極端紫外光源装置
【課題】ほぼ均一な強度で所望のパルス幅を実現できるドライバレーザを用いて、効率的にＥＵＶ光を得ることができる極端紫外光源装置を提供する。
【解決手段】この極端紫外光源装置は、ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生するレーザ生成プラズマ型極端紫外光源装置であって、極端紫外光の生成が行われるチャンバと、チャンバ内の所定の位置に液体又は固体の金属ターゲットを供給するターゲット供給手段と、互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームを合成して強度が略均一の単一パルスレーザビーム又はパルス列レーザビームを生成し、ターゲット供給手段によって供給されるターゲットに該レーザビームを照射することによりプラズマを生成するレーザビーム生成部と、プラズマから放射される極端紫外光を集光して出射するコレクタミラーとを具備する。
【解決手段】この極端紫外光源装置は、ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生するレーザ生成プラズマ型極端紫外光源装置であって、極端紫外光の生成が行われるチャンバと、チャンバ内の所定の位置に液体又は固体の金属ターゲットを供給するターゲット供給手段と、互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームを合成して強度が略均一の単一パルスレーザビーム又はパルス列レーザビームを生成し、ターゲット供給手段によって供給されるターゲットに該レーザビームを照射することによりプラズマを生成するレーザビーム生成部と、プラズマから放射される極端紫外光を集光して出射するコレクタミラーとを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置の光源として用いられる極端紫外（ＥＵＶ：extreme ultra violet）光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスの微細化に伴って光リソグラフィにおける微細化が急速に進展しており、次世代においては、１００ｎｍ〜７０ｎｍの微細加工、更には５０ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。そのため、例えば、５０ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光源と縮小投影反射光学系（catadioptric system）とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。
【０００３】
ＥＵＶ光源としては、ターゲットにレーザビーム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：レーザ励起プラズマ）光源（以下において、「ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置」ともいう）と、放電によって生成されるプラズマを用いたＤＰＰ（discharge produced plasma）光源と、軌道放射光を用いたＳＲ（synchrotron radiation）光源との３種類がある。これらの内でも、ＬＰＰ光源は、プラズマ密度をかなり大きくできるので黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られ、ターゲット物質を選択することにより必要な波長帯のみの発光が可能であり、ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であるので光源の周囲に電極等の構造物がなく、２πsteradianという極めて大きな捕集立体角の確保が可能であること等の利点から、数十ワット以上のパワーが要求されるＥＵＶリソグラフィ用の光源として有力であると考えられている。
【０００４】
ここで、ＬＰＰ方式によるＥＵＶ光の生成原理について説明する。真空チャンバ内に供給されるターゲット物質に対してレーザビームを照射することにより、ターゲット物質が励起してプラズマ化する。このプラズマから、ＥＵＶ光を含む様々な波長成分が放射される。そこで、所望の波長成分（例えば、１３．５ｎｍの波長を有する成分）を選択的に反射するＥＵＶコレクタミラーを用いてＥＵＶ光が反射集光され、露光器に出力される。ＥＵＶコレクタミラーの反射面には、例えば、モリブデン（Ｍｏ）の薄膜とシリコン（Ｓｉ）の薄膜とを交互に積層した多層膜（Ｍｏ／Ｓｉ多層膜）が形成されている。
【０００５】
このようなＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置においては、特に固体のターゲットを用いる場合に、プラズマから放出される中性粒子やイオンによる影響が問題となっている。ＥＵＶコレクタミラーはプラズマ近傍に設置されるので、プラズマから放出される中性粒子は、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に付着してミラーの反射率を低下させる。一方、プラズマから放出されるイオンは、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に形成されている多層膜を削り取る。なお、中性粒子やイオンを含むプラズマからの飛散物やターゲット物質の残骸は、デブリ（debris）と呼ばれている。
【０００６】
ところが、最近になって、ＣＯ２レーザと固体の錫との組み合わせにより、レーザビーム照射によって錫から発生するデブリの量が大幅に低減されることが確認された。また、非特許文献１に記載されているように、ＣＯ２レーザによって生成されるレーザビームを金属ターゲットに照射して得られるＥＵＶ光については、レーザビームのパルス幅（ＦＷＨＭ：半値全幅）が１００ｎｓのオーダーとなる条件で、高いレーザ光／ＥＵＶ光変換効率（ＣＥ）が得られることが明らかになりつつある。
【０００７】
しかしながら、現在研究が進められているＣＯ２レーザ、又は、既に市販されているＣＯ２レーザにおいては、レーザビームのパルス幅が１ｎｓ〜５０ｎｓ程度である。一方、ＲＦモジュレーションによってパルス発振を行うＣＯ２レーザにおいては、レーザビームのパルス幅が数μｓである。このように、ほぼ均一な強度で１００ｎｓ程度のパルス幅を実現できるレーザシステムは、今のところ提案されていない。
【０００８】
関連する技術として、下記の特許文献１には、パルス光の発光時間を擬似的に伸長することによって、発光時間内の平均エネルギーを低減するパルス幅伸長光学系が開示されている。このパルス幅伸長光学系は、パルス光を複数の光路に沿って分割するための光分割手段と、複数の光路に沿った分割パルス光を同一の光路に沿って合成するための光合成手段とを備え、同一の光路に沿って合成された合成パルス光の強度が複数の光路に沿って分割される元のパルス光の強度よりも実質的に小さくなるように、複数の光路が互いに所定の光路長差を有している。しかしながら、パルス光を分割するにつれて強度が次第に低下してくるので、均一な強度を有するパルス光を生成することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２８８２５１号公報（第１頁、図１）
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】村上、他、「レーザ生成プラズマにおける極端紫外放射の変換効率（Conversion efficiency of extreme ultraviolet radiation in laser-produced plasmas）」、米国物理学会、プラズマの物理、第１３巻第０３３１０７号（２００６年）、第７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、ほぼ均一な強度で所望のパルス幅を実現できるドライバレーザを用いて、効率的にＥＵＶ光を得ることができる極端紫外光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る極端紫外光源装置は、ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生するレーザ生成プラズマ型極端紫外光源装置であって、極端紫外光の生成が行われるチャンバと、チャンバ内の所定の位置に液体又は固体の金属ターゲットを供給するターゲット供給手段と、互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームを合成して強度が略均一の単一パルスレーザビーム又はパルス列レーザビームを生成し、ターゲット供給手段によって供給されるターゲットに該レーザビームを照射することによりプラズマを生成するレーザビーム生成部と、プラズマから放射される極端紫外光を集光して出射するコレクタミラーとを具備する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームを合成して強度が略均一の単一パルスレーザビーム又はパルス列レーザビームを生成するようにしたので、効率的にＥＵＶ光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の構成を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態における複数のパルスのタイミング及び波形を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態における複数のパルスのタイミング及び波形を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の変形例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の変形例を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。
【図８】第３の実施形態における複数のパルスのタイミング及び波形を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。
【図１０】第４の実施形態における複数のパルスのタイミング及び波形を示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。
【図１２】第５の実施形態におけるパルスの波形を示す図である。
【図１３】本発明の第１〜第５の実施形態の変形例におけるパルス列を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の構成を示す概略図である。本実施形態に係るＥＵＶ光源装置は、レーザビームをターゲット物質に照射して励起させることによりＥＵＶ光を生成するレーザ励起プラズマ（ＬＰＰ）方式を採用している。
【００１６】
図１に示すように、このＥＵＶ光源装置は、ＥＵＶ光の生成が行われる真空チャンバ１０と、ターゲット１を供給するターゲット供給装置１１と、ターゲット１に照射される励起用レーザビーム２を生成するレーザビーム生成部（ドライバレーザ）１２と、レーザビーム生成部１２によって生成される励起用レーザビーム２を集光するレーザ集光光学系１４と、ターゲット１に励起用レーザビーム２が照射されることによって発生するプラズマ３から放出されるＥＵＶ光４を集光して出射するＥＵＶコレクタミラー１５と、ターゲット１を回収するターゲット回収装置１６とを備えている。
【００１７】
真空チャンバ１０には、励起用レーザビーム２を導入する導入窓１８と、プラズマから放射されるＥＵＶ光の内で不要な光（ＥＵＶ光よりも波長が短い電磁波やＥＵＶ光よりも波長が長い紫外線等）を除去し、所望の波長成分（例えば、１３．５ｎｍの波長を有する成分）を通過させて露光器に導出するＳＰＦ（spectral purity filter）１９とが設けられている。なお、露光器の内部も、真空チャンバ１０の内部と同様に、真空又は減圧状態に保たれる。
【００１８】
レーザビーム生成部１２は、複数系列の発振増幅型レーザ装置と、それらの発振増幅型レーザ装置からそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームを合成するビーム合成器１２３とを含んでいる。図１においては、発振段レーザ装置（ＯＳＣ：オシレータ）１２１ａ〜１２１ｄと、増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄとを有する第１系列〜第４系列の発振増幅型レーザ装置が示されている。例えば、第１系列の発振増幅型レーザ装置は、パルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置１２１ａと、発振段レーザ装置１２１ａから出力されるパルスレーザビームを増幅するＮ段の増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）を含む増幅段装置１２２ａとによって構成される。ここで、Ｎは自然数であり、各系列の増幅段装置は、少なくとも１段の増幅器を含んでいる。
【００１９】
本実施形態においては、発振段レーザ装置１２１ａ〜１２１ｄとして、高い繰り返し周波数（例えば、パルス幅が数ｎ秒〜数十ｎ秒程度、周波数が１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度）でパルス発振可能なＣＯ２レーザが用いられる。また、ビーム合成器１２３としては、プリズム、ポーラライザ、又は、立体形状を有するミラー等を用いることができる。
【００２０】
各レーザ系列において、発振段レーザ装置１２１ａ〜１２１ｄにおいて発振により生成されたレーザ光は、Ｎ段の増幅器を含む増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄによって順次増幅され、所望のレーザエネルギーが達成される。本実施形態においては、各レーザ系列において得られるエネルギーは約２０ｍＪであり、これらを統合して合成することにより、約８０ｍＪのレーザエネルギーが得られる。第１系列〜第４系列の発振増幅型レーザ装置からそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームは、ビーム合成器１２３によって合成されて、レーザ集光光学系１４に供給される。
【００２１】
図２に示すように、第１系列〜第４系列の発振増幅型レーザ装置は、順次遅延されたタイミングで駆動される。各系列の発振増幅型レーザ装置から出力されるレーザビームのパルス幅は、約３０ｎｓである。そのようなパルス幅を達成するレーザ装置は、市販されていて入手が容易である。例えば、発振段レーザ装置として、ＴＥＡレーザ又はスラブレーザを用いても良い。あるいは、軸流型の連続発振レーザを用いて、キャビティダンプ等により上記のパルス幅を得ても良い。それらのレーザは、典型的には、数μＪのエネルギーしか出力できないので、ＥＵＶ光を発生するために数十ｍＪのエネルギーを得ようとすると、図１に示すような増幅段装置が必要となる。
【００２２】
このように、時間差を持たせて複数系列の発振増幅型レーザ装置を駆動し、それらの発振増幅型レーザ装置から出力される増幅後のパルスレーザビームを合成することによって、レーザ集光光学系１４の入力において１００ｎｓオーダーのパルス幅と８０ｍＪのエネルギーを有する単一パルスレーザビームを得ることができる。
【００２３】
レーザ集光光学系１４は、少なくとも１つのレンズ及び／又は少なくとも１つのミラーで構成される。レーザビーム生成部１２によって得られたレーザビームは、レーザ集光光学系１４によって集光され、真空チャンバ１０内の所定の位置においてターゲット１に照射される。このときの集光径は１００μｍ程度であり、パワー密度は１０１０Ｗ／ｃｍ２程度となる。これにより、ターゲット１の一部が励起してプラズマ化し、発光点から様々な波長成分が放射される。ここで、発光点とは、プラズマ３が発生する位置を意味する。
【００２４】
ＥＵＶコレクタミラー１５は、プラズマ３から放射される様々な波長成分の内から、所定の波長成分（例えば、１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光）を選択的に反射することにより集光する集光光学系である。ＥＵＶコレクタミラー１５は凹状の反射面を有しており、この反射面には、例えば、波長が１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光を選択的に反射するために、モリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）の多層膜が形成されている。
【００２５】
ＥＵＶコレクタミラー１５によってＥＵＶ光が集められ、ＳＰＦ１９によって波長純度が向上された後、露光器に出力される。なお、ＥＵＶ光の集光光学系は、図１に示すＥＵＶコレクタミラー１５に限定されず、複数の光学部品を用いて構成しても良いが、ＥＵＶ光の吸収を抑えるために反射光学系とすることが必要である。
【００２６】
従来、ＥＵＶ光源装置のプラズマ生成においては、ターゲットへのレーザビーム照射から１０ｎｓ〜３０ｎｓ程度の時間しか最適なエネルギー吸収密度を維持できないとされていた。このときのＥＵＶ変換効率（ＣＥ）は、錫ターゲットを用いた場合に２％〜４％であった。そのため、レーザビームのパルス幅も、それに合わせたものとなっていた。しかしながら、先に述べたように、最適なエネルギー吸収密度を維持できる時間が１００ｎｓのオーダーで持続することが明らかになりつつある。その場合には、より多くのレーザエネルギーをＥＵＶ光の発生に使えるので、ＣＥが数％向上する。この点に鑑み、本実施形態においては、ほぼ均一な強度を保ちながら１００ｎｓオーダーのパルス幅を有するレーザビームを生成することを可能とした。
【００２７】
本実施形態においては、ターゲット１として、錫（Ｓｎ）の細線が用いられるが、これに限らず、例えば、ターゲットの材料として、錫の他にインジウムやリチウムを用いても良く、ターゲットの形態として、溶融金属のジェットやドロップレットの他に、固体板や固体球等のバルクターゲットを用いても良い。
【００２８】
ＬＰＰ方式のＥＵＶ光源装置においては、ドライバレーザのコスト構成比率が非常に大きく、場合によっては装置全体の価格の８０％を越えてしまう。従って、ドライバレーザの価格低減は、装置全体の価格の大幅な低減を意味する。本実施形態によれば、小規模で比較的安価なＣＯ２レーザを用いて、高効率でＥＵＶを発生することができる。レーザビームの照射条件にもよるが、例えば、従来よりもＣＥが２％程度向上して、５％〜６％のＣＥが得られるので、従来と同一エネルギーのＥＵＶ光を発生するために必要となるレーザビームのエネルギーが、従来の１／２〜２／３で済む。これは、数億円と予想される量産型ＥＵＶ光源装置において、劇的なコストダウンに繋がる。また、ＥＵＶ光以外の光エネルギーや無駄な熱の発生も少ないので、コレクタミラーやＳＰＦの寿命向上によるランニングコストの低減効果も期待できる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、レーザビーム生成部の構成が第１の実施形態と異なっており、その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。
【００３０】
図３は、本発明の第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。レーザビーム生成部１２は、パルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置１２１と、発振段レーザ装置１２１から出力されるパルスレーザビームを複数の光路に分岐させるビーム分岐手段としてのビームスプリッタ１２４ａ〜１２４ｃ及びミラー１２５と、分岐された複数のパルスレーザビームをそれぞれ増幅する複数の増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄと、それらの増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄからそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームを合成するビーム合成器１２３ａ〜１２３ｃとを含んでいる。ビーム合成器１２３ａ〜１２３ｃとしては、プリズム又はポーラライザ等を使用することができる。
【００３１】
図４の（ａ）に示すように、発振段レーザ装置１２１から出力されるレーザビームのパルス幅は約３０ｎｓであり、分岐された複数のパルスレーザビームが複数の増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄによって増幅され、観測点１Ａ〜１Ｄにおいて、順次遅延されたタイミングでパルスが観測される。
【００３２】
複数の増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄからそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームをビーム合成器１２３ａ〜１２３ｃによって順次合成することにより、図４の（ｂ）に示すように、観測点２〜４においてパルス幅が順次増加し、観測点４において、ほぼ均一な強度で１００ｎｓオーダーのパルス幅を有する単一パルスレーザビームを得ることができる。本実施形態においては、発振段レーザ装置のタイミング制御が不要である。従って、ＥＵＶ光源装置全体の制御負荷を軽減して、信頼性の高い制御系を実現することができる。
【００３３】
次に、第１及び第２の実施形態の変形例について説明する。図１に示す第１の実施形態においては、複数のレーザビームを合成するためにビーム合成器１２３を用いたが、図５に示すように、ＥＵＶコレクタミラー１５に複数のレーザビームをそれぞれ通すための複数の開口部を形成しておき、複数の増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄからそれぞれ出力される複数のレーザビームが、プラズマ３の発生位置（ターゲット１におけるレーザビーム照射点）において合成されるようにしても良い。
【００３４】
また、図３に示す第２の実施形態においては、複数のレーザビームを合成するためにビーム合成器１２３ａ〜１２３ｃを用いたが、図６に示すように、ＥＵＶコレクタミラー１５に複数のレーザビームをそれぞれ通すための複数の開口部を形成しておき、複数の増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄからそれぞれ出力される複数のレーザビームが、プラズマ３の発生位置（ターゲット１におけるレーザビーム照射点）において合成されるようにしても良い。
【００３５】
第１及び第２の実施形態においては、複数系列の発振増幅型レーザ装置からそれぞれ出力される複数のパルスを合成してから照射点に導くようにしていたが、複数のパルスを照射点で合成するようにすれば、照射点までの各パルスのエネルギーを小さくすることができるので、レーザパルスの通過経路における光学素子のダメージを軽減することが可能となる。
【００３６】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、レーザビーム生成部の構成が第１の実施形態と異なっており、その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。
【００３７】
図７は、本発明の第３の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。図１に示す第１の実施形態におけるレーザビーム生成部は、複数の発振段レーザ装置に複数の増幅段装置をそれぞれ直列に配して、４系列の発振段レーザ装置及び増幅段装置を用いていた。これに対し、図７に示す第３の実施形態においては、発振段レーザ装置のみを複数用意して、増幅段装置を共通で使用するようにしている。
【００３８】
レーザビーム生成部１２は、複数のパルスレーザビームをそれぞれ出力する複数の発振段レーザ装置（ＯＳＣ：オシレータ）１２１ａ〜１２１ｄと、それらの発振段レーザ装置１２１ａ〜１２１ｄからそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームを合成するビーム合成器１２３と、ビーム合成器１２３から出力される単一パルスレーザビームを増幅するＮ段の増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）を含む増幅段装置１２２とを含んでいる。ここで、Ｎは自然数である。
【００３９】
図８に示すように、第１系列〜第４系列の発振段レーザ装置１２１ａ〜１２１ｄは、順次遅延されたタイミングで駆動される。各々の発振段レーザ装置から出力されるレーザビームのパルス幅は約３０ｎｓである。また、発振段レーザ装置１２１ａ〜１２１ｄからそれぞれ出力される複数のパルスは、時間的に早いものを低エネルギーとし、遅延時間が長いほど高エネルギーとする。そのような複数のパルスをビーム合成器１２３によって合成すると、第１段の増幅器ＡＭＰ（１）の入力において、時間と共に強度が増加するパルス波形となる。
【００４０】
そのようなパルス波形とする理由は、増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）によって増幅動作を行う際に、パルス波形において時間的に早い部分ほど増幅器の増幅率が高くなるからである。上記のようなパルス波形を増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）によって順次増幅すると、最終段の増幅器ＡＭＰ（Ｎ）の出力において、ほぼ一定の強度で１００ｎｓオーダーのパルス幅を有する矩形状パルスが得られる。本実施形態においては、増幅器１台当りの容量（励起エネルギー）を増加させることが必要となるが、増幅器の数を低減できるので、結果として低コストになる場合がある。
【００４１】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、レーザビーム生成部の構成が第１の実施形態と異なっており、その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。
【００４２】
図９は、本発明の第４の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。図７に示す第３の実施形態におけるレーザビーム生成部は、複数の発振段レーザ装置を用いていた。これに対し、図９に示す第４の実施形態においては、１つの発振段レーザ装置から出力されるレーザビームを複数の光路に分岐させて、光路差により互いに異なる遅延を持たせた複数のレーザビームを合成するようにしている。
【００４３】
レーザビーム生成部１２は、パルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置（ＯＳＣ：オシレータ）１２１と、発振段レーザ装置１２１から出力されるパルスレーザビームを複数の光路に分岐させるビーム分岐手段としてのビームスプリッタ１２４ａ〜１２４ｃ及びミラー１２５と、光路に応じて互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームを合成するビーム合成器１２３ａ〜１２３ｃと、ビーム合成器１２３ｃから出力される単一パルスレーザビームを増幅するＮ段の増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）を含む増幅段装置１２２とを含んでいる。ここで、Ｎは自然数である。
【００４４】
図１０の（ａ）に示すように、発振段レーザ装置１２１から出力されるレーザビームのパルス幅は約３０ｎｓであり、観測点１Ａ〜１Ｄにおいて、順次遅延されたタイミングでパルスが観測される。ビームスプリッタ１２４ａ〜１２４ｃ及びミラー１２５からそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームをビーム合成器１２３ａ〜１２３ｃによって順次合成することにより、図１０の（ｂ）に示すように、観測点２〜４において観測されるようなパルスを得ることができる。さらに、ビーム合成器１２３ｃから出力される単一パルスレーザビームを増幅段装置１２２によって増幅することにより、観測点５において、ほぼ一定の強度で１００ｎｓオーダーのパルス幅を有する矩形状パルスが得られる。
【００４５】
本実施形態においても、増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）の増幅特性を考慮して、増幅器ＡＭＰ（１）の入力において、図１０の（ｂ）に示す観測点４におけるようなパルス波形にすることが望ましい。これは、第３の実施形態と同様に、観測点１Ａ〜１Ｄにおけるパルス強度に、図１０の（ａ）に示すような強度差を持たせることにより実現できる。そのような強度差を設定するためには、ビームスプリッタ１２４ａ〜１２４ｃの反射率を徐々に低くなるようにすれば良い。
【００４６】
例えば、ビームスプリッタ１２４ａの反射率を９５％、ビームスプリッタ１２４ｂの反射率を８５％、ビームスプリッタ１２４ｃの反射率を５５％とすると、観測点１Ａにおけるエネルギーは、発振段レーザ装置１２１から出力されるエネルギーの５％となり、観測点１Ｂにおけるエネルギーは、発振段レーザ装置１２１から出力されるエネルギーの１０％となり、観測点１Ｃにおけるエネルギーは、発振段レーザ装置１２１から出力されるエネルギーの３０％となり、観測点１Ｄにおけるエネルギーは、発振段レーザ装置１２１から出力されるエネルギーの５５％となるので、図１０の（ａ）に示すような強度比をほぼ達成することができる。
【００４７】
本実施形態によれば、発振段レーザ装置が１台で済むので低コストとなる。また、第３の実施形態におけるよりも比較的小さなエネルギーのパルスを増幅して所望のエネルギーを得ようとするので、増幅器の容量（励起エネルギー）をさらに増加させることが必要となるが、構成が非常に簡単になる上に、制御負荷も軽くすることが可能である。
【００４８】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、レーザビーム生成部の構成が第１の実施形態と異なっており、その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。
【００４９】
図１１は、本発明の第５の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。本実施形態におけるレーザビーム生成部は、レーザ増幅における飽和現象を利用して、ほぼ一定の強度を有するパルスを生成している。即ち、所定の値以上の強度を有する光を増幅段装置に入力すると、増幅率が一定値に漸近する現象が起こるので、これをパルス整形に利用している。
【００５０】
レーザビーム生成部１２は、時間と共に強度が増加するパルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置（ＯＳＣ：オシレータ）１２６と、発振段レーザ装置１２６から出力されるパルスレーザビームを、時間と共に減少する増幅率で増幅するＮ段の増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）を含む増幅段装置とを含んでいる。ここで、Ｎは自然数である。
【００５１】
例えは、発振段レーザ装置１２６は、図１２に示す観測点１における波形のように、パルス幅（ＦＷＨＭ）が３０ｎｓ程度で、裾野が１００ｎｓ程度で、時間と共に強度が増加するパルスを発振する。これは、ＴＥＡレーザにおいては容易ではないが、キャビティダンプ等の光スイッチによるパルス切り出しを行うレーザにおいては比較的容易である。例えば、Ｃｄ／Ｔｅ等の結晶に印加する電圧波形を調整することによって、このようなパルス波形を簡単に形成することができる。
【００５２】
そのような波形を有するパルスを、容量（励起エネルギー）を調整した増幅器に通すと、パルス前半部は、エネルギーが低いので高い増幅率で増幅され、パルス後半部は、増幅器が飽和してしまうので低い増幅率で増幅される。この現象を利用すると、パルスの裾野部分を選択的に増幅させる事ができる。増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）において、これを繰り返せば、観測点２〜４におけるようにパルス幅が順次増加して、最終的には、ほぼ一定の強度で１００ｎｓオーダーのパルス幅を有するパルスを得ることができる。本実施形態によれば、増幅器の容量を小さくすることが可能であり、制御要素も少なく、比較的簡単な構成で低コストのレーザシステムが可能となる。
【００５３】
次に、第１〜第５の実施形態の変形例について説明する。第１〜第５の実施形態においては、ターゲットに照射するレーザビームとして、複数のパルスを合成してパルス幅が１００ｎｓオーダーの単一パルスを形成したが、単一パルスの替わりに、高繰り返しのパルス列を形成するようにしても良い。その場合においても、ほぼ同等の効果を得ることができる。
【００５４】
例えば、第５の実施形態におけるのと同様の装置構成で、発振段レーザ装置を高繰り返しで発振させても良いし、第３の実施形態におけるのと同様の装置構成で、複数の発振段レーザ装置からそれぞれ出力される複数のパルスを合成しても良い。但し、その場合においても、レーザ増幅の特性を考慮して、図１３に示すように、パルス列における時間的に早いタイミングでエネルギーの低いパルスとし、時間と共に徐々にエネルギーの高いパルスとなるようにする。
【００５５】
この変形例において、パルス列に含まれている個々のパルスは、第１〜第５の実施形態と比較して短い、例えば、数ｎｓのパルス幅を有するパルスとなるが、これはＥＯキャビティダンプ等により容易に実現可能である。この変形例によれば、第５の実施形態におけるように発振段レーザ装置のパルス波形を特殊な形状に整形する必要がなく、市販のＣＯ２レーザの出力を調整しながらバースト発振させれば良いので、構成が簡単になる。
さらに、上記の実施形態及び変形例の内の２つ以上を組み合わせることによって、ほぼ一定の強度を有する単一パルス又はパルス列を実現するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、露光装置の光源として用いられるＥＵＶ光源装置において利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…ターゲット、２…レーザビーム、３…プラズマ、４…ＥＵＶ光、１０…真空チャンバ、１１…ターゲット供給装置、１２…レーザビーム生成部、１２１、１２１ａ〜１２１ｄ、１２６…発振段レーザ装置、１２２、１２２ａ〜１２２ｄ、１２７…増幅段装置、１２３、１２３ａ〜１２３ｃ…ビーム合成器、１２４ａ〜１２４ｃ…ビームスプリッタ、１２５…ミラー、１４…レーザ集光光学系、１５…ＥＵＶコレクタミラー、１６…ターゲット回収装置、１８…導入窓、１９…ＳＰＦ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置の光源として用いられる極端紫外（ＥＵＶ：extreme ultra violet）光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスの微細化に伴って光リソグラフィにおける微細化が急速に進展しており、次世代においては、１００ｎｍ〜７０ｎｍの微細加工、更には５０ｎｍ以下の微細加工が要求されるようになる。そのため、例えば、５０ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光源と縮小投影反射光学系（catadioptric system）とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。
【０００３】
ＥＵＶ光源としては、ターゲットにレーザビーム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：レーザ励起プラズマ）光源（以下において、「ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置」ともいう）と、放電によって生成されるプラズマを用いたＤＰＰ（discharge produced plasma）光源と、軌道放射光を用いたＳＲ（synchrotron radiation）光源との３種類がある。これらの内でも、ＬＰＰ光源は、プラズマ密度をかなり大きくできるので黒体輻射に近い極めて高い輝度が得られ、ターゲット物質を選択することにより必要な波長帯のみの発光が可能であり、ほぼ等方的な角度分布を持つ点光源であるので光源の周囲に電極等の構造物がなく、２πsteradianという極めて大きな捕集立体角の確保が可能であること等の利点から、数十ワット以上のパワーが要求されるＥＵＶリソグラフィ用の光源として有力であると考えられている。
【０００４】
ここで、ＬＰＰ方式によるＥＵＶ光の生成原理について説明する。真空チャンバ内に供給されるターゲット物質に対してレーザビームを照射することにより、ターゲット物質が励起してプラズマ化する。このプラズマから、ＥＵＶ光を含む様々な波長成分が放射される。そこで、所望の波長成分（例えば、１３．５ｎｍの波長を有する成分）を選択的に反射するＥＵＶコレクタミラーを用いてＥＵＶ光が反射集光され、露光器に出力される。ＥＵＶコレクタミラーの反射面には、例えば、モリブデン（Ｍｏ）の薄膜とシリコン（Ｓｉ）の薄膜とを交互に積層した多層膜（Ｍｏ／Ｓｉ多層膜）が形成されている。
【０００５】
このようなＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置においては、特に固体のターゲットを用いる場合に、プラズマから放出される中性粒子やイオンによる影響が問題となっている。ＥＵＶコレクタミラーはプラズマ近傍に設置されるので、プラズマから放出される中性粒子は、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に付着してミラーの反射率を低下させる。一方、プラズマから放出されるイオンは、ＥＵＶコレクタミラーの反射面に形成されている多層膜を削り取る。なお、中性粒子やイオンを含むプラズマからの飛散物やターゲット物質の残骸は、デブリ（debris）と呼ばれている。
【０００６】
ところが、最近になって、ＣＯ２レーザと固体の錫との組み合わせにより、レーザビーム照射によって錫から発生するデブリの量が大幅に低減されることが確認された。また、非特許文献１に記載されているように、ＣＯ２レーザによって生成されるレーザビームを金属ターゲットに照射して得られるＥＵＶ光については、レーザビームのパルス幅（ＦＷＨＭ：半値全幅）が１００ｎｓのオーダーとなる条件で、高いレーザ光／ＥＵＶ光変換効率（ＣＥ）が得られることが明らかになりつつある。
【０００７】
しかしながら、現在研究が進められているＣＯ２レーザ、又は、既に市販されているＣＯ２レーザにおいては、レーザビームのパルス幅が１ｎｓ〜５０ｎｓ程度である。一方、ＲＦモジュレーションによってパルス発振を行うＣＯ２レーザにおいては、レーザビームのパルス幅が数μｓである。このように、ほぼ均一な強度で１００ｎｓ程度のパルス幅を実現できるレーザシステムは、今のところ提案されていない。
【０００８】
関連する技術として、下記の特許文献１には、パルス光の発光時間を擬似的に伸長することによって、発光時間内の平均エネルギーを低減するパルス幅伸長光学系が開示されている。このパルス幅伸長光学系は、パルス光を複数の光路に沿って分割するための光分割手段と、複数の光路に沿った分割パルス光を同一の光路に沿って合成するための光合成手段とを備え、同一の光路に沿って合成された合成パルス光の強度が複数の光路に沿って分割される元のパルス光の強度よりも実質的に小さくなるように、複数の光路が互いに所定の光路長差を有している。しかしながら、パルス光を分割するにつれて強度が次第に低下してくるので、均一な強度を有するパルス光を生成することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２８８２５１号公報（第１頁、図１）
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】村上、他、「レーザ生成プラズマにおける極端紫外放射の変換効率（Conversion efficiency of extreme ultraviolet radiation in laser-produced plasmas）」、米国物理学会、プラズマの物理、第１３巻第０３３１０７号（２００６年）、第７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、ほぼ均一な強度で所望のパルス幅を実現できるドライバレーザを用いて、効率的にＥＵＶ光を得ることができる極端紫外光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る極端紫外光源装置は、ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生するレーザ生成プラズマ型極端紫外光源装置であって、極端紫外光の生成が行われるチャンバと、チャンバ内の所定の位置に液体又は固体の金属ターゲットを供給するターゲット供給手段と、互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームを合成して強度が略均一の単一パルスレーザビーム又はパルス列レーザビームを生成し、ターゲット供給手段によって供給されるターゲットに該レーザビームを照射することによりプラズマを生成するレーザビーム生成部と、プラズマから放射される極端紫外光を集光して出射するコレクタミラーとを具備する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームを合成して強度が略均一の単一パルスレーザビーム又はパルス列レーザビームを生成するようにしたので、効率的にＥＵＶ光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の構成を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態における複数のパルスのタイミング及び波形を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態における複数のパルスのタイミング及び波形を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の変形例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の変形例を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。
【図８】第３の実施形態における複数のパルスのタイミング及び波形を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。
【図１０】第４の実施形態における複数のパルスのタイミング及び波形を示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。
【図１２】第５の実施形態におけるパルスの波形を示す図である。
【図１３】本発明の第１〜第５の実施形態の変形例におけるパルス列を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の構成を示す概略図である。本実施形態に係るＥＵＶ光源装置は、レーザビームをターゲット物質に照射して励起させることによりＥＵＶ光を生成するレーザ励起プラズマ（ＬＰＰ）方式を採用している。
【００１６】
図１に示すように、このＥＵＶ光源装置は、ＥＵＶ光の生成が行われる真空チャンバ１０と、ターゲット１を供給するターゲット供給装置１１と、ターゲット１に照射される励起用レーザビーム２を生成するレーザビーム生成部（ドライバレーザ）１２と、レーザビーム生成部１２によって生成される励起用レーザビーム２を集光するレーザ集光光学系１４と、ターゲット１に励起用レーザビーム２が照射されることによって発生するプラズマ３から放出されるＥＵＶ光４を集光して出射するＥＵＶコレクタミラー１５と、ターゲット１を回収するターゲット回収装置１６とを備えている。
【００１７】
真空チャンバ１０には、励起用レーザビーム２を導入する導入窓１８と、プラズマから放射されるＥＵＶ光の内で不要な光（ＥＵＶ光よりも波長が短い電磁波やＥＵＶ光よりも波長が長い紫外線等）を除去し、所望の波長成分（例えば、１３．５ｎｍの波長を有する成分）を通過させて露光器に導出するＳＰＦ（spectral purity filter）１９とが設けられている。なお、露光器の内部も、真空チャンバ１０の内部と同様に、真空又は減圧状態に保たれる。
【００１８】
レーザビーム生成部１２は、複数系列の発振増幅型レーザ装置と、それらの発振増幅型レーザ装置からそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームを合成するビーム合成器１２３とを含んでいる。図１においては、発振段レーザ装置（ＯＳＣ：オシレータ）１２１ａ〜１２１ｄと、増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄとを有する第１系列〜第４系列の発振増幅型レーザ装置が示されている。例えば、第１系列の発振増幅型レーザ装置は、パルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置１２１ａと、発振段レーザ装置１２１ａから出力されるパルスレーザビームを増幅するＮ段の増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）を含む増幅段装置１２２ａとによって構成される。ここで、Ｎは自然数であり、各系列の増幅段装置は、少なくとも１段の増幅器を含んでいる。
【００１９】
本実施形態においては、発振段レーザ装置１２１ａ〜１２１ｄとして、高い繰り返し周波数（例えば、パルス幅が数ｎ秒〜数十ｎ秒程度、周波数が１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度）でパルス発振可能なＣＯ２レーザが用いられる。また、ビーム合成器１２３としては、プリズム、ポーラライザ、又は、立体形状を有するミラー等を用いることができる。
【００２０】
各レーザ系列において、発振段レーザ装置１２１ａ〜１２１ｄにおいて発振により生成されたレーザ光は、Ｎ段の増幅器を含む増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄによって順次増幅され、所望のレーザエネルギーが達成される。本実施形態においては、各レーザ系列において得られるエネルギーは約２０ｍＪであり、これらを統合して合成することにより、約８０ｍＪのレーザエネルギーが得られる。第１系列〜第４系列の発振増幅型レーザ装置からそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームは、ビーム合成器１２３によって合成されて、レーザ集光光学系１４に供給される。
【００２１】
図２に示すように、第１系列〜第４系列の発振増幅型レーザ装置は、順次遅延されたタイミングで駆動される。各系列の発振増幅型レーザ装置から出力されるレーザビームのパルス幅は、約３０ｎｓである。そのようなパルス幅を達成するレーザ装置は、市販されていて入手が容易である。例えば、発振段レーザ装置として、ＴＥＡレーザ又はスラブレーザを用いても良い。あるいは、軸流型の連続発振レーザを用いて、キャビティダンプ等により上記のパルス幅を得ても良い。それらのレーザは、典型的には、数μＪのエネルギーしか出力できないので、ＥＵＶ光を発生するために数十ｍＪのエネルギーを得ようとすると、図１に示すような増幅段装置が必要となる。
【００２２】
このように、時間差を持たせて複数系列の発振増幅型レーザ装置を駆動し、それらの発振増幅型レーザ装置から出力される増幅後のパルスレーザビームを合成することによって、レーザ集光光学系１４の入力において１００ｎｓオーダーのパルス幅と８０ｍＪのエネルギーを有する単一パルスレーザビームを得ることができる。
【００２３】
レーザ集光光学系１４は、少なくとも１つのレンズ及び／又は少なくとも１つのミラーで構成される。レーザビーム生成部１２によって得られたレーザビームは、レーザ集光光学系１４によって集光され、真空チャンバ１０内の所定の位置においてターゲット１に照射される。このときの集光径は１００μｍ程度であり、パワー密度は１０１０Ｗ／ｃｍ２程度となる。これにより、ターゲット１の一部が励起してプラズマ化し、発光点から様々な波長成分が放射される。ここで、発光点とは、プラズマ３が発生する位置を意味する。
【００２４】
ＥＵＶコレクタミラー１５は、プラズマ３から放射される様々な波長成分の内から、所定の波長成分（例えば、１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光）を選択的に反射することにより集光する集光光学系である。ＥＵＶコレクタミラー１５は凹状の反射面を有しており、この反射面には、例えば、波長が１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光を選択的に反射するために、モリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）の多層膜が形成されている。
【００２５】
ＥＵＶコレクタミラー１５によってＥＵＶ光が集められ、ＳＰＦ１９によって波長純度が向上された後、露光器に出力される。なお、ＥＵＶ光の集光光学系は、図１に示すＥＵＶコレクタミラー１５に限定されず、複数の光学部品を用いて構成しても良いが、ＥＵＶ光の吸収を抑えるために反射光学系とすることが必要である。
【００２６】
従来、ＥＵＶ光源装置のプラズマ生成においては、ターゲットへのレーザビーム照射から１０ｎｓ〜３０ｎｓ程度の時間しか最適なエネルギー吸収密度を維持できないとされていた。このときのＥＵＶ変換効率（ＣＥ）は、錫ターゲットを用いた場合に２％〜４％であった。そのため、レーザビームのパルス幅も、それに合わせたものとなっていた。しかしながら、先に述べたように、最適なエネルギー吸収密度を維持できる時間が１００ｎｓのオーダーで持続することが明らかになりつつある。その場合には、より多くのレーザエネルギーをＥＵＶ光の発生に使えるので、ＣＥが数％向上する。この点に鑑み、本実施形態においては、ほぼ均一な強度を保ちながら１００ｎｓオーダーのパルス幅を有するレーザビームを生成することを可能とした。
【００２７】
本実施形態においては、ターゲット１として、錫（Ｓｎ）の細線が用いられるが、これに限らず、例えば、ターゲットの材料として、錫の他にインジウムやリチウムを用いても良く、ターゲットの形態として、溶融金属のジェットやドロップレットの他に、固体板や固体球等のバルクターゲットを用いても良い。
【００２８】
ＬＰＰ方式のＥＵＶ光源装置においては、ドライバレーザのコスト構成比率が非常に大きく、場合によっては装置全体の価格の８０％を越えてしまう。従って、ドライバレーザの価格低減は、装置全体の価格の大幅な低減を意味する。本実施形態によれば、小規模で比較的安価なＣＯ２レーザを用いて、高効率でＥＵＶを発生することができる。レーザビームの照射条件にもよるが、例えば、従来よりもＣＥが２％程度向上して、５％〜６％のＣＥが得られるので、従来と同一エネルギーのＥＵＶ光を発生するために必要となるレーザビームのエネルギーが、従来の１／２〜２／３で済む。これは、数億円と予想される量産型ＥＵＶ光源装置において、劇的なコストダウンに繋がる。また、ＥＵＶ光以外の光エネルギーや無駄な熱の発生も少ないので、コレクタミラーやＳＰＦの寿命向上によるランニングコストの低減効果も期待できる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、レーザビーム生成部の構成が第１の実施形態と異なっており、その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。
【００３０】
図３は、本発明の第２の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。レーザビーム生成部１２は、パルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置１２１と、発振段レーザ装置１２１から出力されるパルスレーザビームを複数の光路に分岐させるビーム分岐手段としてのビームスプリッタ１２４ａ〜１２４ｃ及びミラー１２５と、分岐された複数のパルスレーザビームをそれぞれ増幅する複数の増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄと、それらの増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄからそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームを合成するビーム合成器１２３ａ〜１２３ｃとを含んでいる。ビーム合成器１２３ａ〜１２３ｃとしては、プリズム又はポーラライザ等を使用することができる。
【００３１】
図４の（ａ）に示すように、発振段レーザ装置１２１から出力されるレーザビームのパルス幅は約３０ｎｓであり、分岐された複数のパルスレーザビームが複数の増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄによって増幅され、観測点１Ａ〜１Ｄにおいて、順次遅延されたタイミングでパルスが観測される。
【００３２】
複数の増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄからそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームをビーム合成器１２３ａ〜１２３ｃによって順次合成することにより、図４の（ｂ）に示すように、観測点２〜４においてパルス幅が順次増加し、観測点４において、ほぼ均一な強度で１００ｎｓオーダーのパルス幅を有する単一パルスレーザビームを得ることができる。本実施形態においては、発振段レーザ装置のタイミング制御が不要である。従って、ＥＵＶ光源装置全体の制御負荷を軽減して、信頼性の高い制御系を実現することができる。
【００３３】
次に、第１及び第２の実施形態の変形例について説明する。図１に示す第１の実施形態においては、複数のレーザビームを合成するためにビーム合成器１２３を用いたが、図５に示すように、ＥＵＶコレクタミラー１５に複数のレーザビームをそれぞれ通すための複数の開口部を形成しておき、複数の増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄからそれぞれ出力される複数のレーザビームが、プラズマ３の発生位置（ターゲット１におけるレーザビーム照射点）において合成されるようにしても良い。
【００３４】
また、図３に示す第２の実施形態においては、複数のレーザビームを合成するためにビーム合成器１２３ａ〜１２３ｃを用いたが、図６に示すように、ＥＵＶコレクタミラー１５に複数のレーザビームをそれぞれ通すための複数の開口部を形成しておき、複数の増幅段装置１２２ａ〜１２２ｄからそれぞれ出力される複数のレーザビームが、プラズマ３の発生位置（ターゲット１におけるレーザビーム照射点）において合成されるようにしても良い。
【００３５】
第１及び第２の実施形態においては、複数系列の発振増幅型レーザ装置からそれぞれ出力される複数のパルスを合成してから照射点に導くようにしていたが、複数のパルスを照射点で合成するようにすれば、照射点までの各パルスのエネルギーを小さくすることができるので、レーザパルスの通過経路における光学素子のダメージを軽減することが可能となる。
【００３６】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、レーザビーム生成部の構成が第１の実施形態と異なっており、その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。
【００３７】
図７は、本発明の第３の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。図１に示す第１の実施形態におけるレーザビーム生成部は、複数の発振段レーザ装置に複数の増幅段装置をそれぞれ直列に配して、４系列の発振段レーザ装置及び増幅段装置を用いていた。これに対し、図７に示す第３の実施形態においては、発振段レーザ装置のみを複数用意して、増幅段装置を共通で使用するようにしている。
【００３８】
レーザビーム生成部１２は、複数のパルスレーザビームをそれぞれ出力する複数の発振段レーザ装置（ＯＳＣ：オシレータ）１２１ａ〜１２１ｄと、それらの発振段レーザ装置１２１ａ〜１２１ｄからそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームを合成するビーム合成器１２３と、ビーム合成器１２３から出力される単一パルスレーザビームを増幅するＮ段の増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）を含む増幅段装置１２２とを含んでいる。ここで、Ｎは自然数である。
【００３９】
図８に示すように、第１系列〜第４系列の発振段レーザ装置１２１ａ〜１２１ｄは、順次遅延されたタイミングで駆動される。各々の発振段レーザ装置から出力されるレーザビームのパルス幅は約３０ｎｓである。また、発振段レーザ装置１２１ａ〜１２１ｄからそれぞれ出力される複数のパルスは、時間的に早いものを低エネルギーとし、遅延時間が長いほど高エネルギーとする。そのような複数のパルスをビーム合成器１２３によって合成すると、第１段の増幅器ＡＭＰ（１）の入力において、時間と共に強度が増加するパルス波形となる。
【００４０】
そのようなパルス波形とする理由は、増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）によって増幅動作を行う際に、パルス波形において時間的に早い部分ほど増幅器の増幅率が高くなるからである。上記のようなパルス波形を増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）によって順次増幅すると、最終段の増幅器ＡＭＰ（Ｎ）の出力において、ほぼ一定の強度で１００ｎｓオーダーのパルス幅を有する矩形状パルスが得られる。本実施形態においては、増幅器１台当りの容量（励起エネルギー）を増加させることが必要となるが、増幅器の数を低減できるので、結果として低コストになる場合がある。
【００４１】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、レーザビーム生成部の構成が第１の実施形態と異なっており、その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。
【００４２】
図９は、本発明の第４の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。図７に示す第３の実施形態におけるレーザビーム生成部は、複数の発振段レーザ装置を用いていた。これに対し、図９に示す第４の実施形態においては、１つの発振段レーザ装置から出力されるレーザビームを複数の光路に分岐させて、光路差により互いに異なる遅延を持たせた複数のレーザビームを合成するようにしている。
【００４３】
レーザビーム生成部１２は、パルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置（ＯＳＣ：オシレータ）１２１と、発振段レーザ装置１２１から出力されるパルスレーザビームを複数の光路に分岐させるビーム分岐手段としてのビームスプリッタ１２４ａ〜１２４ｃ及びミラー１２５と、光路に応じて互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームを合成するビーム合成器１２３ａ〜１２３ｃと、ビーム合成器１２３ｃから出力される単一パルスレーザビームを増幅するＮ段の増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）を含む増幅段装置１２２とを含んでいる。ここで、Ｎは自然数である。
【００４４】
図１０の（ａ）に示すように、発振段レーザ装置１２１から出力されるレーザビームのパルス幅は約３０ｎｓであり、観測点１Ａ〜１Ｄにおいて、順次遅延されたタイミングでパルスが観測される。ビームスプリッタ１２４ａ〜１２４ｃ及びミラー１２５からそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームをビーム合成器１２３ａ〜１２３ｃによって順次合成することにより、図１０の（ｂ）に示すように、観測点２〜４において観測されるようなパルスを得ることができる。さらに、ビーム合成器１２３ｃから出力される単一パルスレーザビームを増幅段装置１２２によって増幅することにより、観測点５において、ほぼ一定の強度で１００ｎｓオーダーのパルス幅を有する矩形状パルスが得られる。
【００４５】
本実施形態においても、増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）の増幅特性を考慮して、増幅器ＡＭＰ（１）の入力において、図１０の（ｂ）に示す観測点４におけるようなパルス波形にすることが望ましい。これは、第３の実施形態と同様に、観測点１Ａ〜１Ｄにおけるパルス強度に、図１０の（ａ）に示すような強度差を持たせることにより実現できる。そのような強度差を設定するためには、ビームスプリッタ１２４ａ〜１２４ｃの反射率を徐々に低くなるようにすれば良い。
【００４６】
例えば、ビームスプリッタ１２４ａの反射率を９５％、ビームスプリッタ１２４ｂの反射率を８５％、ビームスプリッタ１２４ｃの反射率を５５％とすると、観測点１Ａにおけるエネルギーは、発振段レーザ装置１２１から出力されるエネルギーの５％となり、観測点１Ｂにおけるエネルギーは、発振段レーザ装置１２１から出力されるエネルギーの１０％となり、観測点１Ｃにおけるエネルギーは、発振段レーザ装置１２１から出力されるエネルギーの３０％となり、観測点１Ｄにおけるエネルギーは、発振段レーザ装置１２１から出力されるエネルギーの５５％となるので、図１０の（ａ）に示すような強度比をほぼ達成することができる。
【００４７】
本実施形態によれば、発振段レーザ装置が１台で済むので低コストとなる。また、第３の実施形態におけるよりも比較的小さなエネルギーのパルスを増幅して所望のエネルギーを得ようとするので、増幅器の容量（励起エネルギー）をさらに増加させることが必要となるが、構成が非常に簡単になる上に、制御負荷も軽くすることが可能である。
【００４８】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、レーザビーム生成部の構成が第１の実施形態と異なっており、その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。
【００４９】
図１１は、本発明の第５の実施形態に係るＥＵＶ光源装置におけるレーザビーム生成部の構成を示す図である。本実施形態におけるレーザビーム生成部は、レーザ増幅における飽和現象を利用して、ほぼ一定の強度を有するパルスを生成している。即ち、所定の値以上の強度を有する光を増幅段装置に入力すると、増幅率が一定値に漸近する現象が起こるので、これをパルス整形に利用している。
【００５０】
レーザビーム生成部１２は、時間と共に強度が増加するパルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置（ＯＳＣ：オシレータ）１２６と、発振段レーザ装置１２６から出力されるパルスレーザビームを、時間と共に減少する増幅率で増幅するＮ段の増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）を含む増幅段装置とを含んでいる。ここで、Ｎは自然数である。
【００５１】
例えは、発振段レーザ装置１２６は、図１２に示す観測点１における波形のように、パルス幅（ＦＷＨＭ）が３０ｎｓ程度で、裾野が１００ｎｓ程度で、時間と共に強度が増加するパルスを発振する。これは、ＴＥＡレーザにおいては容易ではないが、キャビティダンプ等の光スイッチによるパルス切り出しを行うレーザにおいては比較的容易である。例えば、Ｃｄ／Ｔｅ等の結晶に印加する電圧波形を調整することによって、このようなパルス波形を簡単に形成することができる。
【００５２】
そのような波形を有するパルスを、容量（励起エネルギー）を調整した増幅器に通すと、パルス前半部は、エネルギーが低いので高い増幅率で増幅され、パルス後半部は、増幅器が飽和してしまうので低い増幅率で増幅される。この現象を利用すると、パルスの裾野部分を選択的に増幅させる事ができる。増幅器ＡＭＰ（１）〜ＡＭＰ（Ｎ）において、これを繰り返せば、観測点２〜４におけるようにパルス幅が順次増加して、最終的には、ほぼ一定の強度で１００ｎｓオーダーのパルス幅を有するパルスを得ることができる。本実施形態によれば、増幅器の容量を小さくすることが可能であり、制御要素も少なく、比較的簡単な構成で低コストのレーザシステムが可能となる。
【００５３】
次に、第１〜第５の実施形態の変形例について説明する。第１〜第５の実施形態においては、ターゲットに照射するレーザビームとして、複数のパルスを合成してパルス幅が１００ｎｓオーダーの単一パルスを形成したが、単一パルスの替わりに、高繰り返しのパルス列を形成するようにしても良い。その場合においても、ほぼ同等の効果を得ることができる。
【００５４】
例えば、第５の実施形態におけるのと同様の装置構成で、発振段レーザ装置を高繰り返しで発振させても良いし、第３の実施形態におけるのと同様の装置構成で、複数の発振段レーザ装置からそれぞれ出力される複数のパルスを合成しても良い。但し、その場合においても、レーザ増幅の特性を考慮して、図１３に示すように、パルス列における時間的に早いタイミングでエネルギーの低いパルスとし、時間と共に徐々にエネルギーの高いパルスとなるようにする。
【００５５】
この変形例において、パルス列に含まれている個々のパルスは、第１〜第５の実施形態と比較して短い、例えば、数ｎｓのパルス幅を有するパルスとなるが、これはＥＯキャビティダンプ等により容易に実現可能である。この変形例によれば、第５の実施形態におけるように発振段レーザ装置のパルス波形を特殊な形状に整形する必要がなく、市販のＣＯ２レーザの出力を調整しながらバースト発振させれば良いので、構成が簡単になる。
さらに、上記の実施形態及び変形例の内の２つ以上を組み合わせることによって、ほぼ一定の強度を有する単一パルス又はパルス列を実現するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、露光装置の光源として用いられるＥＵＶ光源装置において利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…ターゲット、２…レーザビーム、３…プラズマ、４…ＥＵＶ光、１０…真空チャンバ、１１…ターゲット供給装置、１２…レーザビーム生成部、１２１、１２１ａ〜１２１ｄ、１２６…発振段レーザ装置、１２２、１２２ａ〜１２２ｄ、１２７…増幅段装置、１２３、１２３ａ〜１２３ｃ…ビーム合成器、１２４ａ〜１２４ｃ…ビームスプリッタ、１２５…ミラー、１４…レーザ集光光学系、１５…ＥＵＶコレクタミラー、１６…ターゲット回収装置、１８…導入窓、１９…ＳＰＦ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生するレーザ生成プラズマ型極端紫外光源装置であって、
極端紫外光の生成が行われるチャンバと、
前記チャンバ内の所定の位置に液体又は固体の金属ターゲットを供給するターゲット供給手段と、
互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームを合成して強度が略均一の単一パルスレーザビーム又はパルス列レーザビームを生成し、前記ターゲット供給手段によって供給されるターゲットに該レーザビームを照射することによりプラズマを生成するレーザビーム生成部と、
前記プラズマから放射される極端紫外光を集光して出射するコレクタミラーと、
を具備する極端紫外線光源装置。
【請求項２】
前記レーザビーム生成部が、互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームをそれぞれ生成する複数系列の発振増幅型レーザ装置を含み、前記複数系列の発振増幅型レーザ装置の各々が、パルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置と、前記発振段レーザ装置から出力されるパルスレーザビームを増幅する少なくとも１段の増幅器を含む増幅段装置とを有する、請求項１記載の極端紫外線光源装置。
【請求項３】
前記レーザビーム生成部が、パルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置と、前記発振段レーザ装置から出力されるパルスレーザビームを複数の光路に分岐させるビーム分岐手段と、分岐された複数のパルスレーザビームをそれぞれ増幅する複数の増幅段装置とを含む、請求項１記載の極端紫外線光源装置。
【請求項４】
前記レーザビーム生成部が、前記複数系列の発振増幅型レーザ装置又は前記複数の増幅段装置からそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームを合成するビーム合成手段をさらに含む、請求項２又は３記載の極端紫外線光源装置。
【請求項５】
前記複数系列の発振増幅型レーザ装置又は前記複数の増幅段装置からそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームが、プラズマ発生位置において合成される、請求項２又は３記載の極端紫外線光源装置。
【請求項６】
前記レーザビーム生成部が、互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームをそれぞれ出力する複数の発振段レーザ装置と、前記複数の発振段レーザ装置からそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームを合成するビーム合成手段と、前記ビーム合成手段から出力される単一パルスレーザビーム又はパルス列レーザビームを増幅する少なくとも１段の増幅器を含む増幅段装置とを含む、請求項１記載の極端紫外線光源装置。
【請求項７】
前記レーザビーム生成部が、パルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置と、前記発振段レーザ装置から出力されるパルスレーザビームを複数の光路に分岐させるビーム分岐手段と、それぞれの光路に応じて互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームを合成するビーム合成手段と、前記ビーム合成手段から出力される単一パルスレーザビーム又はパルス列レーザビームを増幅する少なくとも１段の増幅器を含む増幅段装置とを含む、請求項１記載の極端紫外線光源装置。
【請求項８】
ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生するレーザ生成プラズマ型極端紫外光源装置であって、
極端紫外光の生成が行われるチャンバと、
前記チャンバ内の所定の位置に液体又は固体のターゲットを供給するターゲット供給手段と、
時間と共に強度が増加するパルスレーザビームを時間と共に減少する増幅率で増幅して強度が略均一の単一パルスレーザビーム又はパルス列レーザビームを生成し、前記ターゲット供給手段によって供給されるターゲットに該レーザビームを照射することによりプラズマを生成するレーザビーム生成部と、
前記プラズマから放射される極端紫外光を集光して出射するコレクタミラーと、
を具備する極端紫外線光源装置。
【請求項９】
前記レーザビーム生成部が、時間と共に強度が増加するパルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置と、前記発振段レーザ装置から出力されるパルスレーザビームを時間と共に減少する増幅率で増幅する少なくとも１段の増幅器を含む増幅段装置とを含む、請求項８記載の極端紫外線光源装置。
【請求項１】
ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生するレーザ生成プラズマ型極端紫外光源装置であって、
極端紫外光の生成が行われるチャンバと、
前記チャンバ内の所定の位置に液体又は固体の金属ターゲットを供給するターゲット供給手段と、
互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームを合成して強度が略均一の単一パルスレーザビーム又はパルス列レーザビームを生成し、前記ターゲット供給手段によって供給されるターゲットに該レーザビームを照射することによりプラズマを生成するレーザビーム生成部と、
前記プラズマから放射される極端紫外光を集光して出射するコレクタミラーと、
を具備する極端紫外線光源装置。
【請求項２】
前記レーザビーム生成部が、互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームをそれぞれ生成する複数系列の発振増幅型レーザ装置を含み、前記複数系列の発振増幅型レーザ装置の各々が、パルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置と、前記発振段レーザ装置から出力されるパルスレーザビームを増幅する少なくとも１段の増幅器を含む増幅段装置とを有する、請求項１記載の極端紫外線光源装置。
【請求項３】
前記レーザビーム生成部が、パルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置と、前記発振段レーザ装置から出力されるパルスレーザビームを複数の光路に分岐させるビーム分岐手段と、分岐された複数のパルスレーザビームをそれぞれ増幅する複数の増幅段装置とを含む、請求項１記載の極端紫外線光源装置。
【請求項４】
前記レーザビーム生成部が、前記複数系列の発振増幅型レーザ装置又は前記複数の増幅段装置からそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームを合成するビーム合成手段をさらに含む、請求項２又は３記載の極端紫外線光源装置。
【請求項５】
前記複数系列の発振増幅型レーザ装置又は前記複数の増幅段装置からそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームが、プラズマ発生位置において合成される、請求項２又は３記載の極端紫外線光源装置。
【請求項６】
前記レーザビーム生成部が、互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームをそれぞれ出力する複数の発振段レーザ装置と、前記複数の発振段レーザ装置からそれぞれ出力される複数のパルスレーザビームを合成するビーム合成手段と、前記ビーム合成手段から出力される単一パルスレーザビーム又はパルス列レーザビームを増幅する少なくとも１段の増幅器を含む増幅段装置とを含む、請求項１記載の極端紫外線光源装置。
【請求項７】
前記レーザビーム生成部が、パルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置と、前記発振段レーザ装置から出力されるパルスレーザビームを複数の光路に分岐させるビーム分岐手段と、それぞれの光路に応じて互いに異なる遅延を伴う複数のパルスレーザビームを合成するビーム合成手段と、前記ビーム合成手段から出力される単一パルスレーザビーム又はパルス列レーザビームを増幅する少なくとも１段の増幅器を含む増幅段装置とを含む、請求項１記載の極端紫外線光源装置。
【請求項８】
ターゲットにレーザビームを照射することにより極端紫外光を発生するレーザ生成プラズマ型極端紫外光源装置であって、
極端紫外光の生成が行われるチャンバと、
前記チャンバ内の所定の位置に液体又は固体のターゲットを供給するターゲット供給手段と、
時間と共に強度が増加するパルスレーザビームを時間と共に減少する増幅率で増幅して強度が略均一の単一パルスレーザビーム又はパルス列レーザビームを生成し、前記ターゲット供給手段によって供給されるターゲットに該レーザビームを照射することによりプラズマを生成するレーザビーム生成部と、
前記プラズマから放射される極端紫外光を集光して出射するコレクタミラーと、
を具備する極端紫外線光源装置。
【請求項９】
前記レーザビーム生成部が、時間と共に強度が増加するパルスレーザビームを出力する発振段レーザ装置と、前記発振段レーザ装置から出力されるパルスレーザビームを時間と共に減少する増幅率で増幅する少なくとも１段の増幅器を含む増幅段装置とを含む、請求項８記載の極端紫外線光源装置。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１４６６８３（Ｐ２０１２−１４６６８３Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９４５４３（Ｐ２０１２−９４５４３）
【出願日】平成２４年４月１８日（２０１２．４．１８）
【分割の表示】特願２００７−３９８１１（Ｐ２００７−３９８１１）の分割
【原出願日】平成１９年２月２０日（２００７．２．２０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「極端紫外線（ＥＵＶ）露光システムの基盤開発」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】（３０００７３９１９）ギガフォトン株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月１８日（２０１２．４．１８）
【分割の表示】特願２００７−３９８１１（Ｐ２００７−３９８１１）の分割
【原出願日】平成１９年２月２０日（２００７．２．２０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「極端紫外線（ＥＵＶ）露光システムの基盤開発」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【出願人】（３０００７３９１９）ギガフォトン株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
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