極端紫外光生成装置及び極端紫外光生成方法
【課題】ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成装置のＣＥを向上させる。
【解決手段】チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するステップ（ａ）と、ドロップレットにプリパルスレーザ光を照射することによりドロップレットを拡散させて所望の拡散ターゲットを形成させるステップ（ｂ）と、拡散ターゲットの照射位置において、メインパルスレーザ光のレーザ光軸に垂直な断面の形状を、レーザ光軸の方向から見た拡散ターゲットの形状と実質的に一致させて、メインパルスレーザ光を、所望の拡散ターゲットに照射することによりプラズマを生成して極端紫外光を生成するステップ（ｃ）と、を備えてもよい。
【解決手段】チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するステップ（ａ）と、ドロップレットにプリパルスレーザ光を照射することによりドロップレットを拡散させて所望の拡散ターゲットを形成させるステップ（ｂ）と、拡散ターゲットの照射位置において、メインパルスレーザ光のレーザ光軸に垂直な断面の形状を、レーザ光軸の方向から見た拡散ターゲットの形状と実質的に一致させて、メインパルスレーザ光を、所望の拡散ターゲットに照射することによりプラズマを生成して極端紫外光を生成するステップ（ｃ）と、を備えてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、極端紫外（ＥＵＶ）光を生成するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスの微細化に伴って、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、たとえば３２ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を生成するための装置と縮小投影反射光学系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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０１７２７４号公報
【概要】
【０００５】
本開示の１つの観点に係るＥＵＶ光生成方法は、チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するステップ（ａ）と、ドロップレットにプリパルスレーザ光を照射することによりドロップレットを拡散させて所望の拡散ターゲットを形成させるステップ（ｂ）と、拡散ターゲットの照射位置において、メインパルスレーザ光のレーザ光軸に垂直な断面の形状を、レーザ光軸の方向から見た拡散ターゲットの形状と実質的に一致させて、メインパルスレーザ光を、所望の拡散ターゲットに照射することによりプラズマを生成してＥＵＶ光を生成するステップ（ｃ）と、を備えてもよい。
【０００６】
また、本開示の１つの観点に係る極端紫外光生成方法は、チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するステップ（ａ）と、ターゲット物質にプリパルスレーザ光を照射するステップ（ｂ）と、ターゲット物質の照射位置において、レーザ光軸の中心から所定距離の位置における光強度よりも低い光強度を有する低強度領域がレーザ光軸の中心から所定距離の範囲内に存在するメインパルスレーザ光を、プリパルスレーザ光が照射されたターゲット物質に照射することによりプラズマを生成して極端紫外光を生成するステップ（ｃ）と、を備えてもよい。
【０００７】
また、本開示の１つの観点に係る極端紫外光生成装置は、チャンバと、チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するターゲット供給部と、ターゲット物質に照射されるプリパルスレーザ光と、プリパルスレーザ光が照射されたターゲット物質に照射されることによりプラズマを生成するメインパルスレーザ光とを、チャンバ内に導入する少なくとも１つの光学素子と、メインパルスレーザ光のレーザ光伝播経路に設置され、ターゲット物質の照射位置におけるメインパルスレーザ光の空間的な光強度分布を、レーザ光軸の中心から所定距離の位置における光強度よりも低い光強度を有する低強度領域がレーザ光軸の中心から所定距離の範囲内に存在する光強度分布となるように調節する光強度分布調節光学系と、を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
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】図１は、例示的なＬＰＰ式ＥＵＶ光生成システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は、本開示の各実施形態に係るＥＵＶ光生成システムの概略構成を示す図である。
【図３】図３Ａは、ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射された様子を示す概念図であり、図３Ｂ及び図３Ｃは、ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射されたことによって形成されたトーラス型の拡散ターゲットにメインパルスレーザ光が照射される様子を示す概念図である。
【図４】図４は、実際に溶融スズのドロップレットにプリパルスレーザ光が照射された場合のドロップレットの様子を撮影した写真である。
【図５】図５は、実際に溶融スズのドロップレットにプリパルスレーザ光が照射された場合のドロップレットの様子を撮影した写真である。
【図６】図６は、光強度分布調節光学系に関する第１の実施形態を示す概念図である。
【図７】図７は、光強度分布調節光学系に関する第２の実施形態を示す概念図である。
【図８Ａ】図８Ａは、光強度分布調節光学系に関する第３の実施形態を示す概念図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、回折格子が形成された面を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、回折格子の断面を拡大した図である。
【図９】図９は、光強度分布調節光学系に関する第４の実施形態を示す概念図である。
【図１０】図１０は、光強度分布調節光学系に関する第５の実施形態を示す概念図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、光強度分布調節光学系に関する第６の実施形態を示す概念図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、回折格子が形成された面を示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、回折格子の断面を拡大した図である。
【図１２】図１２は、光強度分布調節光学系に関する第７の実施形態を示す概念図である。
【実施形態】
【０００９】
内容
１．概要
２．用語の説明
３．ＥＵＶ光生成システムの全体説明
３．１ 構成
３．２ 動作
４．光強度分布調節光学系を備えたＬＰＰ式ＥＵＶ光生成システム
４．１ 構成
４．２ 動作
５．トーラス型拡散ターゲット
５．１ プリパルスレーザ光の照射
５．２ メインパルスレーザ光の照射
６．光強度分布調節光学系の実施形態
６．１ 円環状レーザ光を生成して集光光学系により集光する方式
６．１．１ アキシコンレンズによる円環状レーザ光の生成
６．１．２ アキシコンミラーによる円環状レーザ光の生成
６．１．３ 同心円状の回折格子による円環状レーザ光の生成
６．２ レーザ光を光学軸と対称に屈折または反射させて集光光学系により焦点を形成する方式
６．２．１ アキシコンレンズと集光光学系との組合せ
６．２．２ アキシコンミラーと集光光学系との組合せ
６．２．３ 同心円状の回折格子と集光光学系との第１の組合せ
６．２．４ 同心円状の回折格子と集光光学系との第２の組合せ
【００１０】
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。
【００１１】
１．概要
本開示の実施形態においては、まず、チャンバ内にターゲット物質のドロップレットが供給されてもよい。その後、ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射されることにより、ドロップレットを構成するターゲット物質がトーラス型に拡散し、拡散ターゲットが形成され得る。さらに、断面において周辺部よりも中央部における光強度が低いメインパルスレーザ光が、トーラス型の拡散ターゲットに照射され得る。このようにして拡散ターゲットがプラズマ化され、ＥＵＶ光が放射され得る。本開示の実施形態においては、ターゲット物質にレーザ光が効率的に吸収され、高い変換効率（conversion efficiency：ＣＥ）でレーザ光のエネルギーがＥＵＶ光のエネルギーへ変換されることが期待できる。
【００１２】
２．用語の説明
本願において使用する用語を説明する。「チャンバ」は、ＥＵＶ光の生成が行われる空間を大気から隔絶するためのチャンバである。「ターゲット供給装置」は、ＥＵＶ光を生成するために用いられるスズ等のターゲット物質をチャンバ内に供給するシステムである。「プリパルスレーザ光」は、ターゲット物質のドロップレットを拡散させて所望の拡散ターゲットを形成させるレーザ光である。「メインパルスレーザ光」は、拡散ターゲットを励起してプラズマ化するレーザ光である。「ＥＵＶ集光ミラー」は、プラズマから放射されるＥＵＶ光を反射してチャンバ外に出力するミラーである。「デブリ」は、チャンバ内に供給されたターゲット物質のうちプラズマ化されなかった中性粒子、及び、プラズマから放出される帯電粒子であり、ＥＵＶ集光ミラー等の光学素子を汚染又は損傷する原因となる物質である。
【００１３】
３．ＥＵＶ光生成システムの全体説明
３．１ 構成
図１に例示的なＥＵＶ光生成装置１の概略構成を示す。ＥＵＶ光生成装置１は、少なくとも１つのレーザ装置３と共に用いることができる（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を含むことができる。チャンバ２内は好ましくは真空である。あるいは、チャンバ２の内部にＥＵＶ光の透過率が高いガスが存在していてもよい。また、ＥＵＶ光生成装置１は、ターゲット供給装置（例えばドロップレット生成器２６）を更に含むことができる。ターゲット供給装置は、例えばチャンバ２の壁に取り付けられていてもよい。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、これらの内のいずれか２つ以上の組合せ等を含むことができる。しかし、ターゲットの材料はこれらに限定されない。
【００１４】
チャンバ２の壁には、レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光３２をチャンバ２内に導入するための少なくとも１つの貫通孔が形成されていてもよい。また、貫通孔には、ウィンドウ２１が設けられていてもよい。チャンバ２の内部には、ＥＵＶ集光ミラー２３が配置されてもよく、ＥＵＶ集光ミラー２３の反射面は、例えば、回転楕円面形状でよい。ＥＵＶ集光ミラー２３は、第１及び第２の焦点を有し得る。ＥＵＶ集光ミラー２３の反射面となる面には、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の焦点がプラズマ生成領域２５内に位置し、その第２の焦点が外部装置（例えば露光装置６）の仕様によって規定される所定の集光位置（中間焦点（ＩＦ）２９２）に位置するよう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を通過されるための貫通孔２４が設けられていてもよい。
【００１５】
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、位置等を検出してもよく、ターゲットセンサ４は、撮像機能を有していてもよい。
【００１６】
更に、ＥＵＶ光生成装置１は、チャンバ２内部と外部装置内部とを連通させる接続部２９を含むことができる。接続部２９内部にはアパーチャが形成された壁２９１を設けられてもよく、そのアパーチャがＥＵＶ集光ミラー２３の第２の焦点位置にあるように壁２９１を配置することが好ましい。
【００１７】
更に、ＥＵＶ光生成装置１は、レーザ光進行方向制御装置３４、レーザ光集光ミラー２２、ターゲット回収部２８なども含んでもよい。レーザ光進行方向制御装置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ための光学素子と、該光学素子の位置、姿勢等を調節するためのアクチュエータとを備えてもよい。
【００１８】
３．２ 動作
図１を参照に、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装置３４を経てパルスレーザ光３２としてウィンドウ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つのドロップレット２７に照射されてもよい。
【００１９】
ドロップレット生成器２６は、ドロップレット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。ドロップレット２７には、少なくとも１つのパルスレーザ光３３が照射され得る。レーザ光に照射されたドロップレット２７はプラズマ化し、そのプラズマからＥＵＶ光２５１が放射され得る。ＥＵＶ光２５１は、ＥＵＶ集光ミラー２３によって反射され得る。反射されたＥＵＶ光２５２は、中間焦点２９２を通って外部装置に出力されてもよい。なお、１つのドロップレット２７に、複数のパルスレーザ光が照射されてもよい。
【００２０】
ＥＵＶ光生成制御部５は、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成システム１１全体の制御を統括することができる。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ドロップレット２７のイメージデータ等を処理することができる。ＥＵＶ光生成制御部５はまた、例えばドロップレット２７を出力するタイミング、ドロップレット２７の出力方向等を制御してもよい。ＥＵＶ光生成制御部５は更に、例えばレーザ装置３のレーザ発振タイミング、パルスレーザ光３１の進行方向、及び集光位置変更等を制御してもよい。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することもできる。
【００２１】
４．光強度分布調節光学系を備えたＬＰＰ式ＥＵＶ光生成システム
４．１ 構成
図２に本開示の実施形態に係るＬＰＰ式ＥＵＶ光生成システムの概略構成を示す。図１を参照しながら説明したレーザ装置３は、図２におけるレーザ光生成装置３ａの中に、プリパルスレーザ装置３０１及びメインパルスレーザ装置３０２として含まれてもよい。レーザ光生成装置３ａは、さらに、レーザ光生成装置コントローラ３００、ビームエキスパンダ３５、波面調節光学系３６、レーザ光調節光学系３７、ビームコンバイナ３８等を含んでもよい。また、図２に示すＬＰＰ式ＥＵＶ光生成システムは、ドロップレットコントローラ５１を含んでもよい。
【００２２】
ビームコンバイナ３８は、プリパルスレーザ装置３０１から出力されるプリパルスレーザ光のレーザ光伝播経路と、メインパルスレーザ装置３０２から出力されるメインパルスレーザ光のレーザ光伝播経路とが交差する位置に配置されてもよい。ビームコンバイナ３８は、プリパルスレーザ光に含まれる第１の波長の光を透過させ、メインパルスレーザ光に含まれる第２の波長の光を高い反射率で反射する光学素子でよい。
【００２３】
レーザ光調節光学系３７は、メインパルスレーザ装置３０２とビームコンバイナ３８との間のレーザ光伝播経路上に配置されてもよい。レーザ光調節光学系３７と、レーザ光集光ミラー２２とによって、光強度分布調節光学系が構成されてもよい。レーザ光調節光学系３７は、メインパルスレーザ光の光強度分布を、レーザ光の進行方向に直交する断面において環状となるように調節してもよい。或いは、レーザ光調節光学系３７は、メインパルスレーザ光をその光学軸に対して軸対称に所定角度で屈折又は反射させて、メインパルスレーザ光が集光された場合に円環状の焦点が形成されるようにレーザ光を調節するための光学系でよい。これにより、ターゲット物質の照射位置におけるメインパルスレーザ光の光強度分布が、周辺部よりも中央部において光強度が低い光強度分布となり得る。レーザ光調節光学系３７から出力されたメインパルスレーザ光は、レーザ光集光ミラー２２等の集光光学系によって集光されてターゲット物質に照射されてもよい。
【００２４】
波面調節光学系３６は、メインパルスレーザ装置３０２とビームコンバイナ３８との間のレーザ光伝播経路上に配置されてもよい。波面調節光学系３６は、レーザ光集光ミラー２２によって反射されるプリパルスレーザ光とメインパルスレーザ光との集光位置が所定の位置にない場合に、メインパルスレーザ光の波面の曲率を調節して集光位置を調節するための光学素子でよい。波面調節光学系３６は、例えば、平凸レンズと平凹レンズとの組合せを含んでもよい。平凸レンズと平凹レンズとの距離を調節することにより、波面調節光学系３６を透過するメインパルスレーザ光の波面の曲率が調節され得る。
【００２５】
ビームエキスパンダ３５は、プリパルスレーザ装置３０１とビームコンバイナ３８との間のレーザ光伝播経路上に配置されてもよい。なお、波面調節光学系３６及びレーザ光調節光学系３７は、メインパルスレーザ装置３０２内のレーザ光伝播経路上に配置されてもよい。
【００２６】
４．２ 動作
ドロップレットコントローラ５１は、ＥＵＶ光生成制御部５からドロップレット生成トリガ信号を受信してもよい。ドロップレットコントローラ５１は、ドロップレット生成器２６に駆動信号を出力して、ドロップレット生成器２６からドロップレット２７を出力させてもよい。
【００２７】
レーザ光生成装置コントローラ３００は、ＥＵＶ光生成制御部５からレーザ光生成トリガ信号を受信してもよい。レーザ光生成装置コントローラ３００は、プリパルスレーザ発振トリガ信号及びプリパルスレーザ光強度設定信号を、プリパルスレーザ装置３０１に出力してもよい。プリパルスレーザ発振トリガ信号は、ドロップレット２７がプラズマ生成領域２５に到着するタイミングでプリパルスレーザ光がドロップレット２７に照射されるように、出力され得る。プリパルスレーザ光強度設定信号は、ドロップレット２７を拡散させて所望の拡散ターゲットを形成するのに適した光強度でプリパルスレーザ光がドロップレット２７に照射されるように、出力され得る。なお、レーザ光生成装置コントローラ３００は、プリパルスレーザ光強度設定信号を出力する代わりに、プリパルスレーザ光のフルーエンスを設定する信号をプリパルスレーザ装置３０１に出力してもよい。フルーエンスとは、集光点におけるレーザ光断面の単位面積あたりのエネルギーを意味する。
【００２８】
さらに、レーザ光生成装置コントローラ３００は、メインパルスレーザ発振トリガ信号及びメインパルスレーザ光強度設定信号を、メインパルスレーザ装置３０２に出力してもよい。メインパルスレーザ発振トリガ信号は、ドロップレット２７にプリパルスレーザ光が照射されてから、所望の拡散ターゲットが形成されるまでの所定時間遅らせたタイミングでメインパルスレーザ光が拡散ターゲットに照射されるように、出力され得る。メインパルスレーザ光強度設定信号は、拡散ターゲットが励起されてプラズマ化するための光強度でメインパルスレーザ光が拡散ターゲットに照射されるように、出力され得る。
【００２９】
プリパルスレーザ装置３０１は、レーザ光生成装置コントローラ３００から出力されたプリパルスレーザ発振トリガ信号及びプリパルスレーザ光強度設定信号に基づいて、プリパルスレーザ光を出力してもよい。プリパルスレーザ光は、ビームエキスパンダ３５においてレーザ光断面の径が拡大された後、ビームコンバイナ３８に入射してもよい。
【００３０】
メインパルスレーザ装置３０２は、レーザ光生成装置コントローラ３００から出力されたメインパルスレーザ発振トリガ信号及びメインパルスレーザ光強度設定信号に基づいて、メインパルスレーザ光を出力してもよい。メインパルスレーザ光は、波面調節光学系３６及びレーザ光調節光学系３７を介して、ビームコンバイナ３８に入射してもよい。
ビームコンバイナ３８は、プリパルスレーザ光とメインパルスレーザ光とを略同軸化してチャンバ２内に導入してもよい。
【００３１】
５．トーラス型拡散ターゲット
図３Ａは、ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射された様子を示す概念図である。図３Ｂ及び図３Ｃは、ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射されたことによって形成されたトーラス型の拡散ターゲットにメインパルスレーザ光が照射される様子を示す概念図である。図３Ａ及び図３Ｂは、プリパルスレーザ光及びメインパルスレーザ光の軸方向（Ｚ方向）に直交する方向からドロップレット及び拡散ターゲットを見たものである。図３Ｃは、メインパルスレーザ光の軸方向（Ｚ方向）から拡散ターゲットを見たものである。
【００３２】
５．１ プリパルスレーザ光の照射
プリパルスレーザ光の照射によるドロップレットの拡散について説明する。図３Ａに示すように、プリパルスレーザ光をドロップレット２７に集光して照射した際、プリパルスレーザ光が照射されたドロップレット２７の表面付近においてレーザアブレーションが生じ得る。その結果、レーザアブレーションに伴う反作用圧力によって、プリパルスレーザ光が照射されたドロップレット２７の表面からドロップレット２７内部に向かって衝撃波が発生し得る。この衝撃波は次第にドロップレット２７の全体に伝わり得る。ここで、プリパルスレーザ光の光強度が第１の所定値（例えば１×１０９Ｗ／ｃｍ２）以上である場合には、この衝撃波によってドロップレット２７が粉々に破壊され拡散し得る。
【００３３】
そして、プリパルスレーザ光の光強度が第２の所定値（例えば６．４×１０９Ｗ／ｃｍ２）以上である場合には、ドロップレット２７が粉々に破壊され、図３Ｂ及び図３Ｃに示すようなトーラス型の拡散ターゲットが形成され得る。図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、トーラス型の拡散ターゲットは、ドロップレット２７が、プリパルスレーザ光の軸に対して略軸対称に、かつ、トーラス状に拡散したものである。
【００３４】
トーラス型の拡散ターゲットを形成するための具体的条件は、例えば以下のとおりでよい。プリパルスレーザ光の光強度範囲は、６．４×１０９Ｗ／ｃｍ２以上、３．２×１０１０Ｗ／ｃｍ２以下でよい。ドロップレット２７の直径は、１２μｍ以上、４０μｍ以下でよい。
【００３５】
また、プリパルスレーザ光の制御は、その光強度ではなくフルーエンスに対して行ってもよい。プリパルスレーザ光のフルーエンスを制御することによっても、ターゲット物質の拡散状態を制御することができる。
【００３６】
図４は、実際に溶融スズのドロップレットにプリパルスレーザ光が照射された場合のドロップレットの様子を撮影した写真である。図４の各写真は、プリパルスレーザ光の照射方向から３０°傾いた方向からドロップレットを見たものである。ドロップレット径は２０μｍとし、プリパルスレーザ光としては、ＹＡＧレーザから出力されるパルス幅５ｎｓのレーザ光が用いられた。図４の各写真において、白く光って見えるのは、プリパルスレーザ光の残像であり、黒く見えるのが拡散したドロップレットである。
【００３７】
図４の（１）行は、プリパルスレーザ光のフルーエンスを４８０ｍＪ／ｃｍ２とした際の様子を時系列に示している。プリパルスレーザ光を照射して１．０μｓ経過した時点で、（１）行の（Ｃ）列の写真に示されるように、ドロップレットがトーラス状に拡散した。
【００３８】
図４の（２）行は、プリパルスレーザ光のフルーエンスを９６ｍＪ／ｃｍ２とした際の様子を時系列に示している。プリパルスレーザ光を照射して１．５μｓ経過した時点で、（２）行の（Ｄ）列の写真に示されるように、ドロップレットが円盤状又は皿状に拡散した。
【００３９】
図４の（３）行は、プリパルスレーザ光のフルーエンスを１９．５ｍＪ／ｃｍ２とした際の様子を時系列に示している。プリパルスレーザ光を照射して１．５μｓ経過した時点で、（３）行の（Ｄ）列の写真に示されるように、ドロップレットが円盤状又は皿状に拡散した。
【００４０】
図４より、プリパルスレーザ光のフルーエンスが、概ね２０ｍＪ／ｃｍ２〜５００ｍＪ／ｃｍ２の範囲において拡散ターゲットが生成されることが確認された。このとき、フルーエンスが低い場合にはドロップレットが円盤状又は皿状に拡散し、フルーエンスが高い場合にはドロップレットがトーラス状に拡散する傾向があることがわかる。このように、プリパルスレーザ光のフルーエンスを制御することによってもドロップレットの拡散状態を制御することができる。
【００４１】
図５は、実際に溶融スズのドロップレットにプリパルスレーザ光を照射した場合のドロップレットの様子を撮影した写真である。図５の各写真は、プリパルスレーザ光の照射方向から１２０°傾いた方向からドロップレットを見たものである。プリパルスレーザ光としては、ＹＡＧレーザから出力されるパルス幅５ｎｓ、フルーエンス４８０ｍＪ／ｃｍ２のレーザ光が用いられた。図５の各写真において、白く光って見えるのは、プリパルスレーザ光の残像であり、黒く見えるのが拡散したドロップレットの像である。
【００４２】
図５の（１）行は、ドロップレット径が１２μｍである場合の様子を時系列に示している。プリパルスレーザ光が照射されて０．５μｓ経過した時点で、（１）行の（Ｂ）列の写真に示されるように、ドロップレットがトーラス状に拡散した。プリパルスレーザ光が照射されて１．５μｓ経過するまでに、（１）行の（Ｃ）列及び（Ｄ）列の写真に示されるように、ドロップレットは写真右端付近まで拡散した。
【００４３】
図５の（２）行は、ドロップレット径が２０μｍである場合の様子を時系列に示している。プリパルスレーザ光が照射されて１．０μｓ経過した時点で、（２）行の（Ｃ）列の写真に示されるように、ドロップレットがトーラス状に拡散した。プリパルスレーザ光が照射されて１．５μｓ経過した時点で、（２）行の（Ｄ）列の写真に示されるように、ドロップレットは写真中央より右側まで拡散した。
【００４４】
図５の（３）行は、ドロップレット径が３０μｍである場合の様子を時系列に示している。プリパルスレーザ光が照射されて１．０μｓ経過した時点で、（３）行の（Ｃ）列の写真に示されるように、ドロップレットがトーラス状に拡散した。プリパルスレーザ光が照射されて１．５μｓ経過した時点で、（３）行の（Ｄ）列の写真に示されるように、ドロップレットは写真中央より左側まで拡散した。
【００４５】
図５の（４）行は、ドロップレット径が４０μｍである場合の様子を時系列に示している。プリパルスレーザ光が照射されて１．５μｓ経過した時点で、（４）行の（Ｄ）列の写真に示されるように、ドロップレットがトーラス状に写真中央より左側までしか拡散しなかった。
【００４６】
例えば、Ｄ列の写真に着目すると、ドロップレット径の小さなものほど拡散したドロップレットの像が各写真の画面中右（ドロップレットの拡散方向）に観測されている。つまり、少なくともドロップレット径が１２μｍ以上、４０μｍ以下の範囲においては、ドロップレット径が大きい場合には、ドロップレットの拡散速度は低く、ドロップレット径が小さい場合には、ドロップレットの拡散速度は高い傾向がある。このように、ターゲット物質のドロップレット径によって、所望の拡散状態となるタイミングが異なることが判明した。これは、メインパルスレーザ光を照射する最適な遅延時間の範囲が、ドロップレット径によって異なることを示唆する。
【００４７】
５．２ メインパルスレーザ光の照射
トーラス型の拡散ターゲットへのメインパルスレーザ光の照射について説明する。トーラス型の拡散ターゲットは、プリパルスレーザ光がドロップレット２７に照射された後、例えば０．５μｓ〜２．０μｓのタイミングで形成され得る。従って、プリパルスレーザ光がドロップレット２７に照射された後の上記タイミングで、メインパルスレーザ光が拡散ターゲットに照射されることが好ましい。但し、図５に示されたように、ターゲット物質のドロップレット径ごとに、プリパルスレーザ光が照射されてからメインパルスレーザ光が照射されるまでのの遅延時間の最適範囲は異なる可能性がある。
【００４８】
ドロップレット径が１２μｍの場合、プリパルスレーザ光照射後からメインパルスレーザ光照射までの遅延時間は、０．５μｓ〜１．０μｓの範囲が好ましい。
【００４９】
ドロップレット径が２０μｍの場合、プリパルスレーザ光照射後からメインパルスレーザ光照射までの遅延時間は、０．５μｓ〜１．５μｓの範囲が好ましい。
【００５０】
ドロップレット径が３０μｍの場合、プリパルスレーザ光照射後からメインパルスレーザ光照射までの遅延時間は、１．０μｓ〜１．５μｓの範囲が好ましい。
【００５１】
ドロップレット径が４０μｍの場合、プリパルスレーザ光照射後からメインパルスレーザ光照射までの遅延時間は、１，５μｓ〜２．０μｓの範囲が好ましい。
【００５２】
プリパルスレーザ光照射後からメインパルスレーザ光照射までの遅延時間を上述のような範囲に制御することにより、ターゲット物質のドロップレットを十分に細かい微粒子に拡散させることができると推測される。また、ドロップレットを拡散させ、ターゲット物質の総表面積を大きくすることにより、拡散した微粒子にメインパルスレーザ光のエネルギーが効率的に吸収され、ＣＥが向上するものと推測される。
【００５３】
ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射されることによって形成される拡散ターゲットの形状は、プリパルスレーザ光の軸方向の長さが、プリパルスレーザ光の軸方向に直交する方向の長さよりも短い形状となる。このため、拡散ターゲットに対して、メインパルスレーザ光は、プリパルスレーザ光と略同一方向から照射されるのが好ましい。これにより、拡散ターゲットにより高いエネルギー密度でメインパルスレーザ光を照射することができ、ターゲット物質にメインパルスレーザ光を効率的に吸収させることができる。従って、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成システムにおけるＣＥを向上させることができる。
【００５４】
また、メインパルスレーザ光の光強度分布は、ビーム断面において周辺部よりも中央部における光強度が低い光強度分布であることが好ましい。これにより、光強度の高い周辺部の光路に挟まれた円柱状の部分（光強度が低い部分）に、プラズマが閉じ込められる効果が期待できる。従って、プラズマを高温かつ高密度に生成し、ＣＥを向上させることが期待できる。さらに、拡散ターゲットの形状がトーラス状である場合には、メインパルスレーザ光軸に直交する断面の形状を、拡散ターゲットの形状に適合させることができる。これにより、トーラス型の拡散ターゲットの中央部を通過する光、すなわちＥＵＶ光の生成への寄与度が低い光の割合を低減することができる。従って、メインパルスレーザ光のエネルギーの多くが拡散ターゲットのプラズマ化に利用されるため、ＣＥを向上させることができる。
【００５５】
さらに、メインパルスレーザ光は、レーザ光軸に直交する断面の光強度分布形状が環状であることが好ましい。このような環状の光強度分布を有するメインパルスレーザ光の外径Ｄｏｕｔｍ及び内径Ｄｉｎｍは、トーラス型の拡散ターゲットの外径Ｄｏｕｔｔ及び内径Ｄｉｎｔに対して、以下の関係を有することが好ましい。
Ｄｏｕｔｍ≧Ｄｏｕｔｔ
Ｄｉｎｍ≦Ｄｉｎｔ
このように構成することにより、トーラス型の拡散ターゲットの大部分にメインパルスレーザ光を照射できるため、拡散ターゲットのより多くの部分をプラズマ化することができる。その結果、ターゲット物質のデブリの発生を低減することができる。
【００５６】
以上の説明において、メインパルスレーザ光の光強度分布、外径Ｄｏｕｔｍ及び内径Ｄｉｎｍは、拡散ターゲットに照射される位置付近におけるレーザ光の光強度分布、光強度分布が環状である場合の外径及び内径を意味する。また、以上の説明において、トーラス型の拡散ターゲットについて説明したが、本開示の拡散ターゲットはこれに限定されず、実質的に環状に拡散したターゲット物質でもよい。また、円盤状又は皿状であっても、拡散したターゲット物質であればよい。また、以上の説明において、拡散ターゲットの照射位置におけるメインパルスレーザ光の光強度分布を、中央部の光強度が周辺部の光強度よりも低い光強度分布とする場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。拡散ターゲットの照射位置において、レーザ光軸の中心から所定距離の位置における光強度よりも低い光強度を有する低強度領域がレーザ光軸の中心から上記所定距離の範囲内に存在する場合でもよい。
【００５７】
６．光強度分布調節光学系の実施形態
光強度分布調節光学系に関する実施形態について説明する。以下、光強度分布調節光学系の例として、円環状レーザ光（レーザ光軸に直交する断面の光強度分布形状が環状であるレーザ光）を生成して集光光学系により集光する場合と、レーザ光を軸対称屈折又は反射して集光光学系により円環状の集光状態を有する場合について説明する。
【００５８】
６．１ 円環状レーザ光を生成して集光光学系により集光する方式
６．１．１ アキシコンレンズによる円環状レーザ光の生成
図６は、光強度分布調節光学系に関する第１の実施形態を示す概念図である。第１の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系３７として、２つのアキシコンレンズ３７ａ及び３７ｂを含んでもよい。
【００５９】
アキシコンレンズ３７ａ及び３７ｂは、それぞれ円錐形のレンズである。アキシコンレンズ３７ａ及び３７ｂは、それぞれの頂点が互いに向き合うように、所定距離離間して配置されてもよい。また、アキシコンレンズ３７ａ及び３７ｂの回転対称軸が、メインパルスレーザ光の軸と一致するように配置されてもよい。一方のアキシコンレンズ３７ａの底面から、メインパルスレーザ光を入射させると、他方のアキシコンレンズ３７ｂの底面から円環状レーザ光を出力することができる。
【００６０】
円環状レーザ光は、集光光学系２２ａによって集光され、集光光学系２２ａの主点から焦点距離Ｆの位置において焦点を形成し得る。この焦点における光強度分布は、例えば、中央部で光強度が高く、周辺部で光強度が低いガウス分布（Gaussian distribution）となっている。しかしながら、焦点周辺のたとえば位置Ａ又は位置Ｂにおける光強度分布は、周辺部よりも中央部における光強度が低い分布となる。従って、位置Ａ又は位置Ｂにトーラス型の拡散ターゲットを形成することにより、拡散ターゲットに対してメインパルスレーザ光を効率良く照射することができる。なお、円環状レーザ光を集光する集光光学系は、集光光学系２２ａに限定されず、集光ミラーでもよい。
【００６１】
６．１．２ アキシコンミラーによる円環状レーザ光の生成
図７は、光強度分布調節光学系に関する第２の実施形態を示す概念図である。第２の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系３７として、アキシコンミラー３７ｃ及び平面ミラー３７ｄを含んでもよい。
【００６２】
アキシコンミラー３７ｃは、円錐の側面の形状を有する第１の反射面３７１と、その外側に位置する円錐台の側面の形状を有する第２の反射面３７２とを同軸状に組み合わせたミラー（Ｗアキシコンミラー）でよい。第１の反射面３７１の回転対称軸に対する傾斜角度と、第２の反射面３７２の回転対称軸に対する傾斜角度は、例えば、何れも４５°でよい。或いは、第１の反射面３７１の回転対称軸に対する傾斜角度と、第２の反射面３７２の回転対称軸に対する傾斜角度との和が９０°となるようにしてもよい。アキシコンミラー３７ｃの回転対称軸は、メインパルスレーザ光の軸と一致するように配置されるのが好ましい。第１の反射面３７１及び第２の反射面３７２には、メインパルスレーザ光の波長に対応した高反射膜がコートされてもよい。
【００６３】
平面ミラー３７ｄには、中央に貫通孔３７３が形成されてもよく、貫通孔３７３がアキシコンミラー３７ｃの回転対称軸上に位置するように配置されるのが好ましい。また、平面ミラー３７ｄの反射面は、アキシコンミラー３７ｃの反射面に対向し、かつ、平面ミラー３７ｄはその反射面がアキシコンミラー３７ｃの回転対称軸に対して傾斜するように配置されるのが好ましい。平面ミラー３７ｄの反射面には、メインパルスレーザ光の波長に対応した高反射膜がコートされてもよい。
【００６４】
平面ミラー３７ｄの反射面の裏面側から貫通孔３７３を通過したメインパルスレーザ光は、アキシコンミラー３７ｃの第１の反射面３７１において外周側に反射され、第２の反射面３７２において再度反射されて、円環状レーザ光となってアキシコンミラー３７ｃから出射され得る。アキシコンミラー３７ｃから出射された円環状レーザ光は、平面ミラー３７ｄの反射面において軸外放物面ミラー２２ｃに向けて反射され得る。
【００６５】
軸外放物面ミラー２２ｃは、平行光である入射光を、所定の焦点位置に集光するためのミラーである。平面ミラー３７ｄにおいて反射された円環状レーザ光は、軸外放物面ミラー２２ｃによって集光され、軸外放物面ミラー２２ｃの焦点位置において集光点を形成し得る。この集光点における光強度分布は、例えばガウス分布となってもよい。しかしながら、焦点位置周辺のたとえば位置Ａ又は位置Ｂにおけるレーザ光の光強度分布は、周辺部よりも中央部の光強度が低い分布となり得る。従って、位置Ａ又は位置Ｂにトーラス型の拡散ターゲットを形成することにより、拡散ターゲットに対してメインパルスレーザ光を効率良く照射することができる。
【００６６】
第２の実施形態によれば、光強度分布調節光学系を反射型の光学素子で構成しているので、光強度分布調節光学系に高出力のメインパルスレーザ光が入射しても、波面の歪みが抑制され得る。円環状レーザ光を集光するための集光光学系は、軸外放物面ミラー２２ｃに限定されず、他の種類の集光ミラーでもよいし、集光レンズでもよい。また、貫通孔が形成されたミラーは、平面ミラー３７ｄに限定されず、軸外放物面ミラー等の曲面ミラーでもよい。
【００６７】
６．１．３ 同心円状の回折格子による円環状レーザ光の生成
図８Ａは、光強度分布調節光学系に関する第３の実施形態を示す概念図である。第３の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系３７として、２つの回折格子３７ｅ及び３７ｆを含んでもよい。図８Ｂは、回折格子が形成された面を示す図であり、図８Ｃは、回折格子の断面を拡大した図である。
【００６８】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、回折格子３７ｅ及び３７ｆは、それぞれ同心円状の複数の溝加工が施された透過型の回折格子でよい。回折格子３７ｅ及び３７ｆは、溝が形成された面を互いに向き合わせて配置されるのが好ましい。また、回折格子３７ｅ及び３７ｆの溝が形成する同心円の中心は、メインパルスレーザ光の軸と一致し、かつ溝が形成されている面が軸と直交するように配置されるのが好ましい。図８Ｃに示すように、光が回折格子３７ｅに垂直に入射する場合、即ち、入射角が０°である場合、複数の溝において回折される光は、次式（２）の条件で互いに位相が一致して強め合う。
ｍλ＝ａ・ｓｉｎβ （２）
ここで、ｍは回折次数であり、λは光の波長である。ａは溝の間隔であり、βは出射角度である。
【００６９】
回折格子３７ｅの同心円状の溝は、円の中心側に向かって深くなるように傾斜しているので、回折格子３７ｅを透過するメインパルスレーザ光は出射角度βで同心円の中心から外周に向かう方向へ出射し得る。従って、図８Ａに示すように、一方の回折格子３７ｅにメインパルスレーザ光が入射すると、回折格子３７ｅからは、進行方向に向かって拡大する円環状レーザ光が出射され、他方の回折格子３７ｆに入射し得る。回折格子３７ｆの同心円状の溝は、円の外周側に向かって深くなるように傾斜していてもよい。このため、これらの溝において回折される所定波長の光は、入射角度βで回折格子３７ｆに入射し出射角度０°で回折格子３７ｆから出射し得る。従って、回折格子３７ｆからの出射光には、一定の径を有する円環状レーザ光が含まれ得る。
【００７０】
さらに、回折格子３７ｅ及び３７ｆからは、回折光だけでなく、透過光も出射し得る。そこで、回折格子３７ｅ及び３７ｆの各溝の傾斜角度を、屈折角度βの透過光が得られるような傾斜角度に加工することにより、回折光と透過光とを一致させ、より強い出射光を得ることができる。具体的には、透過光の屈折角度の条件は、次式（３）で与えられ得る。
ｎ１・ｓｉｎθ１＝ｎ２・ｓｉｎθ２ （３）
ここで、ｎ１は回折格子の屈折率であり、ｎ２は回折格子が配置された雰囲気中の屈折率である。θ１は回折格子側の入射角又は出射角であり、各溝の傾斜角度に相当する。θ２は回折格子が配置された雰囲気側の出射角又は入射角である。
【００７１】
屈折角度βは、次式（４）で与えられる。
β＝｜θ２−θ１｜ （４）
上述の式（２）〜（４）を満足するように各溝の傾斜角度θ１を決定することにより、強い出射光を得ることができる。
【００７２】
以上のようにして、回折格子３７ｆから出射した円環状レーザ光は、集光光学系によって集光され、集光光学系の焦点位置又はその近傍において、トーラス型の拡散ターゲットに照射され得る。集光光学系は、第１又は第２の実施形態における集光光学系と同様に構成されてもよい。
【００７３】
６．２ レーザ光を光学軸と対称に屈折または反射させて集光光学系により集光点を形成する方式
６．２．１ アキシコンレンズと集光光学系との組合せ
図９は、光強度分布調節光学系に関する第４の実施形態を示す概念図である。第４の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系３７として、アキシコンレンズ３７ｇを含み、集光光学系として、集光光学系２２ｇを含んでもよい。
【００７４】
アキシコンレンズ３７ｇは、円錐形のレンズでよい。アキシコンレンズ３７ｇは、その回転対称軸がメインパルスレーザ光の軸と一致するように配置されるのが好ましい。アキシコンレンズ３７ｇに入射したメインパルスレーザ光は、アキシコンレンズ３７ｇの回転対称軸に対して軸対称に、かつ回転対称軸からの距離に関わらず一定の角度で屈折してアキシコンレンズ３７ｇから出射し得る。
【００７５】
アキシコンレンズ３７ｇから出射した光は、集光光学系２２ｇによって集光され、集光光学系２２ｇの主点から焦点距離Ｆの位置において集光され得る。この集光位置における光強度分布は、周辺部よりも中央部における光強度が低い分布となり得る。従って、この集光位置にトーラス型の拡散ターゲットを形成することにより、拡散ターゲットに対してメインパルスレーザ光を効率良く照射することができる。
【００７６】
なお、集光光学系は、集光光学系２２ｇに限定されず、集光ミラーでもよい。また、ここでは、アキシコンレンズ３７ｇとしてアキシコン凸レンズを用いた場合について説明したが、アキシコン凹レンズを用いてもよい。
【００７７】
第４の実施形態によれば、集光光学系２２ｇの焦点の位置に円環状レーザ光を集光させることができるので、急峻な光強度の強弱を有する円環状レーザ光を、トーラス型の拡散ターゲットに照射することができる。
【００７８】
６．２．２ アキシコンミラーと集光光学系との組合せ
図１０は、光強度分布調節光学系に関する第５の実施形態を示す概念図である。第５の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系３７として、アキシコンミラー３７ｈ及び平面ミラー３７ｉを含み、集光光学系として、軸外放物面ミラー２２ｈを含んでもよい。
【００７９】
アキシコンミラー３７ｈは、Ｗアキシコンミラーでよく、図７を参照に説明した第２の実施形態におけるアキシコンミラー３７ｃと同様でよい。ただし以下の点で異なる。第１の反射面３７１の回転対称軸に対する傾斜角度は、例えば４５°であるが、第２の反射面３７２の回転対称軸に対する傾斜角度θは、例えば、４５°よりも大きい角度である。このように、第１の反射面３７１の回転対称軸に対する傾斜角度と、第２の反射面３７２の回転対称軸に対する傾斜角度との和を９０°と異なる角度にする点で第２の実施形態と異なる。
【００８０】
平面ミラー３７ｉの構成及び作用は、図７を参照に説明した第２の実施形態における平面ミラー３７ｄの構成及び作用と同様でよい。
【００８１】
平面ミラー３７ｉの裏面側から貫通孔３７３を通過したメインパルスレーザ光は、円環状レーザ光となってアキシコンミラー３７ｈから出射し得る。アキシコンミラー３７ｈから出射したレーザ光は、平面ミラー３７ｉの反射面において軸外放物面ミラー２２ｈに向けて反射され得る。
【００８２】
平面ミラー３７ｉにおいて反射された円環状レーザ光は、軸外放物面ミラー２２ｈによって、軸外放物面ミラー２２ｈの焦点位置において集光され得る。この集光位置における光強度分布は、周辺部よりも中央部における光強度が低い分布となり得る。従って、この集光位置にトーラス型の拡散ターゲットを形成することにより、拡散ターゲットに対してメインパルスレーザ光を効率良く照射することができる。
【００８３】
集光位置における光強度が強い領域の直径Ｄは、次式（５）で表される。
Ｄ＝２Ｆ・ｔａｎ（θ−４５°） （５）
ここで、Ｆは焦点距離であり、θは、第２の反射面３７２の回転対称軸に対する傾斜角度である。但し、アキシコンミラー３７ｈの第１の反射面３７１の回転対称軸に対する傾斜角度を４５°とする。
【００８４】
第５の実施形態によれば、光強度分布調節光学系を反射型の光学素子で構成しているので、光強度分布調節光学系に高出力のメインパルスレーザ光が入射しても、波面の歪みが抑制され得る。なお、集光光学系は、軸外放物面ミラー２２ｈに限定されず、他の種類の集光ミラーでもよいし、集光レンズでもよい。また、貫通孔が形成されたミラーは、平面ミラー３７ｉに限定されず、軸外放物面ミラー等の曲面ミラーでもよい。
【００８５】
第５の実施形態によれば、軸外放物面ミラー２２ｈの焦点の位置に円環状レーザ光を集光できるので、急峻な光強度の強弱を有する円環状レーザ光を、トーラス型の拡散ターゲットに照射することができる。
【００８６】
６．２．３ 同心円状の回折格子と集光光学系との第１の組合せ
図１１Ａは、光強度分布調節光学系に関する第６の実施形態を示す概念図である。第６の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系３７として、回折格子３７ｊを含み、集光光学系として、集光光学系２２ｊを含んでもよい。図１１Ｂは、回折格子が形成された面を示す図であり、図１１Ｃは、回折格子の断面を拡大した図である。
【００８７】
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、回折格子３７ｊは、同心円状の複数の溝加工が施された透過型の回折格子でよい。回折格子３７ｊは、その回転対称軸がメインパルスレーザ光の軸と一致するように配置されるのが好ましい。図１１Ｃに示すように、回折格子３７ｊの溝の断面は矩形形状でよい。溝の深さｄは、次式（６）で表す大きさとなるように加工されてもよい。
ｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝ （６）
ここで、λはメインパルスレーザ光の波長であり、ｎは回折格子３７ｊの屈折率である。
【００８８】
図１１Ａに示すように、レーザ光が回折格子３７ｊに垂直に入射する場合、即ち、入射角が０°である場合、複数の溝において回折されるレーザ光は、次式（７）の条件で互いに位相が一致して強め合う。
ｍλ＝ａ・ｓｉｎβ （７）
ここで、ｍは回折次数であり、λは光の波長である。ａは溝の間隔であり、βは出射角度である。従って、出射角度βは、次式（８）で表される。
β＝ｓｉｎ−１（ｍλ／ａ） （８）
【００８９】
また、溝の深さｄを上述の式（６）のように設定すると、溝部分を透過するレーザ光と溝以外の山部分を透過するレーザ光との間に位相差πが与えられるため、０次の回折光が弱められる。従って、最も強い回折光は、±１次の回折光となる。
【００９０】
回折格子３７ｊには、同心円状かつ等間隔の複数の溝加工が施されているので、＋１次の回折光及び−１次の回折光は、それぞれ回転対称軸に対して軸対称の分布となり、回転対称軸からの距離に関わらずそれぞれ一定の角度で出射し得る。従って、図１１Ａに示すように、回折格子３７ｊにメインパルスレーザ光が入射すると、回折格子３７ｊからは、回転対称軸から離れるように進行する＋１次の回折光と、回転対称軸に向かうように進行する−１次の回折光とが出射され得る。
【００９１】
回折格子３７ｊから出射した光は、集光光学系２２ｊによって集光され、集光光学系２２ｊの主点から焦点距離Ｆの位置において集光され得る。この集光位置における光強度分布は、周辺部よりも中央部における光強度が低い分布となる。従って、この集光位置にトーラス型の拡散ターゲットを形成することにより、拡散ターゲットに対してメインパルスレーザ光を効率良く照射することができる。
【００９２】
集光位置における光強度が強い領域の直径Ｄは、次式（９）で表される。
Ｄ＝２Ｆ・ｔａｎ｛ｓｉｎ−１（λ／ａ）｝ （９）
ここで、Ｆは集光光学系２２ｊの焦点距離であり、λは光の波長である。ａは溝の間隔である。
【００９３】
なお、集光光学系は、集光光学系２２ｊに限定されず、集光ミラーでもよい。また、回折格子３７ｊは、透過型の同心円状の回折格子に限定されず、反射型の回折格子でもよい。
【００９４】
第６の実施形態によれば、集光光学系に入射するレーザ光の軸に直交する断面における断面積を大きくできるため、図９を参照しながら説明した第４の実施形態における場合よりも更に急峻な光強度の強弱を有する円環状レーザ光を、トーラス型の拡散ターゲットに照射することができる。
【００９５】
６．２．４ 同心円状の回折格子と集光光学系との第２の組合せ
図１２は、光強度分布調節光学系に関する第７の実施形態を示す概念図である。第７の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系３７として、回折格子３７ｋを含み、集光光学系として、フレネルレンズ２２ｋを含んでもよい。
【００９６】
回折格子３７ｋの構成及び機能は、図１１Ａ〜図１１Ｃを参照しながら説明した第６の実施形態における回折格子３７ｊの構成及び機能と同様でよい。フレネルレンズ２２ｋは、球面レンズを同心円状の領域に分割し、厚みを減らしたレンズであり、第６の実施形態における集光光学系２２ｊと同様の機能を有してもよい。回折格子３７ｋ及びフレネルレンズ２２ｋは、それらの回転対称軸がメインパルスレーザ光の軸と一致するように配置されるのが好ましい。
【００９７】
回折格子３７ｋにメインパルスレーザ光を入射させると、第６の実施形態と同様に、フレネルレンズ２２ｋの主点から焦点距離Ｆの位置において円環状の集光点が形成される。従って、第７の実施形態によれば、第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【符号の説明】
【０１００】
１…ＥＵＶ光生成装置、２…チャンバ、３…レーザ装置、３ａ…レーザ光生成装置、４…ターゲットセンサ、５…ＥＵＶ光生成制御部、６…露光装置、２１…ウィンドウ、２２…レーザ光集光ミラー、２２ａ…集光光学系、２２ｃ…軸外放物面ミラー、２２ｇ…集光光学系、２２ｈ…軸外放物面ミラー、２２ｊ…集光光学系、２２ｋ…フレネルレンズ、２３…ＥＵＶ集光ミラー、２４…貫通孔、２５…プラズマ生成領域、２６…ドロップレット生成器、２７…ドロップレット、２８…ターゲット回収部、２９…接続部、３１、３２、３３…パルスレーザ光、３４…レーザ光進行方向制御装置、３５…ビームエキスパンダ、３６…波面調節光学系、３７…レーザ光調節光学系、３７ａ、３７ｂ…アキシコンレンズ、３７ｃ…アキシコンミラー、３７ｄ…平面ミラー、３７ｅ、３７ｆ…回折格子、３７ｇ…アキシコンレンズ、３７ｈ…アキシコンミラー、３７ｉ…平面ミラー、３７ｊ、３７ｋ…回折格子、３８…ビームコンバイナ、５１…ドロップレットコントローラ、２５１、２５２…ＥＵＶ光、２９１…壁、２９２…中間焦点、３００…レーザ光生成装置コントローラ、３０１…プリパルスレーザ装置、３０２…メインパルスレーザ装置、３７１…第１の反射面、３７２…第２の反射面、３７３…貫通孔
【技術分野】
【０００１】
本開示は、極端紫外（ＥＵＶ）光を生成するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスの微細化に伴って、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、たとえば３２ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を生成するための装置と縮小投影反射光学系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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０１７２７４号公報
【概要】
【０００５】
本開示の１つの観点に係るＥＵＶ光生成方法は、チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するステップ（ａ）と、ドロップレットにプリパルスレーザ光を照射することによりドロップレットを拡散させて所望の拡散ターゲットを形成させるステップ（ｂ）と、拡散ターゲットの照射位置において、メインパルスレーザ光のレーザ光軸に垂直な断面の形状を、レーザ光軸の方向から見た拡散ターゲットの形状と実質的に一致させて、メインパルスレーザ光を、所望の拡散ターゲットに照射することによりプラズマを生成してＥＵＶ光を生成するステップ（ｃ）と、を備えてもよい。
【０００６】
また、本開示の１つの観点に係る極端紫外光生成方法は、チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するステップ（ａ）と、ターゲット物質にプリパルスレーザ光を照射するステップ（ｂ）と、ターゲット物質の照射位置において、レーザ光軸の中心から所定距離の位置における光強度よりも低い光強度を有する低強度領域がレーザ光軸の中心から所定距離の範囲内に存在するメインパルスレーザ光を、プリパルスレーザ光が照射されたターゲット物質に照射することによりプラズマを生成して極端紫外光を生成するステップ（ｃ）と、を備えてもよい。
【０００７】
また、本開示の１つの観点に係る極端紫外光生成装置は、チャンバと、チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するターゲット供給部と、ターゲット物質に照射されるプリパルスレーザ光と、プリパルスレーザ光が照射されたターゲット物質に照射されることによりプラズマを生成するメインパルスレーザ光とを、チャンバ内に導入する少なくとも１つの光学素子と、メインパルスレーザ光のレーザ光伝播経路に設置され、ターゲット物質の照射位置におけるメインパルスレーザ光の空間的な光強度分布を、レーザ光軸の中心から所定距離の位置における光強度よりも低い光強度を有する低強度領域がレーザ光軸の中心から所定距離の範囲内に存在する光強度分布となるように調節する光強度分布調節光学系と、を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
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】図１は、例示的なＬＰＰ式ＥＵＶ光生成システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は、本開示の各実施形態に係るＥＵＶ光生成システムの概略構成を示す図である。
【図３】図３Ａは、ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射された様子を示す概念図であり、図３Ｂ及び図３Ｃは、ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射されたことによって形成されたトーラス型の拡散ターゲットにメインパルスレーザ光が照射される様子を示す概念図である。
【図４】図４は、実際に溶融スズのドロップレットにプリパルスレーザ光が照射された場合のドロップレットの様子を撮影した写真である。
【図５】図５は、実際に溶融スズのドロップレットにプリパルスレーザ光が照射された場合のドロップレットの様子を撮影した写真である。
【図６】図６は、光強度分布調節光学系に関する第１の実施形態を示す概念図である。
【図７】図７は、光強度分布調節光学系に関する第２の実施形態を示す概念図である。
【図８Ａ】図８Ａは、光強度分布調節光学系に関する第３の実施形態を示す概念図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、回折格子が形成された面を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、回折格子の断面を拡大した図である。
【図９】図９は、光強度分布調節光学系に関する第４の実施形態を示す概念図である。
【図１０】図１０は、光強度分布調節光学系に関する第５の実施形態を示す概念図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、光強度分布調節光学系に関する第６の実施形態を示す概念図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、回折格子が形成された面を示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、回折格子の断面を拡大した図である。
【図１２】図１２は、光強度分布調節光学系に関する第７の実施形態を示す概念図である。
【実施形態】
【０００９】
内容
１．概要
２．用語の説明
３．ＥＵＶ光生成システムの全体説明
３．１ 構成
３．２ 動作
４．光強度分布調節光学系を備えたＬＰＰ式ＥＵＶ光生成システム
４．１ 構成
４．２ 動作
５．トーラス型拡散ターゲット
５．１ プリパルスレーザ光の照射
５．２ メインパルスレーザ光の照射
６．光強度分布調節光学系の実施形態
６．１ 円環状レーザ光を生成して集光光学系により集光する方式
６．１．１ アキシコンレンズによる円環状レーザ光の生成
６．１．２ アキシコンミラーによる円環状レーザ光の生成
６．１．３ 同心円状の回折格子による円環状レーザ光の生成
６．２ レーザ光を光学軸と対称に屈折または反射させて集光光学系により焦点を形成する方式
６．２．１ アキシコンレンズと集光光学系との組合せ
６．２．２ アキシコンミラーと集光光学系との組合せ
６．２．３ 同心円状の回折格子と集光光学系との第１の組合せ
６．２．４ 同心円状の回折格子と集光光学系との第２の組合せ
【００１０】
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。
【００１１】
１．概要
本開示の実施形態においては、まず、チャンバ内にターゲット物質のドロップレットが供給されてもよい。その後、ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射されることにより、ドロップレットを構成するターゲット物質がトーラス型に拡散し、拡散ターゲットが形成され得る。さらに、断面において周辺部よりも中央部における光強度が低いメインパルスレーザ光が、トーラス型の拡散ターゲットに照射され得る。このようにして拡散ターゲットがプラズマ化され、ＥＵＶ光が放射され得る。本開示の実施形態においては、ターゲット物質にレーザ光が効率的に吸収され、高い変換効率（conversion efficiency：ＣＥ）でレーザ光のエネルギーがＥＵＶ光のエネルギーへ変換されることが期待できる。
【００１２】
２．用語の説明
本願において使用する用語を説明する。「チャンバ」は、ＥＵＶ光の生成が行われる空間を大気から隔絶するためのチャンバである。「ターゲット供給装置」は、ＥＵＶ光を生成するために用いられるスズ等のターゲット物質をチャンバ内に供給するシステムである。「プリパルスレーザ光」は、ターゲット物質のドロップレットを拡散させて所望の拡散ターゲットを形成させるレーザ光である。「メインパルスレーザ光」は、拡散ターゲットを励起してプラズマ化するレーザ光である。「ＥＵＶ集光ミラー」は、プラズマから放射されるＥＵＶ光を反射してチャンバ外に出力するミラーである。「デブリ」は、チャンバ内に供給されたターゲット物質のうちプラズマ化されなかった中性粒子、及び、プラズマから放出される帯電粒子であり、ＥＵＶ集光ミラー等の光学素子を汚染又は損傷する原因となる物質である。
【００１３】
３．ＥＵＶ光生成システムの全体説明
３．１ 構成
図１に例示的なＥＵＶ光生成装置１の概略構成を示す。ＥＵＶ光生成装置１は、少なくとも１つのレーザ装置３と共に用いることができる（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を含むことができる。チャンバ２内は好ましくは真空である。あるいは、チャンバ２の内部にＥＵＶ光の透過率が高いガスが存在していてもよい。また、ＥＵＶ光生成装置１は、ターゲット供給装置（例えばドロップレット生成器２６）を更に含むことができる。ターゲット供給装置は、例えばチャンバ２の壁に取り付けられていてもよい。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、これらの内のいずれか２つ以上の組合せ等を含むことができる。しかし、ターゲットの材料はこれらに限定されない。
【００１４】
チャンバ２の壁には、レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光３２をチャンバ２内に導入するための少なくとも１つの貫通孔が形成されていてもよい。また、貫通孔には、ウィンドウ２１が設けられていてもよい。チャンバ２の内部には、ＥＵＶ集光ミラー２３が配置されてもよく、ＥＵＶ集光ミラー２３の反射面は、例えば、回転楕円面形状でよい。ＥＵＶ集光ミラー２３は、第１及び第２の焦点を有し得る。ＥＵＶ集光ミラー２３の反射面となる面には、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の焦点がプラズマ生成領域２５内に位置し、その第２の焦点が外部装置（例えば露光装置６）の仕様によって規定される所定の集光位置（中間焦点（ＩＦ）２９２）に位置するよう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を通過されるための貫通孔２４が設けられていてもよい。
【００１５】
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、位置等を検出してもよく、ターゲットセンサ４は、撮像機能を有していてもよい。
【００１６】
更に、ＥＵＶ光生成装置１は、チャンバ２内部と外部装置内部とを連通させる接続部２９を含むことができる。接続部２９内部にはアパーチャが形成された壁２９１を設けられてもよく、そのアパーチャがＥＵＶ集光ミラー２３の第２の焦点位置にあるように壁２９１を配置することが好ましい。
【００１７】
更に、ＥＵＶ光生成装置１は、レーザ光進行方向制御装置３４、レーザ光集光ミラー２２、ターゲット回収部２８なども含んでもよい。レーザ光進行方向制御装置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ための光学素子と、該光学素子の位置、姿勢等を調節するためのアクチュエータとを備えてもよい。
【００１８】
３．２ 動作
図１を参照に、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装置３４を経てパルスレーザ光３２としてウィンドウ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つのドロップレット２７に照射されてもよい。
【００１９】
ドロップレット生成器２６は、ドロップレット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。ドロップレット２７には、少なくとも１つのパルスレーザ光３３が照射され得る。レーザ光に照射されたドロップレット２７はプラズマ化し、そのプラズマからＥＵＶ光２５１が放射され得る。ＥＵＶ光２５１は、ＥＵＶ集光ミラー２３によって反射され得る。反射されたＥＵＶ光２５２は、中間焦点２９２を通って外部装置に出力されてもよい。なお、１つのドロップレット２７に、複数のパルスレーザ光が照射されてもよい。
【００２０】
ＥＵＶ光生成制御部５は、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成システム１１全体の制御を統括することができる。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ドロップレット２７のイメージデータ等を処理することができる。ＥＵＶ光生成制御部５はまた、例えばドロップレット２７を出力するタイミング、ドロップレット２７の出力方向等を制御してもよい。ＥＵＶ光生成制御部５は更に、例えばレーザ装置３のレーザ発振タイミング、パルスレーザ光３１の進行方向、及び集光位置変更等を制御してもよい。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することもできる。
【００２１】
４．光強度分布調節光学系を備えたＬＰＰ式ＥＵＶ光生成システム
４．１ 構成
図２に本開示の実施形態に係るＬＰＰ式ＥＵＶ光生成システムの概略構成を示す。図１を参照しながら説明したレーザ装置３は、図２におけるレーザ光生成装置３ａの中に、プリパルスレーザ装置３０１及びメインパルスレーザ装置３０２として含まれてもよい。レーザ光生成装置３ａは、さらに、レーザ光生成装置コントローラ３００、ビームエキスパンダ３５、波面調節光学系３６、レーザ光調節光学系３７、ビームコンバイナ３８等を含んでもよい。また、図２に示すＬＰＰ式ＥＵＶ光生成システムは、ドロップレットコントローラ５１を含んでもよい。
【００２２】
ビームコンバイナ３８は、プリパルスレーザ装置３０１から出力されるプリパルスレーザ光のレーザ光伝播経路と、メインパルスレーザ装置３０２から出力されるメインパルスレーザ光のレーザ光伝播経路とが交差する位置に配置されてもよい。ビームコンバイナ３８は、プリパルスレーザ光に含まれる第１の波長の光を透過させ、メインパルスレーザ光に含まれる第２の波長の光を高い反射率で反射する光学素子でよい。
【００２３】
レーザ光調節光学系３７は、メインパルスレーザ装置３０２とビームコンバイナ３８との間のレーザ光伝播経路上に配置されてもよい。レーザ光調節光学系３７と、レーザ光集光ミラー２２とによって、光強度分布調節光学系が構成されてもよい。レーザ光調節光学系３７は、メインパルスレーザ光の光強度分布を、レーザ光の進行方向に直交する断面において環状となるように調節してもよい。或いは、レーザ光調節光学系３７は、メインパルスレーザ光をその光学軸に対して軸対称に所定角度で屈折又は反射させて、メインパルスレーザ光が集光された場合に円環状の焦点が形成されるようにレーザ光を調節するための光学系でよい。これにより、ターゲット物質の照射位置におけるメインパルスレーザ光の光強度分布が、周辺部よりも中央部において光強度が低い光強度分布となり得る。レーザ光調節光学系３７から出力されたメインパルスレーザ光は、レーザ光集光ミラー２２等の集光光学系によって集光されてターゲット物質に照射されてもよい。
【００２４】
波面調節光学系３６は、メインパルスレーザ装置３０２とビームコンバイナ３８との間のレーザ光伝播経路上に配置されてもよい。波面調節光学系３６は、レーザ光集光ミラー２２によって反射されるプリパルスレーザ光とメインパルスレーザ光との集光位置が所定の位置にない場合に、メインパルスレーザ光の波面の曲率を調節して集光位置を調節するための光学素子でよい。波面調節光学系３６は、例えば、平凸レンズと平凹レンズとの組合せを含んでもよい。平凸レンズと平凹レンズとの距離を調節することにより、波面調節光学系３６を透過するメインパルスレーザ光の波面の曲率が調節され得る。
【００２５】
ビームエキスパンダ３５は、プリパルスレーザ装置３０１とビームコンバイナ３８との間のレーザ光伝播経路上に配置されてもよい。なお、波面調節光学系３６及びレーザ光調節光学系３７は、メインパルスレーザ装置３０２内のレーザ光伝播経路上に配置されてもよい。
【００２６】
４．２ 動作
ドロップレットコントローラ５１は、ＥＵＶ光生成制御部５からドロップレット生成トリガ信号を受信してもよい。ドロップレットコントローラ５１は、ドロップレット生成器２６に駆動信号を出力して、ドロップレット生成器２６からドロップレット２７を出力させてもよい。
【００２７】
レーザ光生成装置コントローラ３００は、ＥＵＶ光生成制御部５からレーザ光生成トリガ信号を受信してもよい。レーザ光生成装置コントローラ３００は、プリパルスレーザ発振トリガ信号及びプリパルスレーザ光強度設定信号を、プリパルスレーザ装置３０１に出力してもよい。プリパルスレーザ発振トリガ信号は、ドロップレット２７がプラズマ生成領域２５に到着するタイミングでプリパルスレーザ光がドロップレット２７に照射されるように、出力され得る。プリパルスレーザ光強度設定信号は、ドロップレット２７を拡散させて所望の拡散ターゲットを形成するのに適した光強度でプリパルスレーザ光がドロップレット２７に照射されるように、出力され得る。なお、レーザ光生成装置コントローラ３００は、プリパルスレーザ光強度設定信号を出力する代わりに、プリパルスレーザ光のフルーエンスを設定する信号をプリパルスレーザ装置３０１に出力してもよい。フルーエンスとは、集光点におけるレーザ光断面の単位面積あたりのエネルギーを意味する。
【００２８】
さらに、レーザ光生成装置コントローラ３００は、メインパルスレーザ発振トリガ信号及びメインパルスレーザ光強度設定信号を、メインパルスレーザ装置３０２に出力してもよい。メインパルスレーザ発振トリガ信号は、ドロップレット２７にプリパルスレーザ光が照射されてから、所望の拡散ターゲットが形成されるまでの所定時間遅らせたタイミングでメインパルスレーザ光が拡散ターゲットに照射されるように、出力され得る。メインパルスレーザ光強度設定信号は、拡散ターゲットが励起されてプラズマ化するための光強度でメインパルスレーザ光が拡散ターゲットに照射されるように、出力され得る。
【００２９】
プリパルスレーザ装置３０１は、レーザ光生成装置コントローラ３００から出力されたプリパルスレーザ発振トリガ信号及びプリパルスレーザ光強度設定信号に基づいて、プリパルスレーザ光を出力してもよい。プリパルスレーザ光は、ビームエキスパンダ３５においてレーザ光断面の径が拡大された後、ビームコンバイナ３８に入射してもよい。
【００３０】
メインパルスレーザ装置３０２は、レーザ光生成装置コントローラ３００から出力されたメインパルスレーザ発振トリガ信号及びメインパルスレーザ光強度設定信号に基づいて、メインパルスレーザ光を出力してもよい。メインパルスレーザ光は、波面調節光学系３６及びレーザ光調節光学系３７を介して、ビームコンバイナ３８に入射してもよい。
ビームコンバイナ３８は、プリパルスレーザ光とメインパルスレーザ光とを略同軸化してチャンバ２内に導入してもよい。
【００３１】
５．トーラス型拡散ターゲット
図３Ａは、ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射された様子を示す概念図である。図３Ｂ及び図３Ｃは、ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射されたことによって形成されたトーラス型の拡散ターゲットにメインパルスレーザ光が照射される様子を示す概念図である。図３Ａ及び図３Ｂは、プリパルスレーザ光及びメインパルスレーザ光の軸方向（Ｚ方向）に直交する方向からドロップレット及び拡散ターゲットを見たものである。図３Ｃは、メインパルスレーザ光の軸方向（Ｚ方向）から拡散ターゲットを見たものである。
【００３２】
５．１ プリパルスレーザ光の照射
プリパルスレーザ光の照射によるドロップレットの拡散について説明する。図３Ａに示すように、プリパルスレーザ光をドロップレット２７に集光して照射した際、プリパルスレーザ光が照射されたドロップレット２７の表面付近においてレーザアブレーションが生じ得る。その結果、レーザアブレーションに伴う反作用圧力によって、プリパルスレーザ光が照射されたドロップレット２７の表面からドロップレット２７内部に向かって衝撃波が発生し得る。この衝撃波は次第にドロップレット２７の全体に伝わり得る。ここで、プリパルスレーザ光の光強度が第１の所定値（例えば１×１０９Ｗ／ｃｍ２）以上である場合には、この衝撃波によってドロップレット２７が粉々に破壊され拡散し得る。
【００３３】
そして、プリパルスレーザ光の光強度が第２の所定値（例えば６．４×１０９Ｗ／ｃｍ２）以上である場合には、ドロップレット２７が粉々に破壊され、図３Ｂ及び図３Ｃに示すようなトーラス型の拡散ターゲットが形成され得る。図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、トーラス型の拡散ターゲットは、ドロップレット２７が、プリパルスレーザ光の軸に対して略軸対称に、かつ、トーラス状に拡散したものである。
【００３４】
トーラス型の拡散ターゲットを形成するための具体的条件は、例えば以下のとおりでよい。プリパルスレーザ光の光強度範囲は、６．４×１０９Ｗ／ｃｍ２以上、３．２×１０１０Ｗ／ｃｍ２以下でよい。ドロップレット２７の直径は、１２μｍ以上、４０μｍ以下でよい。
【００３５】
また、プリパルスレーザ光の制御は、その光強度ではなくフルーエンスに対して行ってもよい。プリパルスレーザ光のフルーエンスを制御することによっても、ターゲット物質の拡散状態を制御することができる。
【００３６】
図４は、実際に溶融スズのドロップレットにプリパルスレーザ光が照射された場合のドロップレットの様子を撮影した写真である。図４の各写真は、プリパルスレーザ光の照射方向から３０°傾いた方向からドロップレットを見たものである。ドロップレット径は２０μｍとし、プリパルスレーザ光としては、ＹＡＧレーザから出力されるパルス幅５ｎｓのレーザ光が用いられた。図４の各写真において、白く光って見えるのは、プリパルスレーザ光の残像であり、黒く見えるのが拡散したドロップレットである。
【００３７】
図４の（１）行は、プリパルスレーザ光のフルーエンスを４８０ｍＪ／ｃｍ２とした際の様子を時系列に示している。プリパルスレーザ光を照射して１．０μｓ経過した時点で、（１）行の（Ｃ）列の写真に示されるように、ドロップレットがトーラス状に拡散した。
【００３８】
図４の（２）行は、プリパルスレーザ光のフルーエンスを９６ｍＪ／ｃｍ２とした際の様子を時系列に示している。プリパルスレーザ光を照射して１．５μｓ経過した時点で、（２）行の（Ｄ）列の写真に示されるように、ドロップレットが円盤状又は皿状に拡散した。
【００３９】
図４の（３）行は、プリパルスレーザ光のフルーエンスを１９．５ｍＪ／ｃｍ２とした際の様子を時系列に示している。プリパルスレーザ光を照射して１．５μｓ経過した時点で、（３）行の（Ｄ）列の写真に示されるように、ドロップレットが円盤状又は皿状に拡散した。
【００４０】
図４より、プリパルスレーザ光のフルーエンスが、概ね２０ｍＪ／ｃｍ２〜５００ｍＪ／ｃｍ２の範囲において拡散ターゲットが生成されることが確認された。このとき、フルーエンスが低い場合にはドロップレットが円盤状又は皿状に拡散し、フルーエンスが高い場合にはドロップレットがトーラス状に拡散する傾向があることがわかる。このように、プリパルスレーザ光のフルーエンスを制御することによってもドロップレットの拡散状態を制御することができる。
【００４１】
図５は、実際に溶融スズのドロップレットにプリパルスレーザ光を照射した場合のドロップレットの様子を撮影した写真である。図５の各写真は、プリパルスレーザ光の照射方向から１２０°傾いた方向からドロップレットを見たものである。プリパルスレーザ光としては、ＹＡＧレーザから出力されるパルス幅５ｎｓ、フルーエンス４８０ｍＪ／ｃｍ２のレーザ光が用いられた。図５の各写真において、白く光って見えるのは、プリパルスレーザ光の残像であり、黒く見えるのが拡散したドロップレットの像である。
【００４２】
図５の（１）行は、ドロップレット径が１２μｍである場合の様子を時系列に示している。プリパルスレーザ光が照射されて０．５μｓ経過した時点で、（１）行の（Ｂ）列の写真に示されるように、ドロップレットがトーラス状に拡散した。プリパルスレーザ光が照射されて１．５μｓ経過するまでに、（１）行の（Ｃ）列及び（Ｄ）列の写真に示されるように、ドロップレットは写真右端付近まで拡散した。
【００４３】
図５の（２）行は、ドロップレット径が２０μｍである場合の様子を時系列に示している。プリパルスレーザ光が照射されて１．０μｓ経過した時点で、（２）行の（Ｃ）列の写真に示されるように、ドロップレットがトーラス状に拡散した。プリパルスレーザ光が照射されて１．５μｓ経過した時点で、（２）行の（Ｄ）列の写真に示されるように、ドロップレットは写真中央より右側まで拡散した。
【００４４】
図５の（３）行は、ドロップレット径が３０μｍである場合の様子を時系列に示している。プリパルスレーザ光が照射されて１．０μｓ経過した時点で、（３）行の（Ｃ）列の写真に示されるように、ドロップレットがトーラス状に拡散した。プリパルスレーザ光が照射されて１．５μｓ経過した時点で、（３）行の（Ｄ）列の写真に示されるように、ドロップレットは写真中央より左側まで拡散した。
【００４５】
図５の（４）行は、ドロップレット径が４０μｍである場合の様子を時系列に示している。プリパルスレーザ光が照射されて１．５μｓ経過した時点で、（４）行の（Ｄ）列の写真に示されるように、ドロップレットがトーラス状に写真中央より左側までしか拡散しなかった。
【００４６】
例えば、Ｄ列の写真に着目すると、ドロップレット径の小さなものほど拡散したドロップレットの像が各写真の画面中右（ドロップレットの拡散方向）に観測されている。つまり、少なくともドロップレット径が１２μｍ以上、４０μｍ以下の範囲においては、ドロップレット径が大きい場合には、ドロップレットの拡散速度は低く、ドロップレット径が小さい場合には、ドロップレットの拡散速度は高い傾向がある。このように、ターゲット物質のドロップレット径によって、所望の拡散状態となるタイミングが異なることが判明した。これは、メインパルスレーザ光を照射する最適な遅延時間の範囲が、ドロップレット径によって異なることを示唆する。
【００４７】
５．２ メインパルスレーザ光の照射
トーラス型の拡散ターゲットへのメインパルスレーザ光の照射について説明する。トーラス型の拡散ターゲットは、プリパルスレーザ光がドロップレット２７に照射された後、例えば０．５μｓ〜２．０μｓのタイミングで形成され得る。従って、プリパルスレーザ光がドロップレット２７に照射された後の上記タイミングで、メインパルスレーザ光が拡散ターゲットに照射されることが好ましい。但し、図５に示されたように、ターゲット物質のドロップレット径ごとに、プリパルスレーザ光が照射されてからメインパルスレーザ光が照射されるまでのの遅延時間の最適範囲は異なる可能性がある。
【００４８】
ドロップレット径が１２μｍの場合、プリパルスレーザ光照射後からメインパルスレーザ光照射までの遅延時間は、０．５μｓ〜１．０μｓの範囲が好ましい。
【００４９】
ドロップレット径が２０μｍの場合、プリパルスレーザ光照射後からメインパルスレーザ光照射までの遅延時間は、０．５μｓ〜１．５μｓの範囲が好ましい。
【００５０】
ドロップレット径が３０μｍの場合、プリパルスレーザ光照射後からメインパルスレーザ光照射までの遅延時間は、１．０μｓ〜１．５μｓの範囲が好ましい。
【００５１】
ドロップレット径が４０μｍの場合、プリパルスレーザ光照射後からメインパルスレーザ光照射までの遅延時間は、１，５μｓ〜２．０μｓの範囲が好ましい。
【００５２】
プリパルスレーザ光照射後からメインパルスレーザ光照射までの遅延時間を上述のような範囲に制御することにより、ターゲット物質のドロップレットを十分に細かい微粒子に拡散させることができると推測される。また、ドロップレットを拡散させ、ターゲット物質の総表面積を大きくすることにより、拡散した微粒子にメインパルスレーザ光のエネルギーが効率的に吸収され、ＣＥが向上するものと推測される。
【００５３】
ドロップレットにプリパルスレーザ光が照射されることによって形成される拡散ターゲットの形状は、プリパルスレーザ光の軸方向の長さが、プリパルスレーザ光の軸方向に直交する方向の長さよりも短い形状となる。このため、拡散ターゲットに対して、メインパルスレーザ光は、プリパルスレーザ光と略同一方向から照射されるのが好ましい。これにより、拡散ターゲットにより高いエネルギー密度でメインパルスレーザ光を照射することができ、ターゲット物質にメインパルスレーザ光を効率的に吸収させることができる。従って、ＬＰＰ式ＥＵＶ光生成システムにおけるＣＥを向上させることができる。
【００５４】
また、メインパルスレーザ光の光強度分布は、ビーム断面において周辺部よりも中央部における光強度が低い光強度分布であることが好ましい。これにより、光強度の高い周辺部の光路に挟まれた円柱状の部分（光強度が低い部分）に、プラズマが閉じ込められる効果が期待できる。従って、プラズマを高温かつ高密度に生成し、ＣＥを向上させることが期待できる。さらに、拡散ターゲットの形状がトーラス状である場合には、メインパルスレーザ光軸に直交する断面の形状を、拡散ターゲットの形状に適合させることができる。これにより、トーラス型の拡散ターゲットの中央部を通過する光、すなわちＥＵＶ光の生成への寄与度が低い光の割合を低減することができる。従って、メインパルスレーザ光のエネルギーの多くが拡散ターゲットのプラズマ化に利用されるため、ＣＥを向上させることができる。
【００５５】
さらに、メインパルスレーザ光は、レーザ光軸に直交する断面の光強度分布形状が環状であることが好ましい。このような環状の光強度分布を有するメインパルスレーザ光の外径Ｄｏｕｔｍ及び内径Ｄｉｎｍは、トーラス型の拡散ターゲットの外径Ｄｏｕｔｔ及び内径Ｄｉｎｔに対して、以下の関係を有することが好ましい。
Ｄｏｕｔｍ≧Ｄｏｕｔｔ
Ｄｉｎｍ≦Ｄｉｎｔ
このように構成することにより、トーラス型の拡散ターゲットの大部分にメインパルスレーザ光を照射できるため、拡散ターゲットのより多くの部分をプラズマ化することができる。その結果、ターゲット物質のデブリの発生を低減することができる。
【００５６】
以上の説明において、メインパルスレーザ光の光強度分布、外径Ｄｏｕｔｍ及び内径Ｄｉｎｍは、拡散ターゲットに照射される位置付近におけるレーザ光の光強度分布、光強度分布が環状である場合の外径及び内径を意味する。また、以上の説明において、トーラス型の拡散ターゲットについて説明したが、本開示の拡散ターゲットはこれに限定されず、実質的に環状に拡散したターゲット物質でもよい。また、円盤状又は皿状であっても、拡散したターゲット物質であればよい。また、以上の説明において、拡散ターゲットの照射位置におけるメインパルスレーザ光の光強度分布を、中央部の光強度が周辺部の光強度よりも低い光強度分布とする場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。拡散ターゲットの照射位置において、レーザ光軸の中心から所定距離の位置における光強度よりも低い光強度を有する低強度領域がレーザ光軸の中心から上記所定距離の範囲内に存在する場合でもよい。
【００５７】
６．光強度分布調節光学系の実施形態
光強度分布調節光学系に関する実施形態について説明する。以下、光強度分布調節光学系の例として、円環状レーザ光（レーザ光軸に直交する断面の光強度分布形状が環状であるレーザ光）を生成して集光光学系により集光する場合と、レーザ光を軸対称屈折又は反射して集光光学系により円環状の集光状態を有する場合について説明する。
【００５８】
６．１ 円環状レーザ光を生成して集光光学系により集光する方式
６．１．１ アキシコンレンズによる円環状レーザ光の生成
図６は、光強度分布調節光学系に関する第１の実施形態を示す概念図である。第１の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系３７として、２つのアキシコンレンズ３７ａ及び３７ｂを含んでもよい。
【００５９】
アキシコンレンズ３７ａ及び３７ｂは、それぞれ円錐形のレンズである。アキシコンレンズ３７ａ及び３７ｂは、それぞれの頂点が互いに向き合うように、所定距離離間して配置されてもよい。また、アキシコンレンズ３７ａ及び３７ｂの回転対称軸が、メインパルスレーザ光の軸と一致するように配置されてもよい。一方のアキシコンレンズ３７ａの底面から、メインパルスレーザ光を入射させると、他方のアキシコンレンズ３７ｂの底面から円環状レーザ光を出力することができる。
【００６０】
円環状レーザ光は、集光光学系２２ａによって集光され、集光光学系２２ａの主点から焦点距離Ｆの位置において焦点を形成し得る。この焦点における光強度分布は、例えば、中央部で光強度が高く、周辺部で光強度が低いガウス分布（Gaussian distribution）となっている。しかしながら、焦点周辺のたとえば位置Ａ又は位置Ｂにおける光強度分布は、周辺部よりも中央部における光強度が低い分布となる。従って、位置Ａ又は位置Ｂにトーラス型の拡散ターゲットを形成することにより、拡散ターゲットに対してメインパルスレーザ光を効率良く照射することができる。なお、円環状レーザ光を集光する集光光学系は、集光光学系２２ａに限定されず、集光ミラーでもよい。
【００６１】
６．１．２ アキシコンミラーによる円環状レーザ光の生成
図７は、光強度分布調節光学系に関する第２の実施形態を示す概念図である。第２の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系３７として、アキシコンミラー３７ｃ及び平面ミラー３７ｄを含んでもよい。
【００６２】
アキシコンミラー３７ｃは、円錐の側面の形状を有する第１の反射面３７１と、その外側に位置する円錐台の側面の形状を有する第２の反射面３７２とを同軸状に組み合わせたミラー（Ｗアキシコンミラー）でよい。第１の反射面３７１の回転対称軸に対する傾斜角度と、第２の反射面３７２の回転対称軸に対する傾斜角度は、例えば、何れも４５°でよい。或いは、第１の反射面３７１の回転対称軸に対する傾斜角度と、第２の反射面３７２の回転対称軸に対する傾斜角度との和が９０°となるようにしてもよい。アキシコンミラー３７ｃの回転対称軸は、メインパルスレーザ光の軸と一致するように配置されるのが好ましい。第１の反射面３７１及び第２の反射面３７２には、メインパルスレーザ光の波長に対応した高反射膜がコートされてもよい。
【００６３】
平面ミラー３７ｄには、中央に貫通孔３７３が形成されてもよく、貫通孔３７３がアキシコンミラー３７ｃの回転対称軸上に位置するように配置されるのが好ましい。また、平面ミラー３７ｄの反射面は、アキシコンミラー３７ｃの反射面に対向し、かつ、平面ミラー３７ｄはその反射面がアキシコンミラー３７ｃの回転対称軸に対して傾斜するように配置されるのが好ましい。平面ミラー３７ｄの反射面には、メインパルスレーザ光の波長に対応した高反射膜がコートされてもよい。
【００６４】
平面ミラー３７ｄの反射面の裏面側から貫通孔３７３を通過したメインパルスレーザ光は、アキシコンミラー３７ｃの第１の反射面３７１において外周側に反射され、第２の反射面３７２において再度反射されて、円環状レーザ光となってアキシコンミラー３７ｃから出射され得る。アキシコンミラー３７ｃから出射された円環状レーザ光は、平面ミラー３７ｄの反射面において軸外放物面ミラー２２ｃに向けて反射され得る。
【００６５】
軸外放物面ミラー２２ｃは、平行光である入射光を、所定の焦点位置に集光するためのミラーである。平面ミラー３７ｄにおいて反射された円環状レーザ光は、軸外放物面ミラー２２ｃによって集光され、軸外放物面ミラー２２ｃの焦点位置において集光点を形成し得る。この集光点における光強度分布は、例えばガウス分布となってもよい。しかしながら、焦点位置周辺のたとえば位置Ａ又は位置Ｂにおけるレーザ光の光強度分布は、周辺部よりも中央部の光強度が低い分布となり得る。従って、位置Ａ又は位置Ｂにトーラス型の拡散ターゲットを形成することにより、拡散ターゲットに対してメインパルスレーザ光を効率良く照射することができる。
【００６６】
第２の実施形態によれば、光強度分布調節光学系を反射型の光学素子で構成しているので、光強度分布調節光学系に高出力のメインパルスレーザ光が入射しても、波面の歪みが抑制され得る。円環状レーザ光を集光するための集光光学系は、軸外放物面ミラー２２ｃに限定されず、他の種類の集光ミラーでもよいし、集光レンズでもよい。また、貫通孔が形成されたミラーは、平面ミラー３７ｄに限定されず、軸外放物面ミラー等の曲面ミラーでもよい。
【００６７】
６．１．３ 同心円状の回折格子による円環状レーザ光の生成
図８Ａは、光強度分布調節光学系に関する第３の実施形態を示す概念図である。第３の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系３７として、２つの回折格子３７ｅ及び３７ｆを含んでもよい。図８Ｂは、回折格子が形成された面を示す図であり、図８Ｃは、回折格子の断面を拡大した図である。
【００６８】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、回折格子３７ｅ及び３７ｆは、それぞれ同心円状の複数の溝加工が施された透過型の回折格子でよい。回折格子３７ｅ及び３７ｆは、溝が形成された面を互いに向き合わせて配置されるのが好ましい。また、回折格子３７ｅ及び３７ｆの溝が形成する同心円の中心は、メインパルスレーザ光の軸と一致し、かつ溝が形成されている面が軸と直交するように配置されるのが好ましい。図８Ｃに示すように、光が回折格子３７ｅに垂直に入射する場合、即ち、入射角が０°である場合、複数の溝において回折される光は、次式（２）の条件で互いに位相が一致して強め合う。
ｍλ＝ａ・ｓｉｎβ （２）
ここで、ｍは回折次数であり、λは光の波長である。ａは溝の間隔であり、βは出射角度である。
【００６９】
回折格子３７ｅの同心円状の溝は、円の中心側に向かって深くなるように傾斜しているので、回折格子３７ｅを透過するメインパルスレーザ光は出射角度βで同心円の中心から外周に向かう方向へ出射し得る。従って、図８Ａに示すように、一方の回折格子３７ｅにメインパルスレーザ光が入射すると、回折格子３７ｅからは、進行方向に向かって拡大する円環状レーザ光が出射され、他方の回折格子３７ｆに入射し得る。回折格子３７ｆの同心円状の溝は、円の外周側に向かって深くなるように傾斜していてもよい。このため、これらの溝において回折される所定波長の光は、入射角度βで回折格子３７ｆに入射し出射角度０°で回折格子３７ｆから出射し得る。従って、回折格子３７ｆからの出射光には、一定の径を有する円環状レーザ光が含まれ得る。
【００７０】
さらに、回折格子３７ｅ及び３７ｆからは、回折光だけでなく、透過光も出射し得る。そこで、回折格子３７ｅ及び３７ｆの各溝の傾斜角度を、屈折角度βの透過光が得られるような傾斜角度に加工することにより、回折光と透過光とを一致させ、より強い出射光を得ることができる。具体的には、透過光の屈折角度の条件は、次式（３）で与えられ得る。
ｎ１・ｓｉｎθ１＝ｎ２・ｓｉｎθ２ （３）
ここで、ｎ１は回折格子の屈折率であり、ｎ２は回折格子が配置された雰囲気中の屈折率である。θ１は回折格子側の入射角又は出射角であり、各溝の傾斜角度に相当する。θ２は回折格子が配置された雰囲気側の出射角又は入射角である。
【００７１】
屈折角度βは、次式（４）で与えられる。
β＝｜θ２−θ１｜ （４）
上述の式（２）〜（４）を満足するように各溝の傾斜角度θ１を決定することにより、強い出射光を得ることができる。
【００７２】
以上のようにして、回折格子３７ｆから出射した円環状レーザ光は、集光光学系によって集光され、集光光学系の焦点位置又はその近傍において、トーラス型の拡散ターゲットに照射され得る。集光光学系は、第１又は第２の実施形態における集光光学系と同様に構成されてもよい。
【００７３】
６．２ レーザ光を光学軸と対称に屈折または反射させて集光光学系により集光点を形成する方式
６．２．１ アキシコンレンズと集光光学系との組合せ
図９は、光強度分布調節光学系に関する第４の実施形態を示す概念図である。第４の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系３７として、アキシコンレンズ３７ｇを含み、集光光学系として、集光光学系２２ｇを含んでもよい。
【００７４】
アキシコンレンズ３７ｇは、円錐形のレンズでよい。アキシコンレンズ３７ｇは、その回転対称軸がメインパルスレーザ光の軸と一致するように配置されるのが好ましい。アキシコンレンズ３７ｇに入射したメインパルスレーザ光は、アキシコンレンズ３７ｇの回転対称軸に対して軸対称に、かつ回転対称軸からの距離に関わらず一定の角度で屈折してアキシコンレンズ３７ｇから出射し得る。
【００７５】
アキシコンレンズ３７ｇから出射した光は、集光光学系２２ｇによって集光され、集光光学系２２ｇの主点から焦点距離Ｆの位置において集光され得る。この集光位置における光強度分布は、周辺部よりも中央部における光強度が低い分布となり得る。従って、この集光位置にトーラス型の拡散ターゲットを形成することにより、拡散ターゲットに対してメインパルスレーザ光を効率良く照射することができる。
【００７６】
なお、集光光学系は、集光光学系２２ｇに限定されず、集光ミラーでもよい。また、ここでは、アキシコンレンズ３７ｇとしてアキシコン凸レンズを用いた場合について説明したが、アキシコン凹レンズを用いてもよい。
【００７７】
第４の実施形態によれば、集光光学系２２ｇの焦点の位置に円環状レーザ光を集光させることができるので、急峻な光強度の強弱を有する円環状レーザ光を、トーラス型の拡散ターゲットに照射することができる。
【００７８】
６．２．２ アキシコンミラーと集光光学系との組合せ
図１０は、光強度分布調節光学系に関する第５の実施形態を示す概念図である。第５の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系３７として、アキシコンミラー３７ｈ及び平面ミラー３７ｉを含み、集光光学系として、軸外放物面ミラー２２ｈを含んでもよい。
【００７９】
アキシコンミラー３７ｈは、Ｗアキシコンミラーでよく、図７を参照に説明した第２の実施形態におけるアキシコンミラー３７ｃと同様でよい。ただし以下の点で異なる。第１の反射面３７１の回転対称軸に対する傾斜角度は、例えば４５°であるが、第２の反射面３７２の回転対称軸に対する傾斜角度θは、例えば、４５°よりも大きい角度である。このように、第１の反射面３７１の回転対称軸に対する傾斜角度と、第２の反射面３７２の回転対称軸に対する傾斜角度との和を９０°と異なる角度にする点で第２の実施形態と異なる。
【００８０】
平面ミラー３７ｉの構成及び作用は、図７を参照に説明した第２の実施形態における平面ミラー３７ｄの構成及び作用と同様でよい。
【００８１】
平面ミラー３７ｉの裏面側から貫通孔３７３を通過したメインパルスレーザ光は、円環状レーザ光となってアキシコンミラー３７ｈから出射し得る。アキシコンミラー３７ｈから出射したレーザ光は、平面ミラー３７ｉの反射面において軸外放物面ミラー２２ｈに向けて反射され得る。
【００８２】
平面ミラー３７ｉにおいて反射された円環状レーザ光は、軸外放物面ミラー２２ｈによって、軸外放物面ミラー２２ｈの焦点位置において集光され得る。この集光位置における光強度分布は、周辺部よりも中央部における光強度が低い分布となり得る。従って、この集光位置にトーラス型の拡散ターゲットを形成することにより、拡散ターゲットに対してメインパルスレーザ光を効率良く照射することができる。
【００８３】
集光位置における光強度が強い領域の直径Ｄは、次式（５）で表される。
Ｄ＝２Ｆ・ｔａｎ（θ−４５°） （５）
ここで、Ｆは焦点距離であり、θは、第２の反射面３７２の回転対称軸に対する傾斜角度である。但し、アキシコンミラー３７ｈの第１の反射面３７１の回転対称軸に対する傾斜角度を４５°とする。
【００８４】
第５の実施形態によれば、光強度分布調節光学系を反射型の光学素子で構成しているので、光強度分布調節光学系に高出力のメインパルスレーザ光が入射しても、波面の歪みが抑制され得る。なお、集光光学系は、軸外放物面ミラー２２ｈに限定されず、他の種類の集光ミラーでもよいし、集光レンズでもよい。また、貫通孔が形成されたミラーは、平面ミラー３７ｉに限定されず、軸外放物面ミラー等の曲面ミラーでもよい。
【００８５】
第５の実施形態によれば、軸外放物面ミラー２２ｈの焦点の位置に円環状レーザ光を集光できるので、急峻な光強度の強弱を有する円環状レーザ光を、トーラス型の拡散ターゲットに照射することができる。
【００８６】
６．２．３ 同心円状の回折格子と集光光学系との第１の組合せ
図１１Ａは、光強度分布調節光学系に関する第６の実施形態を示す概念図である。第６の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系３７として、回折格子３７ｊを含み、集光光学系として、集光光学系２２ｊを含んでもよい。図１１Ｂは、回折格子が形成された面を示す図であり、図１１Ｃは、回折格子の断面を拡大した図である。
【００８７】
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、回折格子３７ｊは、同心円状の複数の溝加工が施された透過型の回折格子でよい。回折格子３７ｊは、その回転対称軸がメインパルスレーザ光の軸と一致するように配置されるのが好ましい。図１１Ｃに示すように、回折格子３７ｊの溝の断面は矩形形状でよい。溝の深さｄは、次式（６）で表す大きさとなるように加工されてもよい。
ｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝ （６）
ここで、λはメインパルスレーザ光の波長であり、ｎは回折格子３７ｊの屈折率である。
【００８８】
図１１Ａに示すように、レーザ光が回折格子３７ｊに垂直に入射する場合、即ち、入射角が０°である場合、複数の溝において回折されるレーザ光は、次式（７）の条件で互いに位相が一致して強め合う。
ｍλ＝ａ・ｓｉｎβ （７）
ここで、ｍは回折次数であり、λは光の波長である。ａは溝の間隔であり、βは出射角度である。従って、出射角度βは、次式（８）で表される。
β＝ｓｉｎ−１（ｍλ／ａ） （８）
【００８９】
また、溝の深さｄを上述の式（６）のように設定すると、溝部分を透過するレーザ光と溝以外の山部分を透過するレーザ光との間に位相差πが与えられるため、０次の回折光が弱められる。従って、最も強い回折光は、±１次の回折光となる。
【００９０】
回折格子３７ｊには、同心円状かつ等間隔の複数の溝加工が施されているので、＋１次の回折光及び−１次の回折光は、それぞれ回転対称軸に対して軸対称の分布となり、回転対称軸からの距離に関わらずそれぞれ一定の角度で出射し得る。従って、図１１Ａに示すように、回折格子３７ｊにメインパルスレーザ光が入射すると、回折格子３７ｊからは、回転対称軸から離れるように進行する＋１次の回折光と、回転対称軸に向かうように進行する−１次の回折光とが出射され得る。
【００９１】
回折格子３７ｊから出射した光は、集光光学系２２ｊによって集光され、集光光学系２２ｊの主点から焦点距離Ｆの位置において集光され得る。この集光位置における光強度分布は、周辺部よりも中央部における光強度が低い分布となる。従って、この集光位置にトーラス型の拡散ターゲットを形成することにより、拡散ターゲットに対してメインパルスレーザ光を効率良く照射することができる。
【００９２】
集光位置における光強度が強い領域の直径Ｄは、次式（９）で表される。
Ｄ＝２Ｆ・ｔａｎ｛ｓｉｎ−１（λ／ａ）｝ （９）
ここで、Ｆは集光光学系２２ｊの焦点距離であり、λは光の波長である。ａは溝の間隔である。
【００９３】
なお、集光光学系は、集光光学系２２ｊに限定されず、集光ミラーでもよい。また、回折格子３７ｊは、透過型の同心円状の回折格子に限定されず、反射型の回折格子でもよい。
【００９４】
第６の実施形態によれば、集光光学系に入射するレーザ光の軸に直交する断面における断面積を大きくできるため、図９を参照しながら説明した第４の実施形態における場合よりも更に急峻な光強度の強弱を有する円環状レーザ光を、トーラス型の拡散ターゲットに照射することができる。
【００９５】
６．２．４ 同心円状の回折格子と集光光学系との第２の組合せ
図１２は、光強度分布調節光学系に関する第７の実施形態を示す概念図である。第７の実施形態による光強度分布調節光学系は、レーザ光調節光学系３７として、回折格子３７ｋを含み、集光光学系として、フレネルレンズ２２ｋを含んでもよい。
【００９６】
回折格子３７ｋの構成及び機能は、図１１Ａ〜図１１Ｃを参照しながら説明した第６の実施形態における回折格子３７ｊの構成及び機能と同様でよい。フレネルレンズ２２ｋは、球面レンズを同心円状の領域に分割し、厚みを減らしたレンズであり、第６の実施形態における集光光学系２２ｊと同様の機能を有してもよい。回折格子３７ｋ及びフレネルレンズ２２ｋは、それらの回転対称軸がメインパルスレーザ光の軸と一致するように配置されるのが好ましい。
【００９７】
回折格子３７ｋにメインパルスレーザ光を入射させると、第６の実施形態と同様に、フレネルレンズ２２ｋの主点から焦点距離Ｆの位置において円環状の集光点が形成される。従って、第７の実施形態によれば、第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【符号の説明】
【０１００】
１…ＥＵＶ光生成装置、２…チャンバ、３…レーザ装置、３ａ…レーザ光生成装置、４…ターゲットセンサ、５…ＥＵＶ光生成制御部、６…露光装置、２１…ウィンドウ、２２…レーザ光集光ミラー、２２ａ…集光光学系、２２ｃ…軸外放物面ミラー、２２ｇ…集光光学系、２２ｈ…軸外放物面ミラー、２２ｊ…集光光学系、２２ｋ…フレネルレンズ、２３…ＥＵＶ集光ミラー、２４…貫通孔、２５…プラズマ生成領域、２６…ドロップレット生成器、２７…ドロップレット、２８…ターゲット回収部、２９…接続部、３１、３２、３３…パルスレーザ光、３４…レーザ光進行方向制御装置、３５…ビームエキスパンダ、３６…波面調節光学系、３７…レーザ光調節光学系、３７ａ、３７ｂ…アキシコンレンズ、３７ｃ…アキシコンミラー、３７ｄ…平面ミラー、３７ｅ、３７ｆ…回折格子、３７ｇ…アキシコンレンズ、３７ｈ…アキシコンミラー、３７ｉ…平面ミラー、３７ｊ、３７ｋ…回折格子、３８…ビームコンバイナ、５１…ドロップレットコントローラ、２５１、２５２…ＥＵＶ光、２９１…壁、２９２…中間焦点、３００…レーザ光生成装置コントローラ、３０１…プリパルスレーザ装置、３０２…メインパルスレーザ装置、３７１…第１の反射面、３７２…第２の反射面、３７３…貫通孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するステップ（ａ）と、
前記ドロップレットにプリパルスレーザ光を照射することにより前記ドロップレットを拡散させて所望の拡散ターゲットを形成させるステップ（ｂ）と、
前記拡散ターゲットの照射位置において、メインパルスレーザ光のレーザ光軸に垂直な断面の形状を、前記レーザ光軸の方向から見た前記拡散ターゲットの形状と実質的に一致させて、前記メインパルスレーザ光を、前記所望の拡散ターゲットに照射することによりプラズマを生成して極端紫外光を生成するステップ（ｃ）と、
を備える極端紫外光生成方法。
【請求項２】
ステップ（ｂ）は、前記ドロップレットを、前記レーザ光軸に対して軸対称に、かつ、実質的に環状に拡散させることを含む、請求項１に記載の極端紫外光生成方法。
【請求項３】
ステップ（ｃ）は、前記メインパルスレーザ光の前記拡散ターゲットの照射位置における、前記メインパルスレーザ光の中央部の光強度が周辺部の光強度よりも低い空間的な光強度分布を有する前記メインパルスレーザ光を前記拡散ターゲットに照射することを含む、請求項２に記載の極端紫外光生成方法。
【請求項４】
チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するステップ（ａ）と、
前記ターゲット物質にプリパルスレーザ光を照射するステップ（ｂ）と、
前記ターゲット物質の照射位置において、レーザ光軸の中心から所定距離の位置における光強度よりも低い光強度を有する低強度領域が前記レーザ光軸の中心から前記所定距離の範囲内に存在するメインパルスレーザ光を、前記プリパルスレーザ光が照射された前記ターゲット物質に照射することによりプラズマを生成して極端紫外光を生成するステップ（ｃ）と、
を備える極端紫外光生成方法。
【請求項５】
チャンバと、
前記チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するターゲット供給部と、
前記ターゲット物質に照射されるプリパルスレーザ光と、前記プリパルスレーザ光が照射された前記ターゲット物質に照射されることによりプラズマを生成するメインパルスレーザ光とを、前記チャンバ内に導入する少なくとも１つの光学素子と、
前記メインパルスレーザ光のレーザ光伝播経路に設置され、前記ターゲット物質の照射位置における前記メインパルスレーザ光の空間的な光強度分布を、レーザ光軸の中心から所定距離の位置における光強度よりも低い光強度を有する低強度領域が前記レーザ光軸の中心から前記所定距離の範囲内に存在する光強度分布となるように調節する光強度分布調節光学系と、
を備える極端紫外光生成装置。
【請求項６】
前記光強度分布調節光学系は、
前記メインパルスレーザ光を、レーザ光軸に垂直な断面の形状が環状であるレーザ光となるように調節する第１の光学系と、
前記第１の光学系から出力したレーザ光を集光する第２の光学系と、
を含む、請求項５に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項７】
前記光強度分布調節光学系は、
前記メインパルスレーザ光を、レーザ光軸に対して軸対称に、一定角度で屈折又は反射させる第３の光学系と、
前記第３の光学系から出力したレーザ光を集光する第４の光学系と、
を含む、請求項５に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項８】
前記第１の光学系は、アキシコンレンズ、アキシコンミラー、同心円状の回折格子のうち少なくとも１つを含む、請求項６に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項９】
前記第３の光学系は、アキシコンレンズ、アキシコンミラー、同心円状の回折格子のうち少なくとも１つを含む、請求項７に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１０】
前記メインパルスレーザ光のレーザ光伝播経路に設置され、前記メインパルスレーザ光の波面の曲率を調節する波面調節光学系と、
前記プリパルスレーザ光と前記波面調節光学系から出力した前記メインパルスレーザ光とを同軸化するビームコンバイナと、
をさらに備える、請求項５に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１１】
前記ドロップレットに前記プリパルスレーザ光が照射されることにより所望の拡散ターゲットが形成されるように前記プリパルスレーザ光の光強度を制御し、前記拡散ターゲットに前記メインパルスレーザ光が照射されることにより前記プラズマが生成されるように前記メインパルスレーザ光の光強度分布及び発生タイミングを制御するレーザ制御部をさらに備える、請求項５に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１２】
前記ドロップレットに前記プリパルスレーザ光が照射されることにより所望の拡散ターゲットが形成されるように前記プリパルスレーザ光のフルーエンスを制御し、前記拡散ターゲットに前記メインパルスレーザ光が照射されることにより前記プラズマが生成されるように前記メインパルスレーザ光の光強度部分布及び発生タイミングを制御するレーザ制御部をさらに備える、請求項５に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１３】
前記光強度分布調節光学系は、
前記メインパルスレーザ光を、レーザ光軸に垂直な断面の形状が環状であるレーザ光となるように調節する第１の光学系と、
前記第１の光学系から出力したレーザ光を集光する第２の光学系と、
を含む、請求項１２に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１４】
前記光強度分布調節光学系は、
前記メインパルスレーザ光を、レーザ光軸に対して軸対称に、一定角度で屈折又は反射させる第３の光学系と、
前記第３の光学系から出力したレーザ光を集光する第４の光学系と、
を含む、請求項１２に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１５】
前記第１の光学系は、アキシコンレンズ、アキシコンミラー、同心円状の回折格子のうち少なくとも１つを含む、請求項１３に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１６】
前記第３の光学系は、アキシコンレンズ、アキシコンミラー、同心円状の回折格子のうち少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１７】
前記メインパルスレーザ光のレーザ光伝播経路に設置され、前記メインパルスレーザ光の波面の曲率を調節する波面調節光学系と、
前記プリパルスレーザ光と前記波面調節光学系から出力した前記メインパルスレーザ光とを同軸化するビームコンバイナと、
をさらに備える、請求項１２に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１】
チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するステップ（ａ）と、
前記ドロップレットにプリパルスレーザ光を照射することにより前記ドロップレットを拡散させて所望の拡散ターゲットを形成させるステップ（ｂ）と、
前記拡散ターゲットの照射位置において、メインパルスレーザ光のレーザ光軸に垂直な断面の形状を、前記レーザ光軸の方向から見た前記拡散ターゲットの形状と実質的に一致させて、前記メインパルスレーザ光を、前記所望の拡散ターゲットに照射することによりプラズマを生成して極端紫外光を生成するステップ（ｃ）と、
を備える極端紫外光生成方法。
【請求項２】
ステップ（ｂ）は、前記ドロップレットを、前記レーザ光軸に対して軸対称に、かつ、実質的に環状に拡散させることを含む、請求項１に記載の極端紫外光生成方法。
【請求項３】
ステップ（ｃ）は、前記メインパルスレーザ光の前記拡散ターゲットの照射位置における、前記メインパルスレーザ光の中央部の光強度が周辺部の光強度よりも低い空間的な光強度分布を有する前記メインパルスレーザ光を前記拡散ターゲットに照射することを含む、請求項２に記載の極端紫外光生成方法。
【請求項４】
チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するステップ（ａ）と、
前記ターゲット物質にプリパルスレーザ光を照射するステップ（ｂ）と、
前記ターゲット物質の照射位置において、レーザ光軸の中心から所定距離の位置における光強度よりも低い光強度を有する低強度領域が前記レーザ光軸の中心から前記所定距離の範囲内に存在するメインパルスレーザ光を、前記プリパルスレーザ光が照射された前記ターゲット物質に照射することによりプラズマを生成して極端紫外光を生成するステップ（ｃ）と、
を備える極端紫外光生成方法。
【請求項５】
チャンバと、
前記チャンバ内にターゲット物質のドロップレットを供給するターゲット供給部と、
前記ターゲット物質に照射されるプリパルスレーザ光と、前記プリパルスレーザ光が照射された前記ターゲット物質に照射されることによりプラズマを生成するメインパルスレーザ光とを、前記チャンバ内に導入する少なくとも１つの光学素子と、
前記メインパルスレーザ光のレーザ光伝播経路に設置され、前記ターゲット物質の照射位置における前記メインパルスレーザ光の空間的な光強度分布を、レーザ光軸の中心から所定距離の位置における光強度よりも低い光強度を有する低強度領域が前記レーザ光軸の中心から前記所定距離の範囲内に存在する光強度分布となるように調節する光強度分布調節光学系と、
を備える極端紫外光生成装置。
【請求項６】
前記光強度分布調節光学系は、
前記メインパルスレーザ光を、レーザ光軸に垂直な断面の形状が環状であるレーザ光となるように調節する第１の光学系と、
前記第１の光学系から出力したレーザ光を集光する第２の光学系と、
を含む、請求項５に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項７】
前記光強度分布調節光学系は、
前記メインパルスレーザ光を、レーザ光軸に対して軸対称に、一定角度で屈折又は反射させる第３の光学系と、
前記第３の光学系から出力したレーザ光を集光する第４の光学系と、
を含む、請求項５に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項８】
前記第１の光学系は、アキシコンレンズ、アキシコンミラー、同心円状の回折格子のうち少なくとも１つを含む、請求項６に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項９】
前記第３の光学系は、アキシコンレンズ、アキシコンミラー、同心円状の回折格子のうち少なくとも１つを含む、請求項７に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１０】
前記メインパルスレーザ光のレーザ光伝播経路に設置され、前記メインパルスレーザ光の波面の曲率を調節する波面調節光学系と、
前記プリパルスレーザ光と前記波面調節光学系から出力した前記メインパルスレーザ光とを同軸化するビームコンバイナと、
をさらに備える、請求項５に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１１】
前記ドロップレットに前記プリパルスレーザ光が照射されることにより所望の拡散ターゲットが形成されるように前記プリパルスレーザ光の光強度を制御し、前記拡散ターゲットに前記メインパルスレーザ光が照射されることにより前記プラズマが生成されるように前記メインパルスレーザ光の光強度分布及び発生タイミングを制御するレーザ制御部をさらに備える、請求項５に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１２】
前記ドロップレットに前記プリパルスレーザ光が照射されることにより所望の拡散ターゲットが形成されるように前記プリパルスレーザ光のフルーエンスを制御し、前記拡散ターゲットに前記メインパルスレーザ光が照射されることにより前記プラズマが生成されるように前記メインパルスレーザ光の光強度部分布及び発生タイミングを制御するレーザ制御部をさらに備える、請求項５に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１３】
前記光強度分布調節光学系は、
前記メインパルスレーザ光を、レーザ光軸に垂直な断面の形状が環状であるレーザ光となるように調節する第１の光学系と、
前記第１の光学系から出力したレーザ光を集光する第２の光学系と、
を含む、請求項１２に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１４】
前記光強度分布調節光学系は、
前記メインパルスレーザ光を、レーザ光軸に対して軸対称に、一定角度で屈折又は反射させる第３の光学系と、
前記第３の光学系から出力したレーザ光を集光する第４の光学系と、
を含む、請求項１２に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１５】
前記第１の光学系は、アキシコンレンズ、アキシコンミラー、同心円状の回折格子のうち少なくとも１つを含む、請求項１３に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１６】
前記第３の光学系は、アキシコンレンズ、アキシコンミラー、同心円状の回折格子のうち少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の極端紫外光生成装置。
【請求項１７】
前記メインパルスレーザ光のレーザ光伝播経路に設置され、前記メインパルスレーザ光の波面の曲率を調節する波面調節光学系と、
前記プリパルスレーザ光と前記波面調節光学系から出力した前記メインパルスレーザ光とを同軸化するビームコンバイナと、
をさらに備える、請求項１２に記載の極端紫外光生成装置。
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２１２６４１（Ｐ２０１２−２１２６４１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３３１１３（Ｐ２０１１−１３３１１３）
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【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１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【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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