JP5511882B2 - 極端紫外光源装置 - Google Patents

Description

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。

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（reduced projection reflective optics）とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。

ＥＵＶ光源としては、ターゲット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：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。

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光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。

そのようなＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置においては、一般に、駆動用光源（ドライバレーザ）として短パルスレーザが用いられる。短パルスレーザは、ＬＰＰ型ＥＵＶ光源装置において高いＣＥ（conversion efficiency：照射レーザ光からＥＵＶ光への変換効率）を得るのに適しているからである。

図２２は、ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置において用いられるドライバレーザの構成例を示す概略図である。ドライバレーザ１３は、レーザ光を発生する発振器１３ａと、発振器１３ａが発生したレーザ光を増幅する増幅器１３ｂとによって構成される。このような構成のレーザは、発振増幅型レーザと呼ばれている。

ここで、増幅器１３ｂが光共振器を持たない場合に、そのような構成を有するレーザシステムは、ＭＯＰＡ(Master Oscillator Power Amplifier)システムと呼ばれる。増幅器１３ｂは、二酸化炭素（ＣＯ_２）、窒素（Ｎ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、さらに、必要に応じて、水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、キセノン（Ｘｅ）等を含むＣＯ_２レーザガスを放電によって励起する放電装置を有している。なお、図２２に示す増幅器１３ｂとは異なり、増幅段に共振器を設ける場合には、増幅段単体によるレーザ発振が可能である。そのような構成を有するレーザシステムは、ＭＯＰＯ（Master Oscillator Power Oscillator）システムと呼ばれる。

発振器１３ａから出射したエネルギーＡを有するレーザ光は、増幅器１３ｂにおいて所望のエネルギーＢを有するレーザ光に増幅される。このエネルギーＢを有するレーザ光は、レーザ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る。ここで、図２２においては、レーザエネルギーＡをレーザエネルギーＢまで増幅するために、増幅器を１段しか設けていないが、所望のレーザエネルギーＢが得られない場合には、複数段の増幅器を用いても良い。

次に、発振器１３ａとして用いられる短パルスＣＯ_２レーザの構成例について説明する。特許文献１には、短パルスＲＦ（Radio Frequency励起）−ＣＯ_２レーザの構成が開示されている（特許文献１の図５）。このＲＦ−ＣＯ_２レーザにおいては、１００ｋＨｚ程度までレーザパルスの高繰り返し運転が可能である。実用上は、１００Ｗ級のＥＵＶ発光を得る必要があるが、ＣＯ_２レーザによるＣＥを０．５％と見積り、さらに伝播損失を７０％と見積もると、ＣＯ_２レーザに求められる出力は６０ｋＷ程度になる。６０ｋＷの出力を短パルスレーザにおいて達成するためには、光学素子等の耐久性等を考慮すると、５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度の繰り返し周波数が必要となる。なお、発振器から出射されるレーザ光のパルス幅は、１００ｎｓ以下が望ましい。

その理由は次の通りである。ＣＯ_２レーザの出力をＥ_{ｔｏｔａｌ}、パルス発振の繰返し周波数をｆ_ｉ（ｉ=１，２，３，…）、１つのパルスの光エネルギーをＥ_ｐｊ（ｊ＝１，２，３，…）とすると、Ｅ_{ｔｏｔａｌ}＝ｆ_１×Ｅ_ｐ１＝ｆ_２×Ｅ_ｐ２という関係がある。ここで、Ｅ_ｐが大きい場合には、レーザ光が透過する光学素子に与えられるダメージも大きくなるので、光学素子の劣化が早くなる。そのため、Ｅ_ｐは小さい方が望ましい。そこで、所望のＥ_{ｔｏｔａｌ}を得るためにＥ_ｐを小さくして、繰返し周波数ｆを大きくすれば良い。

このように高い繰返し周波数を実現するためには、ＲＦ（Radio Frequency励起）−ＣＯ_２レーザを用いることが適当である。その理由は、パルスＣＯ_２レーザとしては、この他にもＴＥＡ（Transverse Excitation Atmospheric）−ＣＯ_２レーザがあるが、現状の技術では、２ｋＨｚ程度の繰返し動作が限界だからである。

米国特許６，６９７，４０８（図５）

上記したように、ドライバレーザからターゲット物質に対してレーザ光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し、このプラズマから、ＥＵＶ光が放射される。ここで、ドライバレーザから出射されたレーザ光がターゲット物質又はプラズマによって反射され、その反射光がドライバレーザに戻ることによって、増幅器１３ｂ内で増幅され、発振器１３ａの故障の原因になることが考えられる。

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、ターゲット物質又はプラズマによって反射されてドライバレーザに戻る反射光（戻り光）によるドライバレーザの故障を防止す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。

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は、ターゲットにレーザ光を照射することにより極端紫外光を発生する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ターゲットを供給するターゲット供給部と、少なくとも１つの光学素子を含み、ドライバレーザから出射されるレーザ光をターゲットに集光することによってプラズマを発生させるレーザ集光光学系と、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ＥＵＶ集光光学系と、ドライバレーザから出射されて所定の光路を通過したレーザ光の第１の直線偏光成分を円偏光成分に変換しながら反射し、集光されたレーザ光がターゲット又はプラズマによって反射されて生じた戻り光の円偏光成分を第２の直線偏光成分に変換しながら反射するリターダーと、ドライバレーザから出射されるレーザ光の光路に配置され、第１の直線偏光成分を反射して第２の直線偏光成分を吸収するコーティングミラーとを具備し、リターダーが、曲面の反射面を有することにより、レーザ集光光学系の役割りを兼ねるものである。
また、他の１つの観点に係る極端紫外光源は、ターゲットにレーザ光を照射することにより極端紫外光を発生する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ターゲットを供給するターゲット供給部と、少なくとも１つの光学素子を含み、ドライバレーザから出射されるレーザ光をターゲットに集光することによってプラズマを発生させるレーザ集光光学系と、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ＥＵＶ集光光学系と、ドライバレーザから出射されて所定の光路を通過したレーザ光の第１の直線偏光成分を円偏光成分に変換しながら反射し、集光されたレーザ光がターゲット又はプラズマによって反射されて生じた戻り光の円偏光成分を第２の直線偏光成分に変換しながら反射するリターダーと、ドライバレーザから出射されるレーザ光の光路に配置され、第１の直線偏光成分を反射して第２の直線偏光成分を吸収するコーティングミラーと、レーザ集光光学系によって集光されたレーザ光がターゲット又はプラズマによって反射されて生じた戻り光を検出する戻り光検出器と、レーザ集光光学系に含まれている少なくとも１つの光学素子の位置を調節する位置調節機構と、戻り光検出器によって検出される戻り光の量に基づいて位置調節機構を制御する制御部と、を具備する。

本発明によれば、ターゲット物質又はプラズマによって反射されてドライバレーザに戻る反射光（戻り光）を低減することにより、ドライバレーザの故障を防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の内部構造を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の内部構造を示す平面図である。 集光レンズの位置と戻り光との関係を示す図である。 戻り光を測定するための実験において使用した装置を示す図である。 実験によって測定された戻り光量とＥＵＶ光量との関係を示す図である。 レーザ入射方向に対するターゲットの角度を変化させて戻り光量の変化を測定した結果を示す図である。 ターゲットをレーザ光の入射方向に対して３０度傾けた状態においてターゲットによって反射されるレーザ光を示す図である。 プラズマによって反射・散乱されるレーザ光を示す図である。 入射レーザ光と戻り光の波形を示す図である。 ターゲットに対するレーザ光の入射角が０度の状態における戻り光量の実験値と計算値を示す図である。 ターゲットに対するレーザ光の入射角が０度、３０度、４５度の状態における戻り光量の計算値を示す図である。 図１及び図２に示すフィルタ部として空間フィルタを用いた場合の戻り光量低減効果を示す図である。 図１及び図２に示すフィルタ部として空間フィルタとコリメート光学系との組合せを用いた構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態における戻り光低減手段を示す図である。 本発明の第３の実施形態における戻り光低減手段を示す図である。 本発明の第４の実施形態における戻り光低減手段を示す図である。 本発明の第５の実施形態における戻り光低減手段を示す図である。 本発明の第６の実施形態における戻り光低減手段を示す図である。 本発明の第７の実施形態における戻り光低減手段を示す図である。 図１８に示すリターダーの動作を説明するための図である。 本発明の第８の実施形態に係る極端紫外光源装置における光学系の構成を示す図である。 ＬＰＰ式ＥＵＶ光源装置において用いられるドライバレーザの構成例を示す概略図である。

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光源装置の内部構造を示す側面図であり、図２は、本発明の第１の実施形態に係るＥＵＶ光源装置の内部構造を示す平面図である。本実施形態に係るＥＵＶ光源装置は、レーザ光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。

図１及び図２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光２を生成するドライバレーザ１３と、少なくとも１つのレンズ又はミラー等の光学素子を含み、ドライバレーザ１３によって生成される励起用レーザ光２をターゲット１に集光させることによってプラズマ３を発生させるレーザ集光光学系１４と、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、レーザ集光光学系１４に含まれている少なくとも１つの光学素子の位置を調節する位置調節機構２０とを有している。

さらに、このＥＵＶ光源装置は、レーザ集光光学系１４によって集光されたレーザ光がターゲット１及びプラズマ３によって反射されて生じる戻り光がドライバレーザ１３に入射する量を低減させるフィルタ部３０と、所定の位置において戻り光を検出する戻り光検出器４０と、ＥＵＶコレクタミラー１５を介さずに発光点におけるＥＵＶ光を検出するための多層膜ミラー５１及びＥＵＶ光検出器５２と、戻り光検出器４０及び／又はＥＵＶ光検出器５２の検出結果に基づいてドライバレーザ１３及び／又は位置調節機構２０を制御する制御部６０とを有している。

真空チャンバ１０には、励起用レーザ光２を導入する導入窓１８と、プラズマから放射されるＥＵＶ光を露光器に導出する導出窓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。ターゲット供給装置１１は、ターゲット１の位置を調整しながら真空チャンバ１０内の所定の位置にターゲット１を供給する。

ドライバレーザ１３は、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レーザ光源である。レーザ集光光学系１４は、少なくとも１つのレンズ又はミラーを含んでおり、ドライバレーザ１３から出射されるレーザ光を集光する。レーザ集光光学系１４によって集光されたレーザ光２は、真空チャンバ１０内の所定の位置において、ターゲット供給装置１１によって供給されるターゲット１を照射する。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。

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ＥＵＶ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のモリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）の多層膜が形成されている。

図１において、ＥＵＶコレクタミラー１５によりＥＵＶ光が右方向に反射され、ＥＵＶ中間集光点に集光された後、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。

ターゲット回収装置１６は、発光点を挟みターゲット供給装置１１に対向する位置に配置されており、プラズマ化しなかったターゲットを回収する。回収されたターゲットは、ターゲット循環装置によって再びターゲット供給装置１１に戻し、再利用するようにしても良い。

多層膜ミラー５１には、例えば、１３．５ｎｍ付近の波長に対して反射率が高いモリブデン及びシリコンの多層膜が形成されている。ＥＵＶ光検出器５２は、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）フィルタ及びフォトダイオードによって構成される。ジルコニウムフィルタは、波長が２０ｎｍ以上の光をカットする。フォトダイオードは、入射した光の強度又はエネルギーに応じた検出信号を出力する。

本実施形態においては、図２２に示すように、ドライバレーザ１３として、比較的波長の長い光を生成することができるＣＯ_２レーザによって構成される発振器１３ａと、発振器１３ａが発生したレーザ光を増幅する少なくとも１つの増幅器１３ｂとによって構成される発振増幅型レーザが用いられる。長波長かつ短パルスレーザを用いることにより、ＥＵＶ光の発生に寄与せずデブリを発生させる熱源となる低温高密度プラズマ領域の生成が抑制されるので、固体ターゲット表面の溶融が進まず、ターゲット１から放出されてＥＵＶコレクタミラー１５の反射面に付着する中性粒子が大幅に低減される。一方、プラズマ３からは高速イオンも放射されるので、ＥＵＶコレクタミラー１５の反射面に形成されている多層膜が削り取られる。

また、ターゲット１として、固体の錫（Ｓｎ）又はリチウム（Ｌｉ）が用いられる。その場合には、ターゲットから発生する中性粒子が非常に少なくなるので、所定の条件の下で、ＥＵＶコレクタミラー１５の反射面に付着する中性粒子の量（デポジション量）を、ＥＵＶコレクタミラー１５の反射面から削り取られる多層膜の量（スパッタリング量）とバランスさせ、あるいは、デポジション量をスパッタリング量よりも小さくできることが検証された。これにより、ＥＵＶコレクタミラー１５の反射面にデブリが付着するという問題を解決することができる。

さらに、本実施形態においては、制御部６０の制御の下で、位置調整機構２０が、レーザ集光光学系１４の集光焦点の位置がプラズマ３の発光点から所定の距離だけ外れるように、レーザ集光光学系１４に含まれている少なくとも１つの光学素子の位置を調整する。これについて、レーザ集光光学系１４として集光レンズを用いる場合を例にとって、以下に説明する。

図３は、集光レンズの位置と戻り光との関係を示す図である。図３の（ａ）は、ベストフォーカスの状態を示しており、戻り光がコリメートされて高い指向性を有するようになり、長距離を伝播することが可能になって、ドライバレーザ１３に入射される戻り光の量が最も大きくなる。図３の（ｂ）は、集光レンズの位置がプラズマ３側に近付いたデフォーカス１の状態を示しており、戻り光が大きな広がり角を有するようになって、ドライバレーザ１３に入射される戻り光の量が減少する。図３の（ｃ）は、集光レンズの位置がプラズマ３側から遠のいたデフォーカス２の状態を示しており、戻り光が一端収束した後に大きな広がり角を有するようになって、ドライバレーザ１３に入射する戻り光の量が減少する。以上のことは、レーザ集光光学系１４として集光ミラーを用いる場合においても同様である。

図４は、戻り光を測定するための実験において使用した装置を示す図である。この実験においては、ドライバレーザとして、波長１０．６μｍのレーザ光を発生するＣＯ_２レーザを使用し、Ｐ偏光成分のみを図４に示す装置に入射させるようにした。また、ターゲットとして、固体（平板）の錫（Ｓｎ）を使用した。集光レンズとしては、焦点距離が６０ｍｍのメニスカスレンズを使用した。

戻り光の光路に配置された薄膜型偏光子（ＴＦＰ）は、Ｐ偏光成分を透過させて、Ｓ偏光成分を反射する。図４の左側から入射するＰ偏光のレーザ光は、薄膜型偏光子を透過して、１／４波長板に入射する。Ｐ偏光のレーザ光は、１／４波長板を透過することにより、円偏光となる。集光レンズによって集光されたレーザ光は、真空容器内のターゲットに照射され、ターゲットをプラズマ化する。

ターゲット又はプラズマによって反射された円偏光の戻り光は、集光レンズによってコリメートされ、１／４波長板を通過することにより、Ｓ偏光となる。Ｓ偏光となった戻り光は、薄膜型偏光子によって、フォトディテクタの方向に反射される。ここで、１／４波長板の直径は１０ｍｍであり、１／４波長板の周辺部は、直径５０ｍｍ程度のレーザ光を透過しないホルダーで固定されているので、戻り光に対して直径１０ｍｍの空間フィルタとして作用する。薄膜型偏光子によって反射された戻り光はフォトディテクタに入射し、戻り光量が測定される。この実験によって測定された戻り光の量（光強度）と、同時に測定されたＥＵＶ光の量（光強度）との関係を、図５に示す。

図５は、集光レンズの位置に対する戻り光量及びＥＵＶ光量の変化を示す図である。図５等においては、ベストフォーカスの位置を０μｍとして、ターゲットに近い方がマイナスの値となっている。図５に示すように、戻り光量は、集光レンズの位置に大きく依存し、ベストフォーカスの位置で最大になることが明らかになった。また、集光レンズの位置をデフォーカスの位置とすることによって、戻り光量が大幅に低減される。一方、ＥＵＶ光量は、ベストフォーカスの位置ではなく、デフォーカスの位置で最大となることが分る。従って、集光レンズの位置をデフォーカスの位置とすることによって、ＣＥ（照射レーザ光からＥＵＶ光への変換効率）を高くすることと、戻り光の量を低減することとを、両立させることができる。

ところで、戻り光の成分としては、プラズマ生成前にターゲットの表面において反射される成分と、プラズマ生成後にプラズマにおいて反射・散乱される成分とが存在する。そこで、それらの成分の内のいずれが主成分であるかを見極めるための実験を行った。この実験においては、ターゲットとして錫（Ｓｎ）の平板を用いて、レーザ入射方向に対するターゲットの角度（入射角）を、０度、３０度、４５度に変化させて、戻り光量の変化を測定した。その結果を、図６に示す。

図６は、入射角をパラメータとして、集光レンズの位置に対する戻り光量の変化を示す図である。図７は、ターゲットをレーザ光の入射方向に対して３０度傾けた状態においてターゲットによって反射されるレーザ光を示す図である。ターゲットは、レーザ光に対してミラーのように振る舞うと考えられるから、図７に示すようにターゲットをレーザ光の入射方向に対して３０度傾けた状態においては、ターゲットの表面において反射される成分がレーザ入射方向に戻ることはあり得ない。しかしながら、図６に示すように、ターゲットをレーザ入射方向に対して３０度又は６０度傾けた状態においても、かなりの量の戻り光が観測された。この結果から、戻り光において、ターゲットの表面において反射された成分は非常に少ないと考えられる。

図８は、プラズマによって反射・散乱されるレーザ光を示す図である。ターゲットをレーザ光の入射方向に対して傾けたことにより戻り光量が変化する原因としては、図８の（ａ）〜（ｃ）に示すように、プラズマの生成方向が主にターゲット表面の法線方向に指向性を持つので、プラズマからレーザ光の入射方向に対して反射・散乱される光の量が変化することにより、戻り光量が変化すると考えられる。

図９は、入射レーザ光と戻り光の波形を示す図である。これらの波形は、図４に示すフォトディテクタの位置に、レーザパルス波形を観測できる計測器を配置して測定したものである。図９に示すように、戻り光は、主にレーザパルスの後半部分で発生しており、プラズマ生成前にターゲットの表面において反射された成分（レーザパルスの前半部分に相当）は少なく、プラズマ生成後にプラズマによって反射・散乱された成分（レーザパルスの後半部分に相当）が主であることが分る。

次に、光学シミュレーションを行うことによって、戻り光の集光レンズ位置に対する依存性を計算した。この光学シミュレーションは、図４に示す実験装置を再現しており、レーザ光の反射面を曲率半径０．１ｍｍのマルチレンズアレイとして、プラズマによる反射・散乱を表したものである。

図１０は、ターゲットに対するレーザ光の入射角が０度の状態における戻り光量の実験値と計算値を示す図であり、光学シミュレーションの結果は、実験結果とほぼ一致している。図１１は、ターゲットに対するレーザ光の入射角が０度、３０度、４５度の状態における戻り光量の計算値を示す図である。これらの結果から、戻り光量は、集光レンズの位置、即ち、集光光学系の配置に大きく依存することが分る。

以上の実験により、次のことが明らかになった。
（１）戻り光は、ターゲットの表面よりも、主に、プラズマからの反射光である。
（２）プラズマからの戻り光は、集光レンズ（又は、集光ミラー）の位置に大きく依存する。集光レンズがベストフォーカスの位置にあるときに、ドライバレーザに入射する戻り光の量が最も大きくなることから、集光レンズによる戻り光のコリメート効果が大きく影響している。従って、戻り光をコリメートしないように、集光レンズをデフォーカスの位置に置くことにより、ドライバレーザに入射する戻り光の量を低減することができる。
（３）レーザ光の強度が十分な場合には、図３の（ｂ）に示すように、集光レンズの位置がプラズマ３側に近付くデフォーカス１の状態としたときに、ＣＥ（照射レーザ光からＥＵＶ光への変換効率）が最大となる。従って、戻り光の量を低減することと、高いＣＥを実現することとを、両立させることができる。

このように、集光レンズの位置がデフォーカスの状態としたときに戻り光が大きな拡がり角を有するので、レーザ光は透過するが戻り光は遮る空間フィルタを用いることによって、戻り光量を低減することが可能となる。

図１２は、図１及び図２に示すフィルタ部として空間フィルタを用いた場合の戻り光量低減効果を示す図である。図１２の（ａ）に示すベストフォーカスの状態においては、空間フィルタ３１を設けても戻り光量低減効果は得られないが、図１２の（ｂ）に示すデフォーカス１の状態及び図１２の（ｃ）に示すデフォーカス２の状態においては、空間フィルタ３１を設けることにより光量低減効果が得られる。また、図１２の（ｂ）に示すように、レーザ集光光学系（集光レンズ）１４の位置がプラズマ３側に近付くデフォーカス１の状態としたときに、ＣＥ（照射レーザ光からＥＵＶ光への変換効率）が最大となる（図５参照）。

図１３は、図１及び図２に示すフィルタ部として空間フィルタとコリメート光学系との組合せを用いた構成を示す図である。図１３に示すように、コリメートされ、ビーム品質の良いレーザ光は、集光レンズ３２によってピンホール以下のサイズに集光され、ピンホールが形成された空間フィルタ３３を通過して、コリメートレンズ３４によって再びコリメートされる。一方、戻り光は、大きな拡がり角を有するので、ピンホール以下のサイズに集光することが困難となり、空間フィルタ３３によって大部分が遮られる。

図５に示すように、戻り光量とレーザ集光光学系１４の位置との間には、レーザ集光光学系１４がターゲットに対してベストフォーカスの状態に近付くにつれて戻り光量が大きくなるという相関関係があるので、この相関関係を利用して戻り光量をモニターすることにより、レーザ集光光学系１４の位置情報が得られることになる。そこで、図１に示す制御部６０が、戻り光検出器４０によって検出される戻り光の量に基づいて位置調整機構２０を制御することにより、レーザ集光光学系１４のデフォーカス状態を維持することができる。例えば、制御部６０は、戻り光検出器４０によって検出される戻り光の量を設定値に保つように、位置調整機構２０をフィードバック制御する。これにより、ターゲット位置が変動した場合においても、レーザ集光光学系１４が適切な位置に配置されるように制御することが可能となる。

あるいは、制御部６０は、戻り光検出器４０によって検出される戻り光の量と、ＥＵＶ光検出器５２によって検出される極端紫外光の量とに基づいて、位置調節機構２０を制御するようにしても良い。これにより、さらに高精度な制御を行うことができる。例えば、制御部６０は、戻り光検出器４０によって検出される戻り光の量が第１の設定値に近付き、かつ、ＥＵＶ光検出器５２によって検出される極端紫外光の量が第２の設定値に近付くように、位置調節機構２０をフィードバック制御する。

また、制御部６０は、ドライバレーザ１３の出力を制御すると共に、制御部６０内に設けられた格納部に格納されているルックアップテーブルの値を参照しながら、ドライバレーザ１３の出力に応じて設定値（第１及び第２の設定値）を設定するようにしても良い。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下の実施形態においては、レーザ集光光学系の位置をデフォーカスとなるようにして、空間フィルタによって戻り光量を低減することに加えて、戻り光量をさらに低減するための戻り光低減手段が設けられている。

図１４は、本発明の第２の実施形態における戻り光低減手段を示す図である。第２の実施形態においては、ドライバレーザ１３（図１参照）が、Ｐ偏光成分主体のレーザ光を出射し、レーザ光の光路に、Ｐ偏光成分を透過させてＳ偏光成分を反射する偏光分離素子７１と、空間フィルタの役割りを兼ねる１／４波長板７２とが配置されている。偏光分離素子７１としては、薄膜型偏光子（ＴＦＰ）や、偏光ビームスプリッタや、ノーコートウインドウ基板等を用いることができる。偏光分離素子７１は、入射レーザ光のＰ偏光成分を透過させ、１／４波長板７２は、Ｐ偏光のレーザ光を円偏光に変換する。これにより、円偏光のレーザ光が、レーザ集光光学系１４を介してターゲット１に照射され、プラズマ３が発生する。

プラズマ３からの戻り光は円偏光であるが、１／４波長板７２によってＳ偏光に変換され、Ｓ偏光の戻り光が偏光分離素子７１によって反射されて、反射光の光路に配置されている戻り光モニター７３に入射する。これにより、ドライバレーザ１３に入射する戻り光が低減される。また、戻り光モニター７３によって、戻り光の波形や発生タイミングを観察することができる。

図１５は、本発明の第３の実施形態における戻り光低減手段を示す図である。第３の実施形態においては、ドライバレーザ１３（図１参照）が、Ｓ偏光成分主体のレーザ光を出射し、レーザ光の光路に、Ｐ偏光成分を透過させてＳ偏光成分を反射する偏光分離素子７１と、空間フィルタの役割りを兼ねる１／４波長板７２とが配置されている。偏光分離素子７１は、入射レーザ光のＳ偏光成分を１／４波長板７２の方向に反射し、１／４波長板７２は、Ｓ偏光のレーザ光を円偏光に変換する。これにより、円偏光のレーザ光が、レーザ集光光学系１４を介してターゲット１に照射され、プラズマ３が発生する。

プラズマ３からの戻り光は円偏光であるが、１／４波長板７２によってＰ偏光に変換され、Ｐ偏光の戻り光が偏光素子７１を透過して、透過光の光路に配置されている戻り光モニター７３に入射する。これにより、ドライバレーザ１３に入射する戻り光が低減される。

図１６は、本発明の第４の実施形態における戻り光低減手段を示す図である。第４の実施形態においては、ドライバレーザ１３（図１参照）が、Ｐ偏成分光主体のレーザ光を出射し、レーザ光の光路に、Ｐ偏光成分を透過させてＳ偏光成分を反射する複数の偏光分離素子７１と、空間フィルタの役割りを兼ねる１／４波長板７２とが配置されている。これにより、１枚目の偏光分離素子７１を僅かに透過してしまったＳ偏光成分が、２枚目、３枚目、又は、４枚目の偏光分離素子７１によって反射されるので、戻り光量がさらに低減される。また、２枚の偏光分離素子７１をペアとして、各ペアの偏光分離素子７１をハの字型に配置することにより、レーザ光の光路差をなくすことができる。

図１７は、本発明の第５の実施形態における戻り光低減手段を示す図である。第５の実施形態においては、ドライバレーザ１３（図１参照）が、Ｓ偏光成分主体のレーザ光を出射し、レーザ光の光路に、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を吸収するコーティングが施されたコーティングミラー７４と、空間フィルタの役割りを兼ねる１／４波長板７２とが配置されている。コーティングミラー７４としては、II−VI社製のＡＴＦＲコーティングミラーを用いることができる。コーティングミラー７４は、入射レーザ光のＳ偏光成分を１／４波長板７２の方向に反射し、１／４波長板７２は、Ｓ偏光のレーザ光を円偏光に変換する。これにより、円偏光のレーザ光が、レーザ集光光学系１４を介してターゲット１に照射され、プラズマ３が発生する。

プラズマ３からの戻り光は円偏光であるが、１／４波長板７２によってＰ偏光に変換され、Ｐ偏光の戻り光がコーティングミラー７４に吸収される。これにより、ドライバレーザ１３に戻る戻り光が低減される。

図１８は、本発明の第６の実施形態における戻り光低減手段を示す図である。第６の実施形態においては、ドライバレーザ１３（図１参照）から出射されるレーザ光の光路に、ブルースター窓等の偏光子７５と、１／４波長板とミラーの役割りを兼ね備えるリターダー７６とが配置されている。偏光子７５は、入射レーザ光から出射されるレーザ光（Ｓ偏光）を入射し、部分偏光の成分を透過させてリターダー７６に入射させ、平面偏光の成分を反射する。リターダー７６は、部分偏光の成分を反射する際に、円偏光に変換する。これにより、円偏光のレーザ光が、レーザ集光光学系１４を介してターゲット１に照射され、プラズマ３が発生する。

プラズマ３からの戻り光は円偏光であるが、リターダー７６によって反射される際に平面偏光に変換され、平面偏光の戻り光が偏光子７５によって反射されて、反射光の光路に配置されている戻り光モニター７３に入射する。これにより、ドライバレーザ１３に戻る戻り光が低減される。

図１９は、本発明の第７の実施形態における戻り光低減手段を示す図である。第７の実施形態は、図１８に示す第６の実施形態におけるリターダー７６を凹面リターダー７７に変更したものである。図１８に示すリターダー７６は、平面の反射面を有しているのに対し、図１９に示す凹面リターダー７７は、曲面の反射面を有している。これにより、凹面リターダー７７は、レーザ集光光学系１４の役割りを兼ねることができる。

図２０は、図１８に示すリターダーの動作を説明するための図である。図２０に示すように、リターダー７６は、入射面に対して４５°に直線偏光されている入射光を反射する際に、円偏光の光に変換する。逆に、リターダー７６は、円偏光の光が入射されると、それを反射する際に、直線偏光に変換する。

図２１は、本発明の第８の実施形態に係る極端紫外光源装置における光学系の構成を示す図である。第８の実施形態においては、発振器１３ａと増幅器１３ｂとの間に、偏光により異なる反射率を有する２つのミラー１３ｃが配置されている。例えば、ミラー１３ｃは、Ｐ偏光成分を吸収し、Ｓ偏光成分を高い反射率で反射する。ここで、発振器１３ａから供給されるレーザ光はＳ偏光にそろえておく必要があるが、これは従来技術によって容易に可能である。例えば、レーザ管の窓ガラス面を光軸に対してブルースター角に配置することによりＰ偏光のみのレーザ発振が得られる。これを波長板やミラーを用いて容易にＳ偏光に変換することができる。さらに、増幅器１３ｂの出口側にも、同様のミラー１３ｄが配置されている。

ミラー１３ｄによって反射されたレーザ光の光路には、１／２波長板１３ｅ及び２つの偏光分離素子７１が配置されている。１／２波長板１３ｅは、ミラー１３ｄによって反射されたＳ偏光のレーザ光をＰ偏光に変換する。偏光分離素子７１は、Ｐ偏光の光を透過して、Ｓ偏光の光を反射する。偏光分離素子７１を透過したＰ偏光のレーザ光は、集光レンズ３２によって集光され、空間フィルタ３３に形成されているビンホールを通過し、コリメートレンズ３４によってコリメートされて、リターダー７６に入射する。リターダー７６は、Ｐ偏光のレーザ光のレーザ光を反射する際に、円偏光に変換する。

リターダー７６によって反射されたレーザ光は、空間フィルタ３１を通過して、レーザ集光光学系１４によって集光されてターゲットに照射され、プラズマ３が発生する。レーザ集光光学系１４は、ベストフォーカス位置よりも所定の距離だけターゲットに近付いて配置されているので、デフォーカス状態となって、戻り光は拡がりを有することになる。

ただし、デフォーカス状態で最大のＣＥを得るためには、レーザ光照射条件として、ベストフォーカス時のレーザ強度（laser intensity）が最適値を上回る必要がある。ここで、レーザ強度は、次式で表される。
レーザ強度（Ｗ／ｃｍ^２）＝レーザパルスエネルギー（Ｊ）
／（パルス幅（ｓ）×スポットサイズ（ｃｍ^２））
即ち、レーザ強度を増加させるためには、（１）レーザ光のパルスエネルギーを増加する、（２）レーザ光のパルス幅を短くする、（３）スポットサイズを小さくする、の３つの方法がある。これらの内で、レーザ集光光学系１４によって可変なパラメータは、スポットサイズである。レーザ強度は、最もスポットサイズの小さいベストフォーカス状態において最大となり、デフォーカス状態となってスポットサイズが大きくなるにつれて低下することになる。そこで、本実施形態においては、レーザ集光光学系１４として、ベストフォーカス状態において最大のＣＥが得られるスポットサイズよりも小さなスポットサイズにレーザ光を集光することが可能な光学系を用いることにより、デフォーカス状態となってもＣＥを最大とするようにしている。

戻り光は、レーザ集光光学系１４を介して空間フィルタ３１に入射するが、拡がりを有しているので、空間フィルタ３１によって戻り光の量が低減される。空間フィルタ３１を通過した戻り光は、リターダー７６によって反射される際に、円偏光からＳ偏光に変換される。リターダー７６によって反射された戻り光は、コリメートレンズ３４、空間フィルタ３３、集光レンズ３２を通過するが、その際に、戻り光の量がさらに低減される。残った戻り光は、Ｓ偏光となっているので、２つの偏光分離素子７１によって大部分が反射されて戻り光モニター７３に入射する。図２１には、２つの戻り光モニター７３が示されているが、その内の一方を、戻り光を吸収するダンパーに替えても良い。

残りの戻り光は、１／２波長板１３ｅに入射して、Ｓ偏光からＰ偏光に変換され、ミラー１３ｄに吸収されて、増幅器１３ｂに入射して増幅されても発振器１３ａを故障させない程度まで低減される。さらに増幅器１３ｂから僅かに戻る戻り光は、ミラー１３ｃに吸収されて、発振器１３ａに入射される戻り光は、ほとんどなくなる。以上において、空間フィルタ３１等のフィルタを構成する光学素子の数や配置場所は任意であるが、増幅器１３ｂと発振器１３ａとの間にも戻り光の量を低減する光学素子を配置することによって、安全性をより高めることができる。

本発明は、露光装置の光源として用いられる極端紫外光源装置において利用することが可能である。

１…ターゲット、２…レーザ光、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、１３…ドライバレーザ、１３ａ…発振器、１３ｂ…増幅器、１３ｃ、１３ｄ…ミラー、１３ｅ…１／２波長板、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…導出窓、２０…位置調整機構、３０…フィルタ部、３１、３３…空間フィルタ、３２…集光レンズ、３４…コリメートレンズ、４０…戻り光検出器、５１…多層膜ミラー、５２…ＥＵＶ光検出器、６０…制御部、７１…偏光分離素子、７２…１／４波長板、７３…戻り光モニター、７４…コーティングミラー、７５…偏光子、７６…リターダー、７７…凹面リターダー

Claims (5)

1. ターゲットにレーザ光を照射することにより極端紫外光を発生する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ターゲットを供給するターゲット供給部と、
   少なくとも１つの光学素子を含み、ドライバレーザから出射されるレーザ光を前記ターゲットに集光することによってプラズマを発生させるレーザ集光光学系と、
   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ＥＵＶ集光光学系と、
   前記ドライバレーザから出射されて所定の光路を通過したレーザ光の第１の直線偏光成分を円偏光成分に変換しながら反射し、集光されたレーザ光が前記ターゲット又は前記プラズマによって反射されて生じた戻り光の円偏光成分を第２の直線偏光成分に変換しながら反射するリターダーと、
   前記ドライバレーザから出射されるレーザ光の光路に配置され、第１の直線偏光成分を反射して第２の直線偏光成分を吸収するコーティングミラーと、
   を具備し、
   前記リターダーが、曲面の反射面を有することにより、前記レーザ集光光学系の役割りを兼ねる、極端紫外光源装置。
2. ターゲットにレーザ光を照射することにより極端紫外光を発生する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ターゲットを供給するターゲット供給部と、
   少なくとも１つの光学素子を含み、ドライバレーザから出射されるレーザ光を前記ターゲットに集光することによってプラズマを発生させるレーザ集光光学系と、
   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ＥＵＶ集光光学系と、
   前記ドライバレーザから出射されて所定の光路を通過したレーザ光の第１の直線偏光成分を円偏光成分に変換しながら反射し、集光されたレーザ光が前記ターゲット又は前記プラズマによって反射されて生じた戻り光の円偏光成分を第２の直線偏光成分に変換しながら反射するリターダーと、
   前記ドライバレーザから出射されるレーザ光の光路に配置され、第１の直線偏光成分を反射して第２の直線偏光成分を吸収するコーティングミラーと、
   前記レーザ集光光学系によって集光されたレーザ光が前記ターゲット又は前記プラズマによって反射されて生じた戻り光を検出する戻り光検出器と、
   前記レーザ集光光学系に含まれている少なくとも１つの光学素子の位置を調節する位置調節機構と、
   前記戻り光検出器によって検出される戻り光の量に基づいて前記位置調節機構を制御する制御部と、
   を具備する極端紫外光源装置。
3. 前記プラズマから放射される極端紫外光を検出する極端紫外光検出器をさらに具備し、
   前記制御部が、前記戻り光検出器によって検出される戻り光の量と、前記極端紫外光検出器によって検出される極端紫外光の量とに基づいて、前記位置調節機構を制御する、請求項２記載の極端紫外光源装置。
4. 前記ドライバレーザが、ＣＯ_２レーザによって構成される発振器と、前記発振器が発生したレーザ光を増幅する少なくとも１つの増幅器とを含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。
5. 前記ドライバレーザが、第１の直線偏光成分を主成分とするレーザ光を出射する、請求項１〜４のいずれか１項記載の極端紫外光源装置。

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