態以輸出第一前置脈衝雷射光束，且該第一前置脈衝雷射光束可入射在光束組合器3p上。該第二YAG脈衝雷射裝置3n可經組態以輸出第二前置脈衝雷射光束，且該第二前置脈衝雷射光束亦可入射在光束組合器3p上。光束組合器3p可經定位以使該第一及第二前置脈衝雷射光束之光束路徑彼此重合並朝光束擴展器4輸出該第一及第二前置脈衝雷射光束。
即使在該構造下，如參考圖11描述之第三具體實例中，該第一及第二前置脈衝雷射光束及該主脈衝雷射光束可被導至室1。此處，該第一及第二前置脈衝雷射光束可分別從第一及第二光纖雷射裝置輸出。
6.第四具體實例
圖14示意圖示根據第四具體實例之EUV光產生系統的範例構造。圖14顯示圖9至11及13任一者中沿著XIV-XIV平面取得之斷面圖。根據第四具體實例之EUV光產生系統的構造方面可與第一至第三具體實例中任一者相似，但不同之處在於該第四具體實例之EUV光產生系統可另外包括磁鐵6a及6b。藉由磁鐵6a及6b可在室1內部產生磁場，且在室1內部產生之離子可被該磁場收集。
磁鐵6a及6b各可為包括線圈繞組及該線圈繞組冷卻機構之電磁鐵。由電源控制器6d控制之電源6c可連接至 磁鐵6a及6b各者。電源控制器6d可調節待自電源6c供應至磁鐵6a及6b之電流，以使得在室1中產生預定方向之磁場。可使用例如超導磁鐵作為磁鐵6a及6b各者。雖然在該具體實例中使用兩個磁鐵6a及6b，但可使用單一磁鐵。或者，可在室1中提供永久磁鐵。
以主脈衝雷射光束照射靶材時產生的電漿可包括正離子及負離子(或電子)。移動進入室1內部的該等正及負離子可受到該磁場中的勞侖茲力，因此該等離子可沿著磁力線以螺旋方式移動。藉此，該離子化之靶材可陷在該磁場中且被收集至設在該磁場中的離子收集單元19a及19b。因此，可減少室1內部的碎屑，且可抑制因碎屑黏附於光學元件(諸如EUV收集器鏡5)所導致之該光學元件劣化。圖14中，該磁場為箭頭所示之方向，但即使當該磁場係定向為相反方向亦可獲致相似功能。
用於減少碎屑黏附於光學元件的減輕技術不侷限於使用磁場。或者，可使用蝕刻氣體蝕刻沉積於EUV收集器鏡5上的物質。可使碎屑在該磁場中與氫氣(H2)或氫自由基(H)反應，且該碎屑可呈汽化化合物予以移除。
7.第五具體實例
圖15示意圖示在根據第五具體實例之在EUV光產生系統中的經組態以輸出前置脈衝雷射光束之Ti：藍寶石雷射的範例構造。第五具體實例之Ti：藍寶石雷射50a可如在第一至第四具體實例任一者中用於輸出前置脈衝雷射光 束的驅動雷射設於室1外部。
Ti：藍寶石雷射50a可包括由半導體可飽和吸收器鏡51a及輸出耦合器52a所形成的雷射共振器。凹面鏡53a、第一抽運鏡(pumping mirror)54a、Ti：藍寶石晶體55a、第二抽運鏡56a及兩個稜鏡57a及58a係以此順序從該雷射共振器的半導體可飽和吸收器鏡51a之光學路徑側設置。此外，Ti：藍寶石雷射50a可包括用於將抽運光束導入該雷射共振器的抽運源59a。
第一抽運鏡54a可經組態以高透射率透射來自該雷射共振器外部的抽運光束及以高反射率反射該雷射共振器內部的雷射光束。Ti：藍寶石晶體55a可用作以抽運光束進行模擬發射的雷射介質。兩個稜鏡57a及58a可選擇性透射預定波長之雷射光束。輸出耦合器52a可透射一部分在該雷射共振器中放大的雷射光束且將該經放大的雷射光束從該雷射共振器輸出，並將剩餘部分之雷射光束反射回該雷射共振器。半導體可飽和吸收器鏡51a可具有反射層及層疊於其上之可飽和吸收器層。一部分低光束強度之入射雷射光束可被該可飽和吸收器層吸收，及另一部分高光束強度之入射雷射光束可透射通過該可飽和吸收器層且被該反射層反射。藉此，可縮短該入射雷射光束的脈衝持續期間。
例如，可使用半導體抽運之Nd：YVO4雷射作為抽運源59a。可將來自抽運源59a之第二諧波經由第一抽運鏡54a導入該雷射共振器。可調整半導體可飽和吸收器鏡 51a之位置以調整預定縱向模式之共振器長度。在Ti：藍寶石雷射50a之鎖定模式之下，可經由輸出耦合器52a輸出皮秒(picosecond)脈衝雷射光束。此處，當脈衝能量小時，該脈衝雷射光束可藉由再生放大器予以放大。
根據第五具體實例，靶材可以皮秒脈衝雷射光束或具有更短脈衝持續期間之脈衝雷射光束照射。當以短脈衝雷射光束照射靶材時，可使照射部分之熱擴散極小。因此，可擴散之能量可用於消熔效應。結果，根據第五具體實例，相較於奈秒脈衝雷射光束，液滴可以較小脈衝能量予以擴散。
8.第六具體實例
圖16示意圖示在根據第六具體實例之在EUV光產生系統中的經組態以輸出前置脈衝雷射光束之光纖雷射的範例構造。第六具體實例之光纖雷射50b可如在第一至第四具體實例任一者中用於輸出前置脈衝雷射光束的驅動雷射設於室1外部。
光纖雷射50b可包括由高反射鏡51b及半導體可飽和吸收器鏡52b所形成之雷射共振器。光柵對53b、第一偏振維持光纖54b、多工器55b、分離元件56b、第二偏振維持光纖57b及聚焦光學系統58b可以此順序從該雷射共振器中光束路徑中的高反射鏡51b側設置。此外，光纖雷射50b可包括用於將抽運光束導入該雷射共振器的抽運源59b。
多工器55b可經組態以將該抽運光束從抽運源59b導至第一偏振維持光纖54b，且可透射在該第一偏振維持光纖54b及第二偏振維持光纖57b之間來回行進的雷射光束。第一偏振維持光纖54b可摻雜鐿(Yb)，且可以該抽運光束進行模擬發射。光柵對53b可選擇性反射預定波長的雷射光束。半導體可飽和吸收器鏡52b的構造及功能方面可與第五具體實例中之半導體可飽和吸收器鏡51b相似。分離元件56b可分離一部分在該雷射共振器中放大的雷射光束且將該經分離的雷射光束從該雷射共振器輸出，並將剩餘部分之雷射光束送返該雷射共振器。該構造可導致光纖雷射50b之鎖定模式。當將來自抽運源59b之抽運光束經由光纖導入多工器55b時，可經由分離元件56b輸出皮秒脈衝雷射裝置。
根據第六具體實例，除了與第五具體實例相似的效應外，由於前置脈衝雷射光束係導過光纖，故靶材可以前置脈衝雷射光束高精確性地照射。此外，通常在光纖雷射中，表示與雷射光束強度分布之理想高斯分布偏差的M2值為約1.2。該M2愈接近1意指聚焦性能高。因此，當使用光纖雷射時，小靶材可以前置脈衝雷射光束高精確性地照射。
雷射光束之波長愈短，該雷射光束被錫吸收的吸收率愈高。因此，當優先考慮該雷射光束被錫吸收之吸收率時，較短波長之雷射光束可能有利。例如，相較於從Nd：YAG雷射裝置輸出之波長為1064 nm的基諧波，使 用第二諧波(波長為532nm)時該吸收率可提高，使用第三諧波(波長為355nm)時進一步提高，及使用第四諧波(波長為266nm)時又進一步提高。
此處，顯示使用皮秒脈衝雷射光束之實例。然而，即使使用飛秒脈衝雷射光束亦可獲得相似效應。此外，即使使用奈秒脈衝雷射光束亦可擴散液滴。例如，可使用具有如約15ns之脈衝持續期間、100kHz之重複速率、15mJ之脈衝能量、1.03μm之波長及低於1.5之M2值等規格的光纖雷射作為前置脈衝雷射裝置。
9. 雷射光束之照射條件
圖17A及17B為顯示該等具體實例任一者中之EUV光產生系統的雷射光束照射條件之表格。當照射脈衝能量為E(J)，脈衝持續期間為T(s)且主脈衝雷射光束之照射光點大小為Dm(m)時，該雷射光束之光束強度W(W/m2)可以下式5表示。
W=E/(T(Em/2)2π)‧‧‧(5)
圖17A顯示前置脈衝雷射光束之照射條件的四個實例(例1至例4)。在例1中，熔融錫液滴之直徑為60μm。用於擴散此種液滴且產生所希望的擴散靶材之照射條件可如下。例如，當主脈衝雷射光束之照射光點大小Dm為100μm時，需要1.6×109W/cm2之雷射光束的光束強度W。在該例中，照射脈衝能量E可設為1.9mJ，且脈衝持續期間T可設為15ns。在此種前置脈衝雷射光束下，可 產生如圖3B所示之擴散靶材。
在圖17A所示之例2中，熔融錫液滴的直徑為10μm(即，質量受限靶材)。用於擴散此種液滴且產生所希望的擴散靶材之照射條件可如下。例如，當主脈衝雷射光束之照射光點大小Dm為30μm時，需要1.6×109W/cm2之雷射光束的光束強度W。在該例中，照射脈衝能量E可設為0.17mJ，且脈衝持續期間T可設為15ns。在此種前置脈衝雷射光束下，可產生如圖7B所示之擴散靶材。
在圖17A所示之例3及4中，使用如圖15或16所示之雷射裝置輸出前置脈衝雷射光束。此外，在例3及4中，液滴為質量受限靶材，且需要1×1010W/cm2之雷射光束的光束強度W。
圖17B顯示主脈衝雷射光束之照射條件的四個實例(例1至例4)。在例1中，擴散靶材之擴散直徑為250μm。將此種擴散靶材轉變成電漿的照射條件可如下。例如，當主脈衝雷射光束之照射光點大小Dm為250μm時，需要1.0×1010W/cm2之雷射光束的光束強度W。在該例中，照射脈衝能量E可設為100mJ，且脈衝持續期間T可設為20ns。因此，可將使該擴散靶材轉變成電漿所需之能量供應至該擴散靶材。
在圖17B中所示之例2中，擴散靶材之擴散直徑、主脈衝雷射光束之照射光點大小Dm及雷射光束之光束強度W與圖17B中所示之例1相同。在該例中，照射脈衝能量E可設為150mJ，且脈衝持續期間T可設為30ns。藉此，可將使 該擴散靶材轉變成電漿所需之能量供應至該擴散靶材。
在圖17B所示之例3中，擴散靶材之擴散直徑為300μm。將此種擴散靶材轉變成電漿的照射條件可如下。例如，當主脈衝雷射光束之照射光點大小Dm為300μm時，需要1.1×1010W/cm2之雷射光束的光束強度W。在該例中，照射脈衝能量E可設為200mJ，且脈衝持續期間T可設為25ns。如此，可將使該擴散靶材轉變成電漿所需之能量供應至該擴散靶材。
在圖17B所示之例4中，擴散靶材之擴散直徑為200μm。將此種擴散靶材轉變成電漿的照射條件可如下。例如，當主脈衝雷射光束之照射光點大小Dm為200μm時，需要1.2×1010W/cm2之雷射光束的光束強度W。在該例中，照射脈衝能量E可設為200mJ，且脈衝持續期間T可設為50ns。藉此，可將使該擴散靶材轉變成電漿所需之能量供應至該擴散靶材。
如上述，前置脈衝雷射光束及主脈衝雷射光束之光束強度可藉由設定雷射光束之照射脈衝能量E及脈衝持續期間而設定。
10. 第七具體實例
圖18示意圖示根據第七具體實例之EUV光產生系統的範例構造。在根據第七具體實例之EUV光產生系統中，來自光纖雷射裝置31之前置脈衝雷射光束的偏振狀態可由偏振轉換器20控制。偏振轉換器20可經組態以將 該前置脈衝雷射光束之偏振狀態改變成線性偏振以外之狀態。偏振轉換器20可設在光束路徑中介於該驅動雷射與該電漿產生區PS之間的預定位置處。本發明中，偏振延遲器亦包括在該偏振轉換器中。
在第七具體實例中，光纖雷射裝置31可包括參考圖16(第六具體實例)所描述之光纖雷射控制器31a及光纖雷射50b。CO2脈衝雷射裝置32可包括參考圖9(第一具體實例)所描述之CO2雷射控制器32a、主振盪器3d、前置放大器3h、主放大器3j及中繼光學系統3g、3i及3k。
EUV光產生控制器7可將光纖雷射光束強度設定信號輸出至光纖雷射控制器31a。此外，EUV光產生控制器7可將CO2雷射光束強度設定信號輸出至CO2雷射控制器32a。
觸發控制器17可將光纖雷射振盪觸發信號輸出至光纖雷射50b。此外，觸發控制器17可將CO2雷射振盪觸發信號輸出至主振盪器3d。
光纖雷射50b可經組態以根據光纖雷射振盪觸發信號輸出第一波長之前置脈衝雷射光束。光纖雷射控制器31a可經組態以根據光纖雷射光束強度設定信號控制該光纖雷射50b之輸出強度。來自光纖雷射50b之前置脈衝雷射光束的直徑可藉由光束擴展器4擴展。之後，可藉由偏振轉換器20改變前置脈衝雷射光束之偏振狀態，然後可將該前置脈衝雷射光束入射在光束組合器15c上。
主振盪器3d可經組態以根據CO2雷射振盪觸發信號 輸出第二波長之種子光束。CO2雷射控制器32a可經組態以根據CO2雷射光束強度設定信號控制前置放大器3h及主放大器3j之輸出強度。來自主振盪器3d之種子光束亦可由前置放大器3h及主放大器3j放大成所希望的光束強度。
在第七具體實例中，使用光纖雷射50b輸出該前置脈衝雷射光束。然而，本發明不侷限於此。例如，可使用YAG雷射或Ti：藍寶石雷射輸出前置脈衝雷射光束。或者，在使用以第一及第二前置脈衝雷射光束之兩階段照射的構造中，該第一前置脈衝雷射光束可從能獲致小光點之光纖雷射裝置輸出，且該第二前置脈衝雷射光束可從能輸出超短脈衝雷射光束之YAG雷射裝置或Ti：藍寶石雷射裝置輸出。然後，該主脈衝雷射光束可從能獲致高功率雷射光束之CO2雷射裝置輸出。即，可從複數個分離之雷射裝置輸出所希望數量之前置脈衝雷射光束。此外，根據以第二前置脈衝雷射光束照射時之擴散靶材的狀態，該擴散靶材可以複數個分別為不同波長、不同光點大小、能量及脈衝持續期間之前置脈衝雷射光束照射。
10.1偏振控制之概述
圖19A及20A為顯示以線性偏振前置脈衝雷射光束照射之液滴的概念圖。圖19B及20B顯示以線性偏振前置脈衝雷射光束照射之液滴的模擬結果。圖19A及19B中，以與該前置脈衝雷射光束之偏振方向垂直的方向(X方 向)觀看液滴。圖20A及20B中，以該前置脈衝雷射光束之光束軸(Z方向)的方向觀看液滴。
參考圖19A及20A，茲將討論以線性偏振前置脈衝雷射光束照射液滴之例。該例中，該液滴可被擴散，且如圖19B及20B所示，可產生擴散靶材。該模擬結果揭露該擴散靶材在與該前置脈衝雷射光束之偏振方向(Y方向)垂直的方向(X方向)進一步擴散。當該擴散靶材係以沿實質上與前置脈衝雷射光束相同路徑行進的主脈衝雷射光束照射(如圖19B及20B所示)而擴散時，該擴散靶材之形狀可與與該主脈衝雷射光束之橫斷面形狀相當不同。因此，大部分該主脈衝雷射光束可能不用以產生電漿。
此處，茲考慮該擴散靶材大部分以與該線性偏振前置脈衝雷射光束之偏振方向垂直的方向(X方向)擴散之原因。圖21係顯示入射在熔融錫液滴表面之雷射光束的P偏振分量及S偏振分量的吸收率。在圖21所示之例中，雷射光束之波長為1.06 μm。如圖中所示，該雷射光束之吸收率可取決於雷射光束之入射角及偏振狀態。
入射雷射光束之P偏振分量的吸收率在該雷射光束之入射角為80至85度時最高，且隨該入射角偏離該角度範圍而逐漸降低。另一方面，當雷射光束係以實質上為0度入射在熔融錫液滴表面上(即，實質上正向入射)時，S偏振分量之吸收率與P偏振分量實質上相同，且隨著入射角增加而降低。例如，當入射角等於或大於80度時，S偏振分量之吸收率約為0%。
根據此等吸收率性質，推測在線性偏振雷射光束係如P偏振分量以80至85度之範圍內的角度入射在液滴之表面的情況下，被吸收之雷射光束能量最多。雷射光束係作為P偏振分量以上述範圍內之角度入射的液滴之部分為以Y方向朝向該照射表面邊緣的區域(下文稱為「雷射消熔區」)。即，該等區域中之雷射光束的吸收率高，且可發生強雷射消熔作用。由於雷射消熔區中之雷射消熔反應，震波可從該等雷射消熔區朝液滴內部傳遞。該震波可如圖20A所示之X方向朝液滴之邊緣傳遞，且該液滴可如圖20B所示以X方向擴散。
因此，在第七具體實例中，可使用偏振轉換器20將前置脈衝雷射光束之偏振狀態改變成線性偏振以外之偏振狀態。此外，藉由將前置脈衝雷射光束之光點大小控制成等於或大於液滴之直徑(例如40 μm)，該液滴之整體照射表面可以該前置脈衝雷射光束照射。藉此，該液滴可依該前置脈衝雷射光束之光束軸對稱地擴散，且該擴散靶材可以主脈衝雷射光束有效率地照射。
偏振轉換器20可經組態以將前置脈衝雷射光束改變成實質上圓偏振雷射光束、實質上未偏振雷射光束、實質上徑向偏振雷射光束、實質上方位偏振雷射光束等。
10.2偏振控制之實例
圖22A及22B顯示以圓偏振前置脈衝雷射光束照射之液滴。圖22C及22D顯示以主脈衝雷射光束照射之以前置 脈衝雷射光束照射該液滴所產生的擴散靶材。圖22E及22F示意顯示以主脈衝雷射光束照射該擴散靶材時所產生之電漿。
在圓偏振雷射光束中，偏振向量在與該雷射光束之光束軸垂直的平面(X-Y平面)上繪成圓。此外，該前置脈衝雷射光束之偏振狀態在沿著該X-Y平面任何位置均為圓形(見圖22A及22B)。在該圓偏振雷射光束中，X方向偏振分量及Y方向偏振分量之比實質上為1：1。當該液滴以圓偏振前置脈衝雷射光束照射時，該液滴表面中之前置脈衝雷射光束的吸收率分布可以該雷射光束之照射方向的該液滴之中心軸成對稱。因此，該液滴之擴散狀態可以該液滴之中心軸成對稱，且該擴散靶材之形狀可成為碟形(見圖22C及22D)。此使得該擴散靶材之形狀與該主脈衝雷射光束之橫斷面實質上重合，因此該主脈衝雷射光束可有效率地被該擴散靶材吸收。
圖23A及23B顯示以未偏振前置脈衝雷射光束照射之液滴。圖23C及23D顯示經主脈衝雷射光束照射之以前置脈衝雷射光束照射該液滴所產生的擴散靶材。圖23E及23F示意顯示以主脈衝雷射光束照射該擴散靶材時所產生之電漿。
圖23B中所示之前置脈衝雷射光束實質上未偏振。在此種未偏振雷射光束中，X方向偏振分量及Y方向偏振分量之比實質上為1：1。當該液滴以未偏振前置脈衝雷射光束照射時，該液滴表面中之前置脈衝雷射光束的吸收率分 布可以該雷射光束之照射方向的該液滴之中心軸成對稱。因此，該液滴之擴散狀態可以該液滴之中心軸成對稱，且該擴散靶材之形狀可成為例如碟形。因此，該主脈衝雷射光束可被該擴散靶材有效率地吸收。
圖24A及24B顯示以徑向偏振前置脈衝雷射光束照射之液滴。圖24C及24D顯示經主脈衝雷射光束照射之以前置脈衝雷射光束照射該液滴所產生的擴散靶材。圖24E及24F示意顯示以主脈衝雷射光束照射該擴散靶材時所產生之電漿。
當該液滴以徑向偏振前置脈衝雷射光束照射時，該液滴表面中之前置脈衝雷射光束的吸收率分布可以該前置脈衝雷射光束之光束軸成對稱。此處，該前置脈衝雷射光束之光束軸較佳係與該液滴之中心軸重合。因此，該液滴之擴散狀態可以該前置脈衝雷射光束之光束軸成對稱，且該擴散靶材之形狀可成為例如碟形。因此，該主脈衝雷射光束可被該擴散靶材有效率地吸收。
此外，當將前置脈衝雷射光束之光點大小控制成等於或大於液滴之直徑(例如40 μm)，該液滴之整體照射表面可以大部分作為P偏振分量入射之前置脈衝雷射光束照射。因此，該前置脈衝雷射光束之吸收率可提高，且產生所希望之擴散靶材所需的能量可維持在低能量。
圖25A及25B顯示以方位偏振前置脈衝雷射光束照射之液滴。圖25C及25D顯示經主脈衝雷射光束照射之以前置脈衝雷射光束照射該液滴所產生的擴散靶材。圖25E及 25F示意顯示以主脈衝雷射光束照射該擴散靶材時所產生之電漿。
當該液滴以方位偏振前置脈衝雷射光束照射時，該液滴表面中之前置脈衝雷射光束的吸收率分布可以該前置脈衝雷射光束之光束軸成對稱。此處，該前置脈衝雷射光束之光束軸較佳係與該液滴之中心軸重合。因此，該液滴之擴散狀態可以該前置脈衝雷射光束之光束軸成對稱，且該擴散靶材之形狀可成為例如碟形。因此，該主脈衝雷射光束可被該擴散靶材有效率地吸收。
在第七具體實例中，可藉由控制該前置脈衝雷射光束之偏振狀態而使液滴表面中之前置脈衝雷射光束的吸收率分布以該液滴之中心軸及/或該前置脈衝雷射光束之光束軸成對稱。然而，本發明不侷限於此。該液滴之表面中之前置脈衝雷射光束的吸收率分布不需要完美地以該光束軸成對稱，而是可為實質上對稱。因此，該前置脈衝雷射光束之偏振狀態亦可為例如橢圓偏振。
圖26A示意圖示用於測量線性偏振程序之器件的範例構造。該器件可包括偏振稜鏡及光束強度偵測器。圖26B顯示介於該偏振稜鏡之旋轉角度與該光束強度偵測器之偵測結果之間的關係。
如圖26A所示，來自光纖雷射50b之線性偏振前置脈衝雷射光束可由該偏振轉換器20改變成橢圓偏振雷射光束。該橢圓偏振雷射光束可以聚焦光學系統41聚焦且使之入射在偏振稜鏡42上。從偏振稜鏡42輸出之雷射光束 的光束強度可由光束強度偵測器43偵測。偏振稜鏡42可藉由結合兩個折射晶體(諸如方解石)而形成。偏振稜鏡42可根據該稜鏡之結合表面的定向而用以提取預定偏振方向之雷射光束作為來自輸入光束之輸出雷射光束。當偏振稜鏡42繞該前置脈衝雷射光束之光束軸旋轉時，該偏振稜鏡42可透射以對應於旋轉角度之方向偏振的雷射光束。在以下描述中，假設偏振稜鏡42可為具有充分高消光因數之理想稜鏡。
如圖26B所示，來自偏振稜鏡42之輸出光束的光束強度可隨該偏振稜鏡42旋轉180度而週期性改變。此處，如式(6)所示，可從光束強度之最大值Imax及最小值Imin獲得線性偏振程度P。
P=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)×100(%)………(6)
藉由圖26A所示之器件測量的線性偏振程度P對於以光束軸成實質上對稱之偏振狀態的雷射光束(例如圓偏振雷射光束、未偏振雷射光束、徑向偏振雷射光束、方位偏振雷射光束)而言可實質上為0%。另一方面，對線性偏振雷射光束而言，線性偏振程度P可實質上為100%。此處，當線性偏振程度P在下列範圍內時，該擴散靶材可形成所希望之形狀(例如碟形)。
0%P<30%(較佳範圍)
0%P<20%(更佳範圍)
0%P<10%(最佳範圍)
該等範圍可使用納入考慮之實際使用的偏振稜鏡42 之消光因數來調整。
10.3偏振轉換器之實例
圖27顯示第七具體實例中之偏振轉換器的第一實例。圖27中，可使用將線性偏振雷射光束轉換成圓偏振雷射光束的四分之一波片21作為偏振轉換器。
該透射性四分之一波片21可為折射晶體，其在與該晶體光軸平行之偏振分量和與該晶體之光軸垂直之偏振分量之間提供π/2之相差。如圖27所示，當該線性偏振雷射光束係入射在四分之一波片21上時，線性偏振雷射光束可被轉換成圓偏振雷射光束，使得其偏振方向相對於四分之一波片21之光軸傾斜45度。當該線性偏振雷射光束之偏振方向以其他方向傾斜45度時，該圓偏振之旋轉方向反轉。本發明不侷限於透射性四分之一波片21，且亦可使用反射性四分之一波片。
圖28A至28C顯示第七具體實例中之偏振轉換器的第二實例。圖28A為偏振轉換器的前視圖，圖28B為該偏振轉換器沿著徑向平面之放大片段前視圖，及圖28C顯示該偏振轉換器的使用模式之一。在圖28A至28C中，用於將線性偏振雷射光束轉換成未偏振雷射光束之隨機相板22可用作偏振控制裝置。
透射性隨機相板22可為具有直徑D之透射光學元件，藉由隨機配置之凹陷及突起於其上形成各在各側具有長度d之輸入或輸出表面微小正方形區域。隨機相板22 可將具有直徑D之輸入光束分成各在各側具有長度d之小正方形光束。藉由此種構造，隨機相板22可在經由突起22a透射的小光束及經由凹陷22b透射之小光束之間提供π之相差。相差π可藉由如下式(7)在突起22a及凹陷22b之間設定間距△t而提供，其中入射雷射光束之波長為λ，隨機相板22之折射率為n1。
△t=λ/2(n1-1)………(7)
如圖28C所示，透射性隨機相板22可例如設於前置脈衝雷射裝置與聚焦光學系統15之間。線性偏振雷射光束可入射在隨機相板22上，且透射通過該隨機相板22之雷射光束可變成未偏振。以彼此垂直之方向偏振的雷射光束不會干涉。因此，當該雷射光束係藉由聚焦光學系統15聚焦時，焦點之橫斷面光束強度分布可能不為高斯分布而可能更接近高頂分布。當液滴係以此種前置脈衝雷射光束照射時，該液滴可以其中心軸實質上對稱地擴散。因此，該擴散靶材可變成碟形，且該主脈衝雷射光束可被該擴散靶材有效率地吸收。
本發明不侷限於透射性隨機相板22，且可使用反射性隨機相板代替。此外，突起22a及凹陷22b可呈任何其他多邊形，諸如六邊形、三角形。
圖29A及29B顯示第七具體實例中之偏振轉換器的第三實例。圖29A為偏振轉換器之透視圖，而圖29B為該偏振轉換器之前視圖。圖29A及29B顯示用於將線性偏振雷射光束轉換成徑向偏振雷射光束之n等分波片23。
該n等分波片23可為透射光學元件，其中n個三角形半波片231，232，...，23n係以該雷射光束之光束軸對稱地配置。該透射性半波片231，232，...，23n各可為折射晶體，其在與該晶體光軸平行之偏振分量和與該晶體之光軸垂直之偏振分量之間提供π之相差。當線性偏振雷射光束垂直入射在此種半波片使得偏振方向相對於該半波片傾斜角度θ，該雷射光束可從該半波片輸出且其偏振方向旋轉2θ。
例如，半波片231及半波片233可配置以使得其個別光軸形成45度角。然後，透射通過半波片231之線性偏振雷射光束的偏振方向及透射通過半波片233之線性偏振雷射光束的偏振方向可相差90度。以此方式，該入射雷射光束之偏振方向可根據半波片之光軸與該入射雷射光束之偏振方向所形成的角度而改變。藉此，透射通過個別半波片之雷射光束的偏振方向可改變成預定偏振方向。如此，該n等分波片23可將線性偏振雷射光束轉換成徑向偏振雷射光束。此外，藉由將半波片之配置改成n等分波片23，亦可將線性偏振雷射光束轉換成方位偏振雷射光束。
圖30顯示第七具體實例中之偏振轉換器的第四實例。圖30顯示相位補償器24a、偏振旋轉器24b及用於將線性偏振雷射光束轉換成徑向偏振雷射光束之θ單元24c。
θ單元24c可為注入有扭轉向列(TN)液晶之光學元 件，且該等液晶分子係經配置以使得從輸入側朝輸出側扭轉。入射在θ單元24c上之線性偏振雷射光束可隨著該等液晶分子之對準的扭轉而旋轉，且可從θ單元24c輸出以相對於該輸入光束之偏振方向傾斜之方向線性偏振的雷射光束。因此，藉由設定θ單元24c中之液晶分子的對準之扭轉角使得與方位角方向不同，θ單元24c可將線性偏振輸入光束轉換成徑向偏振輸出光束。
然而，當只以θ單元24c將線性偏振雷射光束轉換成徑向偏振雷射光束時，在介於從θ單元24c輸出之雷射光束的上半部分及下半部分之間的邊界之光束強度可能降低。因此，雷射光束之上半部分的相位可能在該雷射光束入射在θ單元24c之前藉由相位補償器24a偏移π。圖30中，箭頭表示在該雷射光束的上半部分與下半部分之間，該輸入光束的相位係相反。相位補償器24a之上半部分可包括TN液晶，其中該等液晶分子的對準係從輸入側朝輸出側扭轉180度。以此方式，當使上半部分及下半部分之相位係相反的線性偏振雷射光束入射在θ單元24c上時，可在介於該輸出雷射光束之上半部分及下半部分之間的邊界附近輸出具有相同相位之雷射光束。藉此，可防止介於從θ單元24c輸出之雷射光束的上半部分及下半部分之間的邊界處之光束強度降低。
偏振旋轉器24b可經組態以使該線性偏振輸入光束的偏振方向旋轉90度。當使偏振方向旋轉90度之雷射光束入射在θ單元24c時，該θ單元24c可將該線性偏振雷射 光束轉換成方位偏振雷射光束。偏振旋轉器24b可由液晶分子之對準從輸入側朝輸出側扭轉90度的TN液晶形成。在該例中，藉由控制施加至偏振旋轉器24b的DC電壓以在液晶分子之對準扭轉的狀態與該對準未扭轉的狀態之間切換，可獲致在徑向偏振輸出光束及方位偏振輸出光束之間的切換。
以此方式，可藉由使用相位補償器24a、偏振旋轉器24b及θ單元24c相對自由地獲致偏振狀態之轉換。此外，參考圖27至29B描述，當使用波片(相板)改變偏振方向時，偏振方向經改變之雷射光束的波長可視該波片的厚度而不同。然而，參考圖30描述，當使用θ單元24c時，可改變具有相對較寬頻帶寬度之輸入光束的偏振方向。因此，使用θ單元24c使得即使前置脈衝雷射光束之頻帶寬度寬時亦可能改變該偏振方向。
11.第八具體實例
圖31示意圖示根據第八具體實例之EUV光產生系統的構造。根據第八具體實例之EUV光產生系統，來自光纖雷射裝置31之前置脈衝雷射光束的偏振狀態可由偏振轉換器20控制，且該前置脈衝雷射光束可沿著與該主脈衝雷射光束不同之光束路徑被導至室1。
12.第九具體實例
圖32A至32C示意圖示在根據第九具體實例之在 EUV光產生系統中的經組態以輸出前置脈衝雷射光束之雷射裝置的範例構造。第九具體實例之雷射裝置60a可如在第一至第四具體實例任一者中用於輸出前置脈衝雷射光束的驅動雷射設於室1外部(見例如圖1)。
如圖32A所示，雷射裝置60a可包括包含反射偏振轉換器61a及前方鏡62的雷射共振器。雷射介質63可設於該雷射共振器中。模擬發射光可藉由來自抽運源(未圖示)之抽運光束而從該雷射介質63產生。該模擬發射光可在偏振轉換器61a與前方鏡62之間來回行進，且藉由雷射介質63放大。之後，可從該雷射裝置60a輸出經放大之雷射光束。
偏振轉換器61a可經組態以根據該偏振轉換器61a上之輸入位置而以高反射率來反射預定偏振方向的雷射光束。根據偏振轉換器61a之反射性質，圖32B中所示之徑向偏振雷射光束或圖32C中所示之方位偏振雷射光束可在該雷射共振器中放大。一部分該經放大之雷射光束可透射通過前方鏡62且輸出作為前置脈衝雷射光束。
根據第九具體實例，偏振轉換器可用作該驅動雷射之共振器的一部分。藉此，偏振轉換器不需要如第七具體實例般設於該驅動雷射與該電漿產生區PS之間。
圖33A至33C示意圖示在根據第九具體實例的修改之在EUV光產生系統中的經組態以輸出前置脈衝雷射光束之雷射裝置的範例構造。此修改的雷射裝置60b可包括包含後方鏡61及反射偏振轉換器62a之雷射共振器。根據 偏振轉換器62a之反射性質，圖33B中所示之徑向偏振雷射光束或圖33C中所示之方位偏振雷射光束可在該雷射共振器中放大。一部分該經放大之雷射光束可透射通過偏振轉換器62a且輸出作為前置脈衝雷射光束。
圖34A及34B顯示第九具體實例中之偏振轉換器的實例。圖34A為偏振器之透射圖，及圖34B為偏振轉換器之繞射光柵部分沿著徑向平面的放大片段前視圖。如圖34A所示，反射偏振轉換器61a可為形成有同心圓繞射光柵之鏡。此外，如圖34B所示，在偏振轉換器61a中，多層膜612可形成於玻璃基板613上，繞射光柵611可形成於該多層膜612上。
當方位偏振雷射光束入射在經如此組態之偏振轉換器61a上時(此處，偏振方向實質上平行於該繞射光柵611的凹槽方向)，該方位偏振雷射光束可透射通過該繞射光柵611且傳遞至該多層膜612。另一方面，當徑向偏振雷射光束入射在經如此組態之偏振轉換器61a上時(此處，偏振方向實質上垂直於該繞射光柵611的凹槽方向)，該徑向偏振雷射光束不會透射通過該繞射光柵611且可從而反射。在第九具體實例(見圖32A至32C)中，使用該雷射共振器中經如此組態之偏振轉換器61a使得可能輸出徑向偏振雷射光束。
此處，當繞射光柵611中之凹槽係徑向形成時，偏振轉換器61a可以高反射率反射方位偏振雷射光束。在此例中，可輸出該方位偏振雷射光束。此外，在第九具體實例 之修改的偏振轉換器62a上形成繞射光柵611(圖33A至33C)使得可能輸出徑向偏振雷射光束或方位偏振雷射光束。
13.通量之控制
圖35繪製根據前置脈衝雷射光束之通量(光束焦點處之橫斷面的每單位面積之能量)獲得之轉換效率(CE)的圖。
測量條件如下。使用直徑為20 μm之熔融錫液滴作為靶材。使用從YAG脈衝雷射裝置輸出之脈衝持續期間為5 ns至15 ns的雷射光束作為前置脈衝雷射光束。使用從CO2脈衝雷射裝置輸出之脈衝持續期間為20 ns的雷射光束作為主脈衝雷射光束。該主脈衝雷射光束之光束強度為6.0×109 W/cm2，且以該主脈衝雷射光束照射之延遲時間係在以該前置脈衝雷射光束照射後1.5 μs。
圖35所示之圖的水平軸顯示該前置脈衝雷射光束之照射條件(脈衝持續期間、能量、光點大小)轉換成通量的值。此外，垂直軸顯示根據該前置脈衝雷射光束之照射條件所產生的擴散靶材以上述主脈衝雷射光束照射之情況中的CE。
圖35中所示之測量結果揭露出該前置脈衝雷射光束之通量提高可改善CE(約3%)。即，至少在前置脈衝雷射光束之脈衝持續期間為5 ns至15 ns的範圍中，該通量與該CE之間存在相關。
因此，在上述具體實例中，EUV光產生控制器7可經組態以控制該前置脈衝雷射光束之通量取代控制光束強度。圖35顯示之測量結果揭露出該前置脈衝雷射光束之通量較佳可在10 mJ/cm2至600 mJ/cm2之範圍內。以30 mJ/cm2至400 mJ/cm2之範圍更佳。150 mJ/cm2至300 mJ/cm2之範圍更佳。
從當該前置脈衝雷射光束之通量如上述般控制時該CE獲得改善之測量結果，可推測在上述條件下液滴係擴散成碟形、盤形或圓環形。即，可推測當液滴擴散時，總表面積增加，主脈衝雷射光束之能量被該擴散靶材有效率吸收，因此該CE獲得改善。
14.延遲時間之控制
圖36顯示在EUV光產生系統中用於產生擴散靶材之實驗的結果之圖。在該實驗中，使用第八具體實例之EUV光產生系統。該前置脈衝雷射光束可藉由偏振轉換器20轉換成圓偏振雷射光束。圖36中之水平軸顯示以前置脈衝雷射光束照射液滴後所經過的時間。垂直軸顯示以該前置脈衝雷射光束照射液滴時所產生之擴散靶材的擴散半徑。該擴散半徑係具有預定直徑之粒子存在的空間之半徑。分別針對直徑為12 μm、20 μm、30 μm及40 μm之液滴繪製在以前置脈衝雷射光束照射以該擴散半徑隨著時間之變化。從圖36看出，擴散半徑對於液滴直徑具有低相依性。此外，該擴散半徑隨著時間的變化在以前置脈衝雷 射光束照射液滴後0.3 μs至3 μs內相對較緩慢。推測每一液滴在此段時間內之擴散半徑變動較小。因此，若在此段時間內以主脈衝雷射光束照射該擴散靶材，所產生之EUV能量在不同脈衝之間的變化可能較小。
圖37係繪製不同直徑之液滴從以前置脈衝雷射光束照射該液滴直到以主脈衝雷射光束照射擴散靶材之對應延遲時間所獲得之轉換效率(CE)的圖。
測量條件如下。使用直徑分別為12 μm、20 μm、30 μm及40 μm之熔融錫液滴作為靶材。使用從YAG脈衝雷射裝置輸出之脈衝持續期間為5 ns的雷射光束作為前置脈衝雷射光束。該前置脈衝雷射光束之通量為490 mJ/cm2。使用從CO2脈衝雷射裝置輸出之脈衝持續期間為20 ns的雷射光束作為主脈衝雷射光束。該主脈衝雷射光束之光束強度為6.0×109 W/cm2。
圖37中所示之測量結果揭露出以主脈衝雷射光束照射的延遲時間較佳可在以前置脈衝雷射光束照射後的0.5 μs至2.5 μs之範圍內。然而，已發現獲得高CE之以主脈衝雷射光束照射的最適延遲時間範圍視液滴之直徑而有所不同。
當該液滴直徑為12 μm時，以主脈衝雷射光束照射的延遲時間較佳可在以前置脈衝雷射光束照射後的0.5 μs至2 μs之範圍內。以0.6 μs至1.5 μs之範圍更佳。以0.7 μs至1 μs之範圍又更佳。
當該液滴直徑為20 μm時，以主脈衝雷射光束照射的 延遲時間較佳可在以前置脈衝雷射光束照射後的0.5 μs至2.5 μs之範圍內。以1 μs至2 μs之範圍更佳。以1.3 μs至1.7 μs之範圍又更佳。
當該液滴直徑為30 μm時，以主脈衝雷射光束照射的延遲時間較佳可在以前置脈衝雷射光束照射後的0.5 μs至4 μs之範圍內。以1.5 μs至3.5 μs之範圍更佳。以2 μs至3 μs之範圍又更佳。
當該液滴直徑為40 μm時，以主脈衝雷射光束照射的延遲時間較佳可在以前置脈衝雷射光束照射後的0.5 μs至6 μs之範圍內。以1.5 μs至5 μs之範圍更佳。以2 μs至4 μs之範圍又更佳。
在上述說明中，驅動雷射3(見圖1)對應於經組態以輸出前置脈衝雷射光束及主脈衝雷射光束之雷射光束產生裝置。YAG脈衝雷射裝置3a(見圖9至11)及光纖雷射裝置31(見圖18及31)對應於第一脈衝雷射裝置。CO2脈衝雷射裝置3b(見圖9至11)及CO2脈衝雷射裝置32(見圖18及31)對應於第二脈衝雷射裝置。EUV光產生控制器7(見圖1)對應於雷射控制器。
上述具體實例及其修改僅供實施本發明，且本發明不侷限於此。根據該等規格等進行的各種修改係在本發明範圍內，及其他各種具體實例亦可能在本發明範圍內。例如，針對該等具體實例中之特定者所舉之修改亦可應用於其他具體實例(包括本文所述之其他具體實例)。
本說明書及附錄之申請專利範圍所使用之詞語應闡述 為「非限制性」。例如，「包括」及「係包括」等詞應闡述為「包括所述元件但不侷限於該等所述元件」。「具有」一詞應闡述為「具有所述元件但不侷限於該等所述元件」。此外，修飾語「一個」應闡述為「至少一個」或「一或多個」。
1‧‧‧室
2‧‧‧靶材供應單元
3‧‧‧驅動雷射
5‧‧‧EUV收集器鏡
7‧‧‧EUV光產生控制器
7a‧‧‧觸發計數器
7b‧‧‧計時器
8‧‧‧液滴控制器
9‧‧‧曝光裝置控制器
11‧‧‧曝光裝置連接埠
12‧‧‧窗
13‧‧‧靶材噴嘴
14‧‧‧靶材收集單元
15a/15d/15e/51b‧‧‧高反射鏡
15b/15f/15g‧‧‧離軸拋物面鏡
16‧‧‧EUV光偵測器
IF‧‧‧中間焦點區
DL‧‧‧液滴
PS‧‧‧電漿產生區
Dd‧‧‧擴散靶材之擴散直徑
Dm‧‧‧主脈衝雷射光束之照射光點大小
Dout‧‧‧圓環形擴散靶材之外徑
3a‧‧‧YAG脈衝雷射裝置
3b/32‧‧‧CO2脈衝雷射裝置
3d‧‧‧主振盪器
3g/3i/3k‧‧‧中繼光學系統
3h‧‧‧前置放大器
3j‧‧‧主放大器
4‧‧‧光束擴展器
15c/3p‧‧‧光束組合器
17‧‧‧觸發控制器
3m/3n‧‧‧YAG脈衝雷射裝置
6a/6b‧‧‧磁鐵
6c‧‧‧電源
6d‧‧‧電源控制器
19a/19b‧‧‧離子收集單元
50a/50b‧‧‧光纖雷射
51a/52b‧‧‧半導體可飽和吸收器鏡
52a‧‧‧輸出耦合器
53a‧‧‧凹面鏡
54a/56a‧‧‧抽運鏡
55a‧‧‧Ti：藍寶石晶體
57a/58a‧‧‧稜鏡
59a/59b‧‧‧抽運源
53b‧‧‧光柵對
54b/57b‧‧‧偏振維持光纖
55b‧‧‧多工器
56b‧‧‧分離元件
58b/41/15‧‧‧聚焦光學系統
20‧‧‧偏振轉換器
31‧‧‧光纖雷射裝置
31a‧‧‧光纖雷射控制器
32a‧‧‧CO2雷射控制器
42‧‧‧偏振稜鏡
43‧‧‧光束強度偵測器
21‧‧‧四分之一波片
22‧‧‧隨機相板
D‧‧‧直徑
d‧‧‧長度
22a‧‧‧突起
22b‧‧‧凹陷
△t‧‧‧間距
23‧‧‧n等分波片
231/232/23n‧‧‧三角形半波片
24a‧‧‧相位補償器
24b‧‧‧偏振旋轉器
24c‧‧‧θ單元
60a/60b‧‧‧雷射裝置
61a/62a‧‧‧反射偏振轉換器
62‧‧‧前方鏡
63‧‧‧雷射介質
61‧‧‧後方鏡
611‧‧‧繞射光柵
612‧‧‧多層膜
613‧‧‧玻璃基板
圖1示意圖示根據本發明一具體實例之EUV光產生系統的範例構造。
圖2為顯示以前置脈衝雷射光束照射之液滴的概念圖。
圖3A至3C顯示以前置脈衝雷射光束照射熔融錫液滴時的擴散模擬結果。
圖3D係拍攝經前置脈衝雷射光束照射之熔融錫液滴的照片。
圖4A示意顯示以前置脈衝雷射光束照射之熔融錫液滴，其係以與該光束軸垂直之方向觀看。
圖4B示意顯示以前置脈衝雷射光束照射之熔融錫液滴，其係以該光束軸之方向觀看。
圖5A至5H顯示以前置脈衝雷射光束照射直徑為60 μm之熔融錫液滴時的擴散模擬結果。
圖5I顯示主脈衝雷射光束的光點大小。
圖6顯示當以前置脈衝雷射光束照射直徑為60 μm之熔融錫液滴時所產生之擴散靶材的擴散直徑及對應於以主 脈衝雷射光束照射該擴散靶材的時序之轉換效率(CE)。
圖7A至7H顯示以前置脈衝雷射光束照射直徑為10 μm之熔融錫液滴時的擴散模擬結果。
圖7I顯示主脈衝雷射光束的光點大小。
圖8顯示當以前置脈衝雷射光束照射直徑為10 μm之熔融錫液滴時所產生之擴散靶材的擴散直徑及對應於以主脈衝雷射光束照射該擴散靶材的時序之轉換效率(CE)。
圖9示意圖示根據第一具體實例之EUV光產生系統的範例構造。
圖10示意圖示根據第二具體實例之EUV光產生系統的範例構造。
圖11示意圖示根據第三具體實例之EUV光產生系統的範例構造。
圖12A至12F顯示以第一前置脈衝雷射光束照射之液滴及以第二前置脈衝雷射光束照射之擴散靶材。
圖13示意圖示根據第三具體實例之修改的EUV光產生系統之範例構造。
圖14示意圖示根據第四具體實例之EUV光產生系統的範例構造。
圖15示意圖示在根據第五具體實例之EUV光產生系統中的經組態以輸出前置脈衝雷射光束之Ti：藍寶石雷射的範例構造。
圖16示意圖示在根據第六具體實例之EUV光產生系統中的經組態以輸出前置脈衝雷射光束之光纖雷射的範例 構造。
圖17A為顯示在該等具體實例中任一者的EUV光產生系統中之前置脈衝雷射光束的照射條件之表格。
圖17B為顯示在該等具體實例中任一者的EUV光產生系統中之主脈衝雷射光束的照射條件之表格。
圖18示意圖示根據第七具體實例之EUV光產生系統的範例構造。
圖19A為顯示以線性偏振前置脈衝雷射光束照射之液滴的概念圖。
圖19B顯示該液滴擴散的模擬結果。
圖20A為顯示以線性偏振前置脈衝雷射光束照射之液滴的概念圖。
圖20B顯示該液滴擴散的模擬結果。
圖21係顯示雷射光束的P偏振分量及S偏振分量被熔融錫液滴吸收的吸收率。
圖22A至22F顯示根據第七具體實例以圓偏振前置脈衝雷射光束照射之液滴及以主脈衝雷射光束照射之擴散靶材。
圖23A至23F顯示根據第七具體實例以未偏振前置脈衝雷射光束照射之液滴及以主脈衝雷射光束照射之擴散靶材。
圖24A至24F顯示根據第七具體實例以徑向偏振前置脈衝雷射光束照射之液滴及以主脈衝雷射光束照射之擴散靶材。
圖25A至25F顯示根據第七具體實例以方位偏振前置脈衝雷射光束照射之液滴及以主脈衝雷射光束照射之擴散靶材。
圖26A及26B係探討測量線性偏振程度之方法的圖。
圖27顯示第七具體實例中之偏振轉換器的第一實例。
圖28A至28C顯示第七具體實例中之偏振轉換器的第二實例。
圖29A及29B顯示第七具體實例中之偏振轉換器的第三實例。
圖30顯示第七具體實例中之偏振轉換器的第四實例。
圖31示意圖示根據第八具體實例之EUV光產生系統的範例構造。
圖32A至32C示意圖示在根據第九具體實例之在EUV光產生系統中的經組態以輸出前置脈衝雷射光束之雷射裝置的範例構造。
圖33A至33C示意圖示在根據第九具體實例的修改之在EUV光產生系統中的經組態以輸出前置脈衝雷射光束之雷射裝置的範例構造。
圖34A及34B顯示第九具體實例中之偏振轉換器的實例。
圖35係繪製根據前置脈衝雷射光束之通量獲得之轉換效率(CE)的圖。
圖36顯示在EUV光產生系統中用於產生擴散靶材之實驗的結果之圖。
圖37係繪製不同直徑之液滴從以前置脈衝雷射光束照射該液滴直到以主脈衝雷射光束照射擴散靶材之對應延遲時間所獲得之轉換效率(CE)的圖。
1‧‧‧室
2‧‧‧靶材供應單元
3‧‧‧驅動雷射
5‧‧‧EUV收集器鏡
7‧‧‧EUV光產生控制器
7a‧‧‧觸發計數器
7b‧‧‧計時器
8‧‧‧液滴控制器
9‧‧‧曝光裝置控制器
11‧‧‧曝光裝置連接埠
12‧‧‧窗
13‧‧‧靶材噴嘴
14‧‧‧靶材收集單元
15a‧‧‧高反射鏡
15b‧‧‧離軸拋物面鏡
16‧‧‧EUV光偵測器
IF‧‧‧中間焦點區
DL‧‧‧液滴
PS‧‧‧電漿產生區

Claims (37)

  1. 一種用以產生極遠紫外光之系統，其包含：室；雷射光束裝置，其經組態以產生待導入該室之雷射光束；該雷射光束裝置用之雷射控制器，用以至少控制該雷射光束之光束強度及輸出時序；及靶材供應單元，其經組態以供應靶材至該室，該靶材係以該雷射光束照射以產生極遠紫外光，其中，該雷射光束裝置包括經組態以輸出用以在該室內照射該靶材的第一前置脈衝雷射光束之第一雷射裝置，以及第二雷射裝置，其係經組態以輸出用以照射已經該第一前置脈衝雷射光束照射的靶材之第一主脈衝雷射光束，其中該第一前置脈衝雷射光束之波長比該第一主脈衝雷射光束之波長短。
  2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該靶材係以液滴形式供應。
  3. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該第一雷射裝置包括YAG雷射裝置。
  4. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該第一雷射裝置包括光纖雷射(fiber laser)裝置。
  5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該第一雷射裝置包括Ti：藍寶石雷射裝置。
  6. 如申請專利範圍第1項之系統，其另外包含提供於該第一前置脈衝雷射光束之光束路徑的偏振轉換器，其用於改變該第一前置脈衝雷射光束的偏振狀態以使得由算式R=| I1-I2 |/| I1+I2 |×100(%)所界定之R值等於或大於0%且小於30%，其中I1及I2分別為第一前置脈衝雷射光束中之第一及第二偏振分量的光束強度，該等偏振分量彼此垂直。
  7. 如申請專利範圍第6項之系統，其中該偏振轉換器將該第一前置脈衝雷射光束轉換成圓偏振雷射光束。
  8. 如申請專利範圍第6項之系統，其中該偏振轉換器將該第一前置脈衝雷射光束轉換成徑向偏振雷射光束。
  9. 如申請專利範圍第6項之系統，其中該偏振轉換器將該第一前置脈衝雷射光束轉換成以該第一前置脈衝雷射光束的光束軸對稱之偏振狀態的雷射光束。
  10. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該第二雷射裝置包括CO2雷射裝置。
  11. 一種用以產生極遠紫外光之系統，其包含：室；雷射光束裝置，其經組態以產生待導入該室之雷射光束；該雷射光束裝置用之雷射控制器，用以至少控制該雷射光束之光束強度及輸出時序；及靶材供應單元，其經組態以供應靶材至該室，該靶材係以該雷射光束照射以產生極遠紫外光， 其中，該雷射光束裝置包括經組態以輸出用以在該室內照射該靶材的第一前置脈衝雷射光束之第一雷射裝置，以及第二雷射裝置，其係經組態以輸出用以照射已經該第一前置脈衝雷射光束照射的靶材之第一主脈衝雷射光束，其中該第一前置脈衝雷射光束之波長，其中該雷射控制器係經組態以控制該第二雷射裝置在該靶材係經第一前置脈衝雷射光束照射之後的0.3μs至3.0μs內輸出該第一主脈衝雷射光束。
  12. 如申請專利範圍第11項之系統，其中已經該第一前置脈衝雷射光束照射之靶材的形狀為碟形或盤形。
  13. 如申請專利範圍第12項之系統，其中已經該第一前置脈衝雷射光束照射之靶材係在呈具有第一前置脈衝雷射光束行進之方向具有第一長度且在與該第一前置脈衝雷射光束行進之方向垂直的方向具有第二長度之形狀，該第一長度比該第二長度短。
  14. 一種用以產生極遠紫外光之系統，其包含：室；雷射光束裝置，其經組態以產生待導入該室之雷射光束；該雷射光束裝置用之雷射控制器，用以至少控制該雷射光束之光束強度及輸出時序；及靶材供應單元，其經組態以供應靶材至該室，該靶材係以該雷射光束照射以產生極遠紫外光，其中，該雷射光 束裝置包括經組態以輸出用以在該室內照射該靶材的第一前置脈衝雷射光束之第一雷射裝置，以及第二雷射裝置，其係經組態以輸出用以照射已經該第一前置脈衝雷射光束照射的靶材之第一主脈衝雷射光束，其中該第一主脈衝雷射光束以與該第一前置脈衝雷射光束實質上相同之方向撞擊該靶材。
  15. 如申請專利範圍第14項之系統，其中該第一主脈衝雷射光束於撞擊該靶材時的橫斷面面積等於或大於該靶材沿著該第一主脈衝雷射光束行進之方向垂直的平面之最大橫斷面面積。
  16. 一種用以產生極遠紫外光之系統，其包含：室；雷射光束裝置，其經組態以產生待導入該室之雷射光束；該雷射光束裝置用之雷射控制器，用以至少控制該雷射光束之光束強度及輸出時序；及靶材供應單元，其經組態以供應靶材至該室，該靶材係以該雷射光束照射以產生極遠紫外光，其中，該雷射光束裝置包括經組態以輸出用以在該室內照射該靶材的第一前置脈衝雷射光束之第一雷射裝置，以及第二雷射裝置，其係經組態以輸出用以照射已經該第一前置脈衝雷射光束照射的靶材之第一主脈衝雷 射光束；其中該靶材供應單元係經組態以以液滴形式供應靶材，該液滴之直徑等於或大於12μm且等於或小於40μm，該雷射控制器係經組態以控制該第一雷射裝置輸出光束密度等於或大於6.4×109W/cm2且等於或低於3.2×1010W/cm2之第一前置脈衝雷射光束，及該雷射控制器控制該第二雷射裝置在該靶材係經第一前置脈衝雷射光束照射之後的0.5μs至2μs內輸出該第一主脈衝雷射光束。
  17. 如申請專利範圍第16項之系統，其中該已經該第一前置脈衝雷射光束照射之靶材的形狀係以該第一前置脈衝雷射光束的光束軸對稱且實質上為環形。
  18. 一種用以產生極遠紫外光之系統，其包含：室；雷射光束裝置，其經組態以產生待導入該室之雷射光束；該雷射光束裝置用之雷射控制器，用以至少控制該雷射光束之光束強度及輸出時序；及靶材供應單元，其經組態以供應靶材至該室，該靶材係以該雷射光束照射以產生極遠紫外光，其中，該雷射光束裝置包括經組態以輸出用以在該室內照射該靶材的第一前置脈衝雷射光束之第一雷射裝置，以及 第二雷射裝置，其經組態以輸出用以照射已經該第一前置脈衝雷射光束照射之靶材的第二前置脈衝雷射光束，及用以照射已經該第二前置脈衝雷射光束照射的靶材之第一主脈衝雷射光束。
  19. 如申請專利範圍第18項之系統，其中該第二雷射裝置包括CO2雷射裝置。
  20. 如申請專利範圍第18項之系統，其中該第一前置脈衝雷射光束之波長比該第二前置脈衝雷射光束之波長短。
  21. 如申請專利範圍第18項之系統，其中該第二前置脈衝雷射光束及該第一主脈衝雷射光束沿著與該第一前置脈衝雷射光束實質上相同之路徑行進以撞擊該靶材。
  22. 如申請專利範圍第21項之系統，其中該第一主脈衝雷射光束於撞擊該靶材時的橫斷面面積等於或大於該靶材沿著該第一主脈衝雷射光束行進之方向垂直的平面之最大橫斷面面積。
  23. 一種用以產生極遠紫外光的方法，該極遠紫外光在包括雷射光束裝置、雷射控制器、室及靶材供應單元之系統中產生，該方法包括：將靶材以液滴形式供應至該室；以來自該雷射光束裝置之前置脈衝雷射光束照射該液滴；及在以該前置脈衝雷射光束照射該液滴之後0.5μs至3μs之範圍內，以來自該雷射光束裝置之主脈衝雷射光束照射該已經前置脈衝雷射光束照射的液滴。
  24. 一種用以產生極遠紫外光之系統，其包含：雷射光束裝置，其經組態以產生脈衝持續期間少於1ns之前置脈衝雷射光束及主脈衝雷射光束；該雷射光束裝置用之雷射控制器，其用以控制該前置脈衝雷射光束之光束強度及主脈衝雷射光束之輸出時序中之至少一者；及靶材供應單元，其經組態以供應待以前置脈衝雷射光束及主脈衝雷射光束照射以產生極遠紫外光之靶材，其中該雷射控制器係經組態以控制該雷射光束裝置在該靶材係經該前置脈衝雷射光束照射之後的0.3μs至3.0μs內輸出該主脈衝雷射光束。
  25. 如申請專利範圍第24項之系統，其中該雷射光束裝置包括鎖定模式雷射裝置。
  26. 如申請專利範圍第25項之系統，其中該鎖定模式雷射裝置為Ti：藍寶石雷射。
  27. 如申請專利範圍第25項之系統，其中該鎖定模式雷射裝置為光纖雷射。
  28. 一種用以產生極遠紫外光之系統，其包含：雷射光束裝置，其經組態以產生雷射光束；及靶材供應單元，其經組態以供應待以雷射光束照射以產生極遠紫外光之靶材，其中該雷射光束裝置係經組態以：產生用以照射該靶材之第一前置脈衝雷射光束，產生用以照射該經第一前置脈衝雷射光束照射的靶材 之第二前置脈衝雷射光束，及產生用以照射該經第二前置脈衝雷射光束照射的靶材之主脈衝雷射光束，以及該雷射光束裝置包含：第一雷射裝置，其經組態以產生用以照射該靶材的第一前置脈衝雷射光束；及第二雷射裝置，其經組態以產生用以照射該經第一前置脈衝雷射光束照射的靶材之第二前置脈衝雷射光束，及產生用以照射該經第二前置脈衝雷射光束照射的靶材之主脈衝雷射光束。
  29. 如申請專利範圍第28項之系統，其中該第一雷射裝置係經組態以產生具有第一波長之雷射光束，及該第二雷射裝置係經組態以產生具有比該第一波長更長之第二波長的雷射光束。
  30. 如申請專利範圍第29項之系統，其中該第一雷射裝置為YAG雷射裝置；及該第二雷射裝置為CO2雷射裝置。
  31. 一種用以產生極遠紫外光之系統，其包含：雷射光束裝置，其經組態以產生雷射光束；及靶材供應單元，其經組態以供應待以雷射光束照射以產生極遠紫外光之靶材，其中該雷射光束裝置係經組態以：產生用以照射該靶材之第一前置脈衝雷射光束， 產生用以照射該經第一前置脈衝雷射光束照射的靶材之第二前置脈衝雷射光束，及產生用以照射該經第二前置脈衝雷射光束照射的靶材之主脈衝雷射光束，其中該雷射光束裝置包含：第一雷射裝置，其經組態以產生用以照射該靶材的第一前置脈衝雷射光束；第二雷射裝置，其經組態以產生用以照射該經第一前置脈衝雷射光束照射的靶材之第二前置脈衝雷射光束；及第三雷射裝置，其經組態以產生用以照射該經第二前置脈衝雷射光束照射的靶材之主脈衝雷射光束。
  32. 如申請專利範圍第31項之系統，其中該第一及第二雷射裝置係經組態以產生各具有第一波長之雷射光束，及該第三雷射裝置係經組態以產生具有比該第一波長更長之第二波長的雷射光束。
  33. 如申請專利範圍第32項之系統，其中該第一雷射裝置為第一YAG雷射裝置；該第二雷射裝置為第二YAG雷射裝置；及該第三雷射裝置為CO2雷射裝置。
  34. 一種用以產生極遠紫外光之系統，其包含：雷射光束裝置，其經組態以產生雷射光束；及靶材供應單元，其經組態以供應待以雷射光束照射以 產生極遠紫外光之靶材，其中該雷射光束裝置係經組態以：產生用以照射該靶材之第一前置脈衝雷射光束，產生用以照射該經第一前置脈衝雷射光束照射的靶材之第二前置脈衝雷射光束，及產生用以照射該經第二前置脈衝雷射光束照射的靶材之主脈衝雷射光束，其中該雷射光束裝置包含：第一雷射裝置，其經組態以產生用以照射該靶材之第一前置脈衝雷射光束及用以照射該經第一前置脈衝雷射光束照射的靶材之第二前置脈衝雷射光束；及第二雷射裝置，其經組態以產生用以照射該經第二前置脈衝雷射光束照射的靶材之主脈衝雷射光束。
  35. 如申請專利範圍第34項之系統，其中該第一雷射裝置係經組態以產生具有第一波長之雷射光束，及該第二雷射裝置係經組態以產生具有比該第一波長更長之第二波長的雷射光束。
  36. 如申請專利範圍第35項之系統，其中該第一雷射裝置為YAG雷射裝置；及該第二雷射裝置為CO2雷射裝置。
  37. 如申請專利範圍第35項之系統，其中該第一雷射裝置為光纖雷射裝置；及該第二雷射裝置為CO2雷射裝置。
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