JPWO2016027346A1 - 極端紫外光生成システムおよび極端紫外光生成方法 - Google Patents

Abstract

極端紫外光生成システムが、チャンバと、チャンバ内の所定領域に、原子密度８．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１．３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下のターゲットを供給するように構成されたターゲット供給部と、上記所定領域に、上記所定領域におけるエネルギー密度１０．５Ｊ／ｃｍ２以上、５２．３Ｊ／ｃｍ２以下のパルスレーザ光を照射するレーザ装置と、を備えてもよい。

Description

本開示は、極端紫外光生成システムおよび極端紫外光生成方法に関する。

近年、半導体プロセスの微細化に伴って、半導体プロセスの光リソグラフィにおける転写パターンの微細化が急速に進展している。次世代においては、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、例えば３２ｎｍ以下の微細加工の要求に応えるべく、波長１３ｎｍ程度の極端紫外（ＥＵＶ）光を生成する極端紫外光生成装置と縮小投影反射光学系(reduced projection reflection optics)とを組み合わせた露光装置の開発が期待されている。

ＥＵＶ光生成装置としては、ターゲット物質にパルスレーザ光を照射することによって生成されるプラズマが用いられるＬＰＰ（Laser Produced Plasma）式の装置と、放電によって生成されるプラズマが用いられるＤＰＰ（Discharge Produced Plasma）式の装置と、シンクロトロン放射光が用いられるＳＲ（Synchrotron Radiation）式の装置との３種類の装置が提案されている。

概要

本開示の１つの観点に係る極端紫外光生成システムは、チャンバと、チャンバ内の所定領域に、原子密度８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下のターゲットを供給するように構成されたターゲット供給部と、上記所定領域に、上記所定領域におけるエネルギー密度１０．５Ｊ／ｃｍ^２以上、５２．３Ｊ／ｃｍ^２以下のパルスレーザ光を照射するレーザ装置と、を備えてもよい。

本開示の他の１つの観点に係る極端紫外光生成方法は、チャンバ内の所定領域に、原子密度８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下のターゲットを供給し、上記所定領域に、上記所定領域におけるエネルギー密度１０．５Ｊ／ｃｍ^２以上、５２．３Ｊ／ｃｍ^２以下のパルスレーザ光を照射するものであってもよい。

本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、例示的なＬＰＰ式のＥＵＶ光生成システムの構成を概略的に示す。 図２は、本出願人がシミュレーションに使用した２次元オイラー放射流体力学コードＲＺＬＩＮＥのシミュレーションモデルを示す。 図３Ａは、変換効率のシミュレーションの結果の一例を示す。 図３Ｂは、変換効率のシミュレーションの結果の一例を示す。 図４は、ターゲット物質の原子密度を変化させたときの変換効率のシミュレーション結果を示すグラフである。 図５は、第１の実施形態に係るＥＵＶ光生成システムの構成例を概略的に示す一部断面図である。 図６は、第２の実施形態に係るＥＵＶ光生成システムの構成例を概略的に示す一部断面図である。 図７は、図６に示される光路調節器の構成を具体的に示す。 図８は、図６に示される複数のマスターオシレータから出力されるパルスレーザ光の波長と、増幅器におけるゲインおよび光強度との関係を示す。 図９は、図６に示されるメインパルスレーザ装置におけるパルスレーザ光出力のタイミングチャートである。 図１０は、図６に示されるマスターオシレータの構成を概略的に示す。 図１１は、図６に示されるエアロゾル供給装置の構成を、ＥＵＶ光生成システムの他の部分とともに示す。 図１２Ａは、図６に示される粉体出力部の構成例を概略的に示す。 図１２Ｂは、設計されたエアロダイナミックレンズの各部の寸法を示す。 図１３は、補正光学素子に関する１つの例を示す概念図である。 図１４は、補正光学素子に関する別の例を示す概念図である。 図１５は、補正光学素子に関するさらなる別の例を示す概念図である。 図１６は、補正光学素子に関するさらなる別の例を示す概念図である。 図１７は、第３の実施形態に係るＥＵＶ光生成システムにおいて用いられるメインパルスレーザ装置の構成を概略的に示す。 図１８は、図１７に示されるパルスピッカーの第１の構成例を概略的に示す。 図１９は、ポッケルスセルに印加される電圧と、パルスレーザ光との関係を示す。 図２０は、図１７に示されるパルスピッカーの第２の構成例を概略的に示す。 図２１は、図１７に示されるパルスピッカーの第２の構成例を概略的に示す。 図２２は、第４の実施形態に係るＥＵＶ光生成システムにおいて用いられるメインパルスレーザ装置の構成を概略的に示す。 図２３は、第５の実施形態に係るＥＵＶ光生成システムにおいて用いられるメインパルスレーザ装置の構成を概略的に示す。

実施形態

＜内容＞
１．概要
２．用語の説明
３．極端紫外光生成システムの全体説明
３．１ 構成
３．２ 動作
４．シミュレーション結果
５．低密度ターゲットにパルスレーザ光を照射するＥＵＶ光生成システム
５．１ ＥＵＶ光生成装置
５．２ レーザ装置
６．高繰り返しでパルスレーザ光を照射するＥＵＶ光生成システム
６．１ 概要
６．２ レーザ装置の詳細
６．２．１ マスターオシレータ
６．２．２ 光路調節器
６．２．３ パルスレーザ光の波長と増幅器のゲインとの関係
６．２．４ ゲイン低下の抑制
６．２．５ マスターオシレータの例（量子カスケードレーザ）
６．３ 粉体のターゲットを供給するターゲット供給部
６．３．１ エアロゾル生成器
６．３．２ エアロダイナミックレンズの構成
６．３．３ エアロダイナミックレンズの設計例
６．４ 補正光学素子
７．レーザ装置の変形例（第３の実施形態）
７．１ マスターオシレータ
７．２ パルスピッカー
７．３ 再生増幅器
８．レーザ装置の変形例（第４の実施形態）
９．レーザ装置の変形例（第５の実施形態）

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

１．概要
ＬＰＰ式のＥＵＶ光生成装置においては、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光を、ターゲット供給部から供給されるターゲットに集光して照射することにより、ターゲットをプラズマ化してもよい。プラズマからは、ＥＵＶ光を含む光が放射されてもよい。放射されたＥＵＶ光は、ＥＵＶ集光ミラーによって集光され、露光装置等に出力されてもよい。

パルスレーザ光のエネルギーからＥＵＶ光のエネルギーへの変換効率（ＣＥ）は、本出願人が作製したＥＵＶ光生成装置においては、約２．５％となっており、また、本出願人による基礎実験においては、約４％を実現可能であることが実証されている。例えば、変換効率を２．５％とすると、２００ＷのＥＵＶ光出力を実現するためには、パルスレーザ光の出力強度として４０ｋＷが必要とされることになる。

本出願人は、シミュレーションにより、ターゲット密度を１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度とし、パルスレーザ光に含まれる１つのパルスのターゲット照射位置におけるエネルギー密度を３５．４Ｊ／ｃｍ^２程度としたときに、変換効率を向上し得るという知見を得た。これによれば、より小さなエネルギーで、大きなＥＵＶ光出力を得ることが期待できる。

２．用語の説明
「パルスレーザ光」は、複数のパルスを含むレーザ光を意味し得る。
「ターゲット物質」は、パルスレーザ光に含まれる少なくとも１つのパルスが照射されることによってプラズマ化し、そのプラズマからＥＵＶ光を放射し得るスズ（Ｓｎ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）等の物質を意味し得る。
「ターゲット」は、ターゲット供給部によってチャンバ内に供給され、パルスレーザ光が照射される、微小量のターゲット物質を含む塊を意味し得る。この塊は、固形状、粉体状、液体状又はガス状であり得る。
「粉体のターゲット」は、複数の微細な固体の粒子を含むターゲットを意味し得る。
「エアロゾル」は、気体中に微細な固体の粒子が浮遊している分散系を意味し得る。
「プラズマ生成領域」は、ターゲットにパルスレーザ光が照射されることによってプラズマの生成が開始される領域を意味し得る。プラズマ生成領域は、本開示における所定領域に相当し得る。

３．極端紫外光生成システムの全体説明
３．１ 構成
図１に、例示的なＬＰＰ式のＥＵＶ光生成システムの構成を概略的に示す。ＥＵＶ光生成装置１は、少なくとも１つのレーザ装置３と共に用いられてもよい。本願においては、ＥＵＶ光生成装置１及びレーザ装置３を含むシステムを、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及びターゲット供給部２６を含んでもよい。チャンバ２は、密閉可能であってもよい。ターゲット供給部２６は、例えば、チャンバ２の壁を貫通するように取り付けられてもよい。ターゲット供給部２６から供給されるターゲット物質の材料は、スズ、テルビウム、ガドリニウム、リチウム、又は、それらの内のいずれか２つ以上の組合せを含んでもよいが、これらに限定されない。

チャンバ２の壁には、少なくとも１つの貫通孔が設けられていてもよい。その貫通孔には、ウインドウ２１が設けられてもよく、ウインドウ２１をレーザ装置３から出力されるパルスレーザ光３２が透過してもよい。チャンバ２の内部には、例えば、回転楕円面形状の反射面を有するＥＵＶ集光ミラー２３が配置されてもよい。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の表面には、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に位置し、その第２の焦点が中間集光点（ＩＦ）２９２に位置するように配置されるのが好ましい。ＥＵＶ集光ミラー２３の中央部には貫通孔２４が設けられていてもよく、貫通孔２４をパルスレーザ光３３が通過してもよい。

ＥＵＶ光生成装置１は、ＥＵＶ光生成制御部５及びターゲットセンサ４をさらに含んでもよい。ターゲットセンサ４は、撮像機能を有してもよく、ターゲット２７の存在、軌跡、位置、速度等を検出するよう構成されてもよい。

さらに、ＥＵＶ光生成装置１は、チャンバ２の内部と露光装置６の内部とを連通させる接続部２９を含んでもよい。接続部２９内部には、アパーチャが形成された壁２９１が設けられてもよい。壁２９１は、そのアパーチャがＥＵＶ集光ミラー２３の第２の焦点位置に位置するように配置されてもよい。

さらに、ＥＵＶ光生成装置１は、レーザ光進行方向制御部３４、レーザ光集光ミラー２２、ターゲット２７を回収するためのターゲット回収部２８等を含んでもよい。レーザ光進行方向制御部３４は、パルスレーザ光の進行方向を規定するための光学系と、この光学系の配置、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。

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部３４を経て、パルスレーザ光３２としてウインドウ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としてターゲット２７に照射されてもよい。

ターゲット供給部２６は、ターゲット２７をチャンバ２内のプラズマ生成領域２５に向けて出力するよう構成されてもよい。ターゲット２７には、パルスレーザ光３３に含まれる少なくとも１つのパルスが照射されてもよい。パルスレーザ光３３が照射されたターゲット２７はプラズマ化し、そのプラズマから放射光２５１が放射され得る。ＥＵＶ集光ミラー２３は、放射光２５１に含まれるＥＵＶ光を、他の波長域の光に比べて高い反射率で反射してもよい。ＥＵＶ集光ミラー２３によって反射されたＥＵＶ光を含む反射光２５２は、中間集光点２９２で集光され、露光装置６に出力されてもよい。

ＥＵＶ光生成制御部５は、ＥＵＶ光生成システム１１全体の制御を統括するよう構成されてもよい。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ターゲット２７のイメージデータ等を処理するよう構成されてもよい。また、ＥＵＶ光生成制御部５は、例えば、ターゲット２７が出力されるタイミング、ターゲット２７の出力方向等を制御するよう構成されてもよい。さらに、ＥＵＶ光生成制御部５は、例えば、レーザ装置３の発振タイミング、パルスレーザ光３２の進行方向、パルスレーザ光３３の集光位置等を制御するよう構成されてもよい。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が追加されてもよい。

４．シミュレーション結果
図２は、本出願人がシミュレーションに使用した２次元オイラー放射流体力学コードＲＺＬＩＮＥのシミュレーションモデルを示す。このシミュレーションモデルにおいては、所定形状、所定密度のターゲット２７にパルスレーザ光３３が照射されたと仮定されてもよい。ターゲット２７の分布形状は、円筒形状と仮定されてもよい。

図３Ａ及び図３Ｂは、変換効率のシミュレーションの結果の一例を示す。図３Ａ及び図３Ｂにおいては、以下の条件において、パルスレーザ光のエネルギーとパルス幅とに応じた変換効率のシミュレーションを行った。ターゲットの直径ＤＭは４００μｍとし、ターゲットの厚さＬは１５０μｍとし、ターゲット物質の原子密度は１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３で一様であるとした。パルスレーザ光は、ピーク値に対して１／ｅ^２以上の光強度を有する部分のビーム直径ＤＬが３００μｍであるとした。パルスレーザ光の光強度分布がガウス分布である場合のシミュレーション結果が図３Ａに示され、パルスレーザ光の光強度分布がトップハット分布である場合のシミュレーション結果が図３Ｂに示されている。トップハット分布とは、パルスレーザ光の光強度分布がビーム断面において均一であることをいうものとする。パルスレーザ光のエネルギー密度の計算は、レーザ光のパルスエネルギをレーザ光のビーム断面の面積で除算した値としている。また、パルス幅は半値全幅として計算している。

パルスレーザ光の光強度分布がガウス分布である場合、図３Ａより、以下の条件下で変換効率が約６％となることが示唆され得る。好ましくは、
パルスレーザ光に含まれる１つのパルスのエネルギーは、７．４ｍＪ以上、３７．０ｍＪ以下。
パルスレーザ光のパルス幅は、１．０ｎｓ以上、３．７ｎｓ以下。
なお、パルスレーザ光のエネルギー密度は、パルスレーザ光のエネルギー範囲及びビーム直径から、１０．５Ｊ／ｃｍ^２以上、５２．３Ｊ／ｃｍ^２以下であると算出され得る。
さらに、好ましくは、変換効率が７％以上となる条件は、
パルスレーザ光に含まれる１つのパルスのエネルギーは、１８．５ｍＪ以上、２８．０ｍＪ以下。
パルスレーザ光のパルス幅は、２．３ｎｓ以上、２．６ｎｓ以下。
なお、パルスレーザ光のエネルギー密度は、パルスレーザ光のエネルギー範囲及びビーム直径から、２６．２Ｊ／ｃｍ^２以上、４０．０Ｊ／ｃｍ^２以下であると算出され得る。

パルスレーザ光の光強度分布がトップハット分布である場合、図３Ｂより、以下の条件下で変換効率が約７．５％となることが示唆され得る。
パルスレーザ光に含まれる１つのパルスのエネルギーは、１８．０ｍＪ以上、２７．０ｍＪ以下。
パルスレーザ光のパルス幅は、２．０ｎｓ以上、２．６ｎｓ以下。
なお、パルスレーザ光のエネルギー密度は、パルスレーザ光のエネルギー範囲及びビーム直径から、２５．５Ｊ／ｃｍ^２以上、３８．２Ｊ／ｃｍ^２以下であると算出され得る。

図４は、ターゲット物質の原子密度を変化させたときの変換効率のシミュレーション結果を示すグラフである。図４においては、パルスレーザ光に含まれる１つのパルスのエネルギーを２５ｍＪに、パルス幅を２．５ｎｓに、それぞれ固定し、ターゲット物質の原子密度を変化させ、その他の条件は図３Ａの条件と同様とした。グラフの中の点はシミュレーションによって得られた値を示し、曲線はシミュレーションによって得られた値から導かれた多項式近似曲線を示す。

図４の結果から、好ましくは、ターゲット物質の原子密度を以下の範囲としてもよい。
８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下。
さらに、好ましくは、ターゲット物質の原子密度を以下の範囲としてもよい。
９．５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１．１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下。

５．低密度ターゲットにパルスレーザ光を照射するＥＵＶ光生成システム
５．１ ＥＵＶ光生成装置
図５は、第１の実施形態に係るＥＵＶ光生成システム１１の構成例を概略的に示す一部断面図である。図５に示されるように、チャンバ２の内部には、ＥＵＶ集光ミラー２３と、ターゲット回収部２８と、ＥＵＶ集光ミラーホルダ３７とが設けられてもよい。

ＥＵＶ集光ミラー２３は、ＥＵＶ集光ミラーホルダ３７を介してチャンバ２に固定されてもよい。ターゲット回収部２８は、ターゲット２７の軌道の延長線上に配置され、ターゲット２７のうちパルスレーザ光が照射されなかったものを回収してもよい。

チャンバ２の内部には、さらに、レーザ光集光光学系２２ａが配置されてもよい。レーザ光集光光学系２２ａは、軸外放物面ミラー２２１及び平面ミラー２２２を含んでもよい。軸外放物面ミラー２２１は、ホルダ２２３によって支持されてもよい。平面ミラー２２２は、ホルダ２２４によって支持されてもよい。ホルダ２２３及び２２４は、プレート３９に固定されてもよい。プレート３９は、プレート３８に固定されていてもよい。ＥＵＶ集光ミラー２３は、ＥＵＶ集光ミラーホルダ３７を介してプレート３８に固定されていてもよい。プレート３８は、チャンバ２に固定されてもよい。レーザ光集光光学系２２ａは、プリパルスレーザ装置３ａとメインパルスレーザ装置３ｂとを含むレーザ装置から出力されたパルスレーザ光を、プラズマ生成領域２５に集光してもよい。

チャンバ２には、ターゲット供給部２６と、排気装置３６とが取り付けられてもよい。排気装置３６は、チャンバ２の内部を大気圧未満の所定の圧力となるように排気するポンプであってもよい。ターゲット供給部２６は、リザーバ２６１と、圧力調節器２６３と、不活性ガスボンベ２６４と、を含んでもよい。

リザーバ２６１は、チャンバ２に固定されていてもよい。リザーバ２６１は、例えばスズを含むターゲット物質を、溶融した状態で内部に貯蔵してもよい。ターゲット物質を溶融した状態で保持するために、図示しないヒーターがリザーバ２６１に取り付けられてもよい。

不活性ガスボンベ２６４は、配管によって圧力調節器２６３に接続されていてもよい。圧力調節器２６３は、別の配管によってリザーバ２６１の内部と連通してもよい。これらの配管を介して、不活性ガスボンベ２６４からリザーバ２６１の内部に不活性ガスが供給されてもよい。リザーバ２６１の内部へ導入された不活性ガスは、リザーバ２６１内の溶融したターゲット物質を加圧してもよい。不活性ガスがターゲット物質を加圧することにより、リザーバ２６１のノズル２６２から、液体のターゲット物質の噴流が出力されてもよい。

ノズル２６２には、図示しない加振素子が取り付けられていてもよい。加振素子により、ノズル２６２に振動が与えられてもよい。ノズル２６２に与えられた振動は、ノズル２６２から出力されたターゲット物質の噴流を分離させ、複数のドロップレット状のターゲット２７に変化させ得る。チャンバ２内に出力されたターゲット２７は、チャンバ２内のプラズマ生成領域２５に供給されてもよい。ドロップレットの生成の繰り返し周波数は、１Ｈｚ〜１００ｋＨｚ程度であってもよい。

５．２ レーザ装置
チャンバ２の外部に配置されたレーザ装置は、プリパルスレーザ装置３ａと、メインパルスレーザ装置３ｂと、を含んでいてもよい。

プリパルスレーザ装置３ａは、例えば、波長が約１μｍのパルスレーザ光を出力する固体レーザ装置であってもよい。たとえば、ＹＡＧの結晶を含むレーザ装置によって構成されてもよい。プリパルスレーザ装置３ａは、ドロップレット状のターゲット２７に照射されるプリパルスレーザ光を出力してもよい。
ＥＵＶ光生成制御部５は、ターゲット２７がプラズマ生成領域２５に到達するタイミングに合わせて、プリパルスレーザ光がプラズマ生成領域２５に照射されるように、プリパルスレーザ装置３ａを制御してもよい。

プリパルスレーザ光がターゲット２７に照射されることにより、ターゲット２７は破壊されて、分散し、あるいは少なくとも一部が蒸発し、あるいは少なくとも一部がイオン化された２次ターゲットを生成し得る。これにより、プリパルスレーザ光の照射後の、ある一定のタイミングにおいて、プラズマ生成領域２５におけるターゲット物質の原子密度が８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下となり得る。このような原子密度を実現するために、プリパルスレーザ光が１つのターゲット２７に２回以上照射して、２次ターゲットを生成してもよい。

メインパルスレーザ装置３ｂは、例えば、波長１０．６μｍ付近のパルスレーザ光を出力するＣＯ_２レーザ装置によって構成されてもよい。メインパルスレーザ装置３ｂは、図示しないマスターオシレータ及び複数の増幅器を含んでもよい。メインパルスレーザ装置３ｂは、プリパルスレーザ光によって所定範囲の原子密度となった２次ターゲットに照射される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装置３ｂとして、第２の実施形態に関して図６〜図１０を参照しながら後述されるメインパルスレーザ装置の構成が用いられてもよい。

ＥＵＶ光生成制御部５は、ターゲット２７に対するプリパルスレーザ光の照射後の、ある一定のタイミングに合わせて、メインパルスレーザ光がプラズマ生成領域２５に照射されるように、メインパルスレーザ装置３ｂを制御してもよい。
好ましくは、
メインパルスレーザ光のエネルギー密度は、１０．５Ｊ／ｃｍ^２以上、５２．３Ｊ／ｃｍ^２以下であってもよい。メインパルスレーザ光のパルス幅は、１．０ｎｓ以上、３．７ｎｓ以下。
さらに、好ましくは、
メインパルスレーザ光のエネルギー密度は、２６．２Ｊ／ｃｍ^２以上、４０．０Ｊ／ｃｍ^２以下であってもよい。メインパルスレーザ光のパルス幅は、２．０ｎｓ以上、２．６ｎｓ以下であってもよい。

メインパルスレーザ光が、原子密度８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の２次ターゲットに照射されることにより、ターゲット物質がプラズマ化され得る。
メインパルスレーザ光の繰り返し周波数は、１Ｈｚ〜１００ｋＨｚ程度であってもよい。この場合、ＥＵＶ光の出力は約数ｍＷ〜数十Ｗ程度となり得る。これにより、例えば、ＥＵＶ露光用マスク検査装置やＥＵＶ光用の光学素子の検査装置に使用される光源として、利用するのに十分なＥＵＶ光の出力を高い変換効率で得ることができる。

６．高繰り返しでパルスレーザ光を照射するＥＵＶ光生成システム
６．１ 概要
図６は、第２の実施形態に係るＥＵＶ光生成システム１１の構成例を概略的に示す一部断面図である。

第２の実施形態において、ターゲット供給部２６は、エアロゾル供給装置６５と、粉体出力部３５とを含んでもよい。粉体出力部３５は、チャンバ２に固定されていてもよい。粉体出力部３５は、エアロゾル供給装置６５から供給されるエアロゾルを、ターゲット２７としてチャンバ２内のプラズマ生成領域２５に供給してもよい。

第２の実施形態において、メインパルスレーザ装置３ｂは、複数のマスターオシレータ４１〜４６と、光路調節器４７と、複数の増幅器ＰＡ１及びＰＡ２と、リレー光学系４８と、を含んでもよい。

メインパルスレーザ装置３ｂは、例えば６００ｋＨｚの高繰り返し周波数を有するメインパルスレーザ光をプラズマ生成領域２５に照射してもよい。これにより、ＥＵＶ光生成システム１１は、露光装置において利用可能な２００Ｗ程度のＥＵＶ光を出力可能となり得る。
他の点については、第１の実施形態と同様でよい。

６．２ レーザ装置の詳細
６．２．１ マスターオシレータ
複数のマスターオシレータ４１〜４６は、後述のシングル縦モードの量子カスケードレーザであってもよい。複数の増幅器ＰＡ１及びＰＡ２は、複数のマスターオシレータ４１〜４６から出力されるパルスレーザ光の光路に直列に配置されてもよい。複数の増幅器ＰＡ１及びＰＡ２は、それぞれ、例えばＣＯ_２ガスをレーザ媒質として収容した図示しないレーザチャンバと、レーザチャンバ内に配置された図示しない一対の電極と、一対の電極間に電圧を印加する図示しない電源とを含んでいてもよい。ＥＵＶ光生成制御部５は、複数のマスターオシレータ４１〜４６と、複数の増幅器ＰＡ１及びＰＡ２とを制御してもよい。

複数のマスターオシレータ４１〜４６は、互いに異なる波長のパルスレーザ光を、光路調節器４７に向けて出力してもよい。光路調節器４７は、複数のマスターオシレータ４１〜４６から出力されたパルスレーザ光の光路を、１つの光路に合流させ、合流したパルスレーザ光を、増幅器ＰＡ１に向けて出力してもよい。増幅器ＰＡ１は、光路調節器４７から出力されたパルスレーザ光を増幅して、増幅器ＰＡ２に向けて出力してもよい。増幅器ＰＡ２は、増幅器ＰＡ１から出力されたパルスレーザ光を増幅して、リレー光学系４８に向けて出力してもよい。リレー光学系４８は、増幅器ＰＡ２から出力されたパルスレーザ光を、レーザ光進行方向制御部３４ａに向けて出力してもよい。

６．２．２ 光路調節器
図７は、図６に示される光路調節器４７の構成を具体的に示す。光路調節器４７は、グレーティングを含んでいてもよい。光路調節器４７に含まれるグレーティングは、高反射率の材料で形成された多数の溝を有する波長分散素子でもよい。グレーティングの各溝の方向は、図７の紙面に対してほぼ垂直な方向であり得る。

複数のマスターオシレータ４１〜４６は、互いに発振波長が異なっていてもよい。複数のマスターオシレータ４１〜４６から出力されたそれぞれのパルスレーザ光は高反射ミラー４７ａを介してグレーティングに、発振波長に応じてそれぞれ所定の角度で入射してもよい。ここで、それぞれの複数のマスターオシレータ４１〜４６は、グレーティングを回折したそれぞれのパルスレーザ光が互いに略同じ回折角度となるように、配置してもよい。その結果、複数のマスターオシレータからのパルスレーザ光が略同一の光路となり、増幅器ＰＡ１に入射し得る。

６．２．３ パルスレーザ光の波長と増幅器のゲインとの関係
図８は、図６に示される複数のマスターオシレータ４１〜４６から出力されるパルスレーザ光の波長と、増幅器ＰＡ１及びＰＡ２におけるゲインおよび光強度との関係を示す。増幅器ＰＡ１及びＰＡ２がＣＯ_２レーザ増幅器である場合、これらの増幅器は、Ｐ（１８）ライン、Ｐ（２０）ライン、Ｐ（２２）ライン、Ｐ（２４）ライン、Ｐ（２６）ライン、Ｐ（２８）ライン及びＰ（３０）ラインに、それぞれ増幅率のピークを有し得る。

本実施形態においては、複数のマスターオシレータ４１〜４６によって出力されるパルスレーザ光の波長を、ＣＯ_２レーザ増幅器の複数の増幅ラインにおける増幅率のピークとなる波長に、それぞれ対応させてもよい。例えば、マスターオシレータ４１は、Ｐ（１８）ラインに対応する波長１０．５７１３μｍのパルスレーザ光を出力するように設定されてもよい。マスターオシレータ４２は、Ｐ（２０）ラインに対応する波長１０．５９１２μｍのパルスレーザ光を出力するように設定されてもよい。マスターオシレータ４３は、Ｐ（２２）ラインに対応する波長１０．６１１８μｍのパルスレーザ光を出力するように設定されてもよい。マスターオシレータ４４は、Ｐ（２４）ラインに対応する波長１０．６３２４μｍのパルスレーザ光を出力するように設定されてもよい。マスターオシレータ４５は、Ｐ（２６）ラインに対応する波長１０．６５３４μｍのパルスレーザ光を出力するように設定されてもよい。マスターオシレータ４６は、Ｐ（２８）ラインに対応する波長１０．６７４８μｍのパルスレーザ光を出力するように設定されてもよい。

また、複数のマスターオシレータ４１〜４６によって出力されるパルスレーザ光の強度は、ＣＯ_２レーザ増幅器の複数の増幅ラインにおける増幅率のピーク値の逆数にそれぞれほぼ対応させてもよい。例えば、ＣＯ_２レーザ増幅器のＰ（２０）ラインは、もっとも大きい増幅率を有するので、マスターオシレータ４２は、他のマスターオシレータ４１、４３〜４６よりも弱いパルスレーザ光を出力してもよい。これにより、複数のマスターオシレータ４１〜４６によって出力されるパルスレーザ光の光強度のばらつきよりも、これらを増幅した後のパルスレーザ光の光強度のばらつきが、小さくなり得る。さらに、増幅器ＰＡ１及びＰＡ２における励起強度を調節することにより、ターゲットに照射されるパルスレーザ光のエネルギーを調節可能であってもよい。したがって、メインパルスレーザ装置から出力されるパルスレーザ光のエネルギーが目標の範囲内となるように、増幅器ＰＡ１及びＰＡ２における励起強度を調節してもよい。

６．２．４ ゲイン低下の抑制
パルスレーザ光のエネルギーからＥＵＶ光のエネルギーへの高い変換効率を得るために、パルスレーザ光のエネルギーの最適範囲が上述のように規定された場合に、ＥＵＶ光出力を向上するためには、繰り返し周波数を増大させる必要があり得る。

例えば、パルスレーザ光に含まれる１つのパルスのエネルギーを２５ｍＪとし、繰り返し周波数を１００ｋＨｚとすると、レーザ装置の出力は２．５ｋＷとなり得る。このパルスレーザ光から、７％の変換効率が得られるとすると、ＥＵＶ光の出力は１７５Ｗとなる。これに、典型的な集光効率による補正を行うと、中間集光点２９２におけるＥＵＶ光の出力は、約３８Ｗとなる。ここで、中間集光点２９２における出力を２００Ｗにまで高めようとする場合には、パルスレーザ光の繰り返し周波数を、上述の１００ｋＨｚに対して、５倍の５００ｋＨｚ、好ましくは６倍の６００ｋＨｚとする必要がある。

一方、ＣＯ_２レーザ増幅器などのガスレーザ装置においては、パルスレーザ光に含まれる１つのパルスを増幅した後、次のパルスを増幅するためのレーザゲインが回復するまでにある程度の時間を必要とする。この時間は、増幅器のガス条件や、励起条件によっても異なるが、例えば、数μｓ程度である。繰り返し周波数を６００ｋＨｚとすると、パルス時間間隔は１．７μｓにまで短くなるので、１つのパルスを増幅した後、次のパルスが入力されるまでにレーザゲインが回復せず、増幅率が低下し得る。

図９は、図６に示されるメインパルスレーザ装置３ｂにおけるパルスレーザ光出力のタイミングチャートである。複数のマスターオシレータ４１〜４６のそれぞれは、例えば、１００ｋＨｚの繰り返し周波数、すなわち、１０μｓの時間間隔で、パルスレーザ光を出力してもよい。

複数のマスターオシレータ４１〜４６によって出力されるパルスレーザ光の出力タイミングは、互いにほぼ等間隔でずれていてもよい。例えば、マスターオシレータ４２によって出力されるパルスレーザ光の出力タイミングは、マスターオシレータ４１によって出力されるパルスレーザ光の出力タイミングに対して約１．７μｓずれていてもよい。同様に、マスターオシレータ４３、４４、４５及び４６によって出力されるパルスレーザ光の出力タイミングは、約１．７μｓずつ、順次ずれていてもよい。これにより、光路調節器４７によって光路を一致させられた後のパルスレーザ光の繰り返し周波数は、約６００ｋＨｚとなり得る。

増幅器ＰＡ１及びＰＡ２において、Ｐ（１８）ラインの増幅をするとＰ（１８）ラインのレーザゲインが低下するが、他の増幅ラインについてはレーザゲインが低下するのを抑制し得る。上述の構成によれば、Ｐ（１８）ラインの増幅後に、Ｐ（１８）ラインのレーザゲインの回復を待つことなく、他の増幅ラインの増幅を行ってもよい。そして、Ｐ（１８）ラインの増幅を次に行う時までの間に、Ｐ（１８）ラインのレーザゲインを回復させてもよい。

６．２．５ マスターオシレータの例（量子カスケードレーザ）
図１０は、図６に示されるマスターオシレータ４１の構成を概略的に示す。マスターオシレータ４１は、半導体基板５１と、ガイド層５０と、活性層５２と、クラッド層５３とを含むシングル縦モードの量子カスケードレーザであってもよい。量子カスケードレーザは、サブバンド間遷移を利用した半導体レーザであり得る。サブバンドとは、量子井戸などによる量子閉じ込めにより形成される電子状態であり得る。活性層５２は、量子井戸を多段接続した構成を有しており、１つの電子で複数回の発光を行い得る。半導体基板５１とガイド層５０との境界面は、所定の溝ピッチΛを有するグレーティングを構成していてもよい。

クラッド層５３には電源部５４が接続され、電源部５４からクラッド層５３を介して活性層５２にパルス電流が供給されてもよい。この時、活性層５２で発生した光のうち、グレーティングによって波長選択されたシングル縦モードのパルスレーザ光が活性層５２で増幅され、活性層５２から出力され得る。この出力されるパルスレーザ光のパルス幅は、活性層５２に供給されるパルス電流のパルス幅によって調整可能であってもよい。したがって、メインパルスレーザ装置から出力されるパルスレーザ光のパルス幅が目標の範囲内となるように、活性層５２に供給されるパルス電流のパルス幅を調節してもよい。
半導体基板５１には、ペルチェ素子５５が接続されていてもよい。ペルチェ素子５５は、電源部５６から供給される電流により、一方の面から他方の面に熱移動する半導体素子であってもよい。半導体基板５１に取り付けられた温度センサ５８の出力に基づいてペルチェ素子５５に供給する電流を制御し、ガイド層５０及び活性層５２の温度を調整することにより、マスターオシレータ４１の発振波長を調整可能であってもよい。電源部５４及び電源部５６は、ＱＣＬ制御部５７によって制御されてもよい。ＱＣＬ制御部５７は、ＥＵＶ光生成制御部５によって制御されてもよい。
マスターオシレータ４２〜４６の構成も同様でよい。

６．３ 粉体のターゲットを供給するターゲット供給部
６．３．１ エアロゾル生成器
図１１は、図６に示されるエアロゾル供給装置６５の構成を、ＥＵＶ光生成システム１１の他の部分とともに示す。エアロゾル供給装置６５は、高圧ガスボンベ６７と、マスフローコントローラ６８と、粉体供給部６９と、エアロゾル生成器６６とを含んでもよい。

高圧ガスボンベ６７は、ヘリウムガス（Ｈｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）、水素ガス（Ｈ_２）、水素ガスを混合したヘリウムガス、水素ガスを混合したアルゴンガス、などのキャリアガスを収容していてもよい。高圧ガスボンベ６７は、ガス配管によってエアロゾル生成器６６に接続されていてもよい。高圧ガスボンベ６７とエアロゾル生成器６６との間のガス配管には、マスフローコントローラ６８が設けられていてもよい。マスフローコントローラ６８は、ＥＵＶ光生成制御部５からの制御信号に基づいて、高圧ガスボンベ６７からエアロゾル生成器６６に供給されるキャリアガスの流量を制御してもよい。

粉体供給部６９は、ターゲット物質を粉体にしてエアロゾル生成器６６の容器内に供給する機構であってもよい。粉体供給部６９は、例えば、スパッタリング法や、レーザアブレーション法などによって粉体を生成してもよい。粉体供給部６９によって生成される粉体の量及び粒径は、ＥＵＶ光生成制御部５からの制御信号に基づいて制御されてもよい。エアロゾル生成器６６は、図示しない振動機構を有し、この振動機構は、ＥＵＶ光生成制御部５からの制御信号に基づいて動作してもよい。エアロゾル生成器６６は、粉体供給部６９によって生成されたターゲット物質を含む粉体を、高圧ガスボンベ６７から供給されたキャリアガスに分散させることにより、エアロゾルを生成してもよい。

粉体出力部３５は、エアロゾル生成器６６によって生成されたエアロゾルに含まれる粉体のターゲット２７を、チャンバ２内のプラズマ生成領域２５に向けて出力してもよい。エアロゾル生成器６６からチャンバ２内にエアロゾルを供給するための力は、排気装置３６によって調整されるチャンバ２内の圧力と、高圧ガスボンベ６７から供給されるキャリアガスの圧力との差圧によって与えられてもよい。粉体のターゲット２７は、ビーム状で出力されてもよい。プラズマ生成領域２５におけるターゲット物質の原子密度が、８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下となってもよい。あるいは、プリパルスレーザ装置３ａから出力されるプリパルスレーザ光が、粉体のターゲット２７に照射されることにより、プラズマ生成領域２５におけるターゲット物質がさらに分散して、ターゲット物質の原子密度が８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下となり得る。このような原子密度のターゲット物質にメインパルスレーザ光が照射されることにより、ターゲット物質がプラズマ化してＥＵＶ光を生成してもよい。
好ましくは、メインパルスレーザ光のエネルギー密度は、１０．５Ｊ／ｃｍ^２以上、５２．３Ｊ／ｃｍ^２以下であってもよい。メインパルスレーザ光のパルス幅は、１．０ｎｓ以上、３．７ｎｓ以下であってもよい。
さらに、好ましくは、メインパルスレーザ光のエネルギー密度は、２６．２Ｊ／ｃｍ^２以上、４０．０Ｊ／ｃｍ^２以下であってもよい。メインパルスレーザ光のパルス幅は、２．０ｎｓ以上、２．６ｎｓ以下であってもよい。

プラズマ生成に伴って拡散したターゲット物質は、ＥＵＶ集光ミラー２３の反射面に付着して、ＥＵＶ集光ミラー２３によるＥＵＶ光の反射率を低下させる場合がある。そこで、ターゲット物質がスズ（Ｓｎ）を含む場合には、キャリアガスに水素ガスを含むのが好ましい。以下の式１に示されるように、水素ガスは、ＥＵＶ光が照射されると水素ラジカル（Ｈ^＊）となり得る。以下の式２に示されるように、この水素ラジカルと、ＥＵＶ集光ミラー２３に付着したスズとが反応して、常温で気体であるスタナン（ＳｎＨ_４）が生成され得る。
Ｈ_２→２Ｈ^＊ （式１）
Ｓｎ＋４Ｈ^＊→ＳｎＨ_４ （式２）
これにより、ＥＵＶ集光ミラー２３に付着したターゲット物質をエッチングし、ＥＵＶ集光ミラー２３を長寿命化し得る。

６．３．２ エアロダイナミックレンズの構成
図１２Ａは、図６に示される粉体出力部３５の構成例を概略的に示す。ターゲット供給部２６の粉体出力部３５は、エアロダイナミックレンズを含んでもよい。エアロダイナミックレンズは、内部に数段のオリフィス板を連ねた構造を有してもよい。エアロダイナミックレンズは、高圧側のエアロゾル生成器６６（図１１参照）で生成されたエアロゾルを低圧側のチャンバ２に導入し、エアロゾルに含まれる粉体をビーム状にしてチャンバ２内のプラズマ生成領域２５に出力してもよい。

エアロダイナミックレンズを用いることにより、粉体のターゲット２７がチャンバ２内に拡散することを抑制して、プラズマ生成領域２５に多くの粉体のターゲット２７を到達させることができ、粉体のターゲット２７の利用効率を向上することができる。また、粉体出力部３５とプラズマ生成領域２５との距離（ＷＤ）を長くとることができる。

６．３．３ エアロダイナミックレンズの設計例
図１２Ｂは、設計されたエアロダイナミックレンズの各部の寸法を示す。

図１２Ａに示されるように、粉体出力部３５を構成するエアロダイナミックレンズは、一端にエアロゾル生成器６６に連通する開口６０が形成され、他端にチャンバ２に連通するオリフィスが形成された管を含んでもよい。チャンバ２に連通するオリフィスは第４オリフィス６４であってもよい。エアロダイナミックレンズを構成する管の内部には、開口６０と第４オリフィス６４との間に、開口６０側から順に、第１オリフィス６１、第２オリフィス６２及び第３オリフィス６３が形成されていてもよい。

ここで、開口６０（ｎ＝０）の径をＤａ０、第１オリフィス６１（ｎ＝１）の径をＤａ１、第２オリフィス６２（ｎ＝２）の径をＤａ２、第３オリフィス６３（ｎ＝３）の径をＤａ３、第４オリフィス６４（ｎ＝４）の径をＤａ４とする。なお、開口６０の位置をｎ＝０とし、第１オリフィス６１の位置をｎ＝１とし、第２オリフィス６２の位置をｎ＝２とし、第３オリフィス６３の位置をｎ＝３とし、第４オリフィス６４の位置をｎ＝４とする。

また、開口６０と第１オリフィス６１との間の距離をＬ０、第１オリフィス６１と第２オリフィス６２との間の距離をＬ１、第２オリフィス６２と第３オリフィス６３との間の距離をＬ２、第３オリフィス６３と第４オリフィス６４との間の距離をＬ３とする。
また、開口６０と第１オリフィス６１との間における管の内径をＤｓ０、第１オリフィス６１と第２オリフィス６２との間における管の内径をＤｓ１とする。第２オリフィス６２と第３オリフィス６３との間における管の内径をＤｓ２、第３オリフィス６３と第４オリフィス６４との間における管の内径をＤｓ３とする。

一例として、キャリアガスはヘリウムガスとし、エアロゾルに含まれる粉体は直径Ｄｐが１０ｎｍであるスズの固体微粒子によって構成される粉体とする。また、第４オリフィス６４からプラズマ生成領域２５までの距離ＷＤを１００ｍｍとする。また、エアロダイナミックレンズへの入力圧力Ｐｉｎを１０１３２５Ｐａとし、チャンバ２内の圧力Ｐｏｕｔを０．１Ｐａとする。

図１２Ｂには、プラズマ生成領域２５における粉体のターゲット２７のビーム径が２８０μｍ〜４００μｍとなるように、また、粉体のターゲット２７の流速Ｖが３７０ｍ／ｓとなるように設計した結果が示されている。

このような粉体のターゲット２７に、例えば、集光スポット径が３００μｍであるパルスレーザ光を５００ｋＨｚ〜６００ｋＨｚの繰り返し周波数で照射してもよい。これにより、ＥＵＶ光を５００ｋＨｚ〜６００ｋＨｚの繰り返し周波数で生成し得る。なお、集光スポット径は、集光点の強度分布において、ピーク強度の１／ｅ^２以上の強度を有する部分の直径とする。

また、５００ｋＨｚの繰り返し周波数で照射されるパルスレーザ光の繰り返し周期は２μｓとなる。従って、粉体のターゲット２７の流速Ｖが３７０ｍ／ｓであるとすると、粉体のターゲット２７が７４０μｍ進むごとに、パルスレーザ光に含まれる１つのパルスが照射されることになる。これにより、パルスレーザ光に含まれる１つのパルスによって生成されたプラズマが、次のパルスが照射されるターゲットの軌道に大きな影響を与えることを抑制し得る。この観点から、粉体のターゲット２７の流速Ｖは、３６０ｍ／ｓ以上が好ましい。さらに、５００ｍ／ｓ以上が好ましい。

６．４ 補正光学素子
図１１を再び参照すると、プリパルスレーザ装置３ａから出力されたパルスレーザ光の光路と、メインパルスレーザ装置３ｂから出力されたパルスレーザ光の光路とに、それぞれ補正光学素子３０が配置されていてもよい。補正光学素子３０は、パルスレーザ光の光強度分布を、ガウス分布から準トップハット分布に変換する光学素子であってもよい。準トップハット分布とは、パルスレーザ光の光強度分布が実質的に均一な光強度分布を有する領域を含むことを意味し得る。

図１３は、補正光学素子３０に関する１つの例を示す概念図である。図１３に示される補正光学素子３０は、回折光学素子３０ａを含んでもよい。回折光学素子３０ａは、例えば、入射光を回折させるための微小な凹凸が形成された透明板を含んでもよい。回折光学素子３０ａの凹凸パターンは、回折光をレーザ光集光光学系２２ｂによって集光した場合に、集光点において光強度分布を均一化させるように設計されてもよい。これにより、光強度分布が準トップハット分布であるプリパルスレーザ光又はメインパルスレーザ光が、粉体のターゲット２７に照射され得る。

図１４は、補正光学素子３０に関する別の例を示す概念図である。図１４に示す補正光学素子３０は、位相シフト光学系３０ｂを含んでもよい。位相シフト光学系３０ｂは、例えば、中央部を周辺部より肉厚とした透明板を含んでもよい。位相シフト光学系３０ｂは、中央部を透過する光と周縁部を透過する光との間に位相差πを与えてもよい。これにより、光強度分布がガウス分布である入射光が、エアリー関数に近似した電界強度分布を有する光に変換されて、位相シフト光学系３０ｂから出力され得る。

そして、例えば、レーザ光集光光学系２２ｂの後焦点の位置がターゲット２７の通過経路上のある点と一致するように当該レーザ光集光光学系２２ｂを配置し、当該レーザ光集光光学系２２ｂの前焦点の位置に位相シフト光学系３０ｂを配置してもよい。これにより、光強度分布がエアリー関数をフーリエ変換した準トップハット分布であるプリパルスレーザ光又はメインパルスレーザ光が、粉体のターゲット２７に照射され得る。ここでは透過型の位相シフト光学系３０ｂが用いられる例について説明したが、これに限らず、反射型の位相シフト光学系が用いられてもよい。

図１５は、補正光学素子３０に関するさらなる別の例を示す概念図である。図１５に示される補正光学素子３０は、所定形状の開口を有するマスク３０ｃを含んでもよい。マスク３０ｃと、コリメータレンズ３０ｄと、レーザ光集光光学系２２ｂとにより、縮小投影光学系が構成されてもよい。マスク３０ｃは、入射するパルスレーザ光の光強度分布が所定の均一性を有する領域の光のみを透過させ得る。縮小投影光学系は、マスク３０ｃの開口部分の像をコリメータレンズ３０ｄとレーザ光集光光学系２２ｂとによってターゲット２７に縮小投影して結像させてもよい。これにより、光強度分布が準トップハット分布であるプリパルスレーザ光又はメインパルスレーザ光が、粉体のターゲット２７に照射され得る。

図１６は、補正光学素子３０に関するさらなる別の例を示す概念図である。図１６に示す補正光学素子３０は、多数の凹レンズが配列されたフライアイレンズ３０ｅを含んでもよい。フライアイレンズ３０ｅと、コリメータレンズ３０ｄと、レーザ光集光光学系２２ｂにより、ケイラー照明光学系が構成されてもよい。ケイラー照明光学系では、入射光をフライアイレンズ３０ｅの各々の凹レンズによって各々所定の角度で広げ、その光を、コリメータレンズ３０ｄと、レーザ光集光光学系２２ｂとによって集光することにより、重ね合わせることができる。その結果、パルスレーザ光の光強度分布を略均一化させることができる。これにより、光強度分布が準トップハット分布であるプリパルスレーザ光又はメインパルスレーザ光が、粉体のターゲット２７に照射され得る。ここでは透過型のフライアイレンズ３０ｅを用いる例について説明したが、これに限らず、反射型のフライアイ光学系が用いられてもよい。また、フライアイレンズは多数の凸レンズが配列されたものでもよいし、微小なレンズで構成されたマイクロフライアイレンズでもよい。

７．レーザ装置の変形例（第３の実施形態）
７．１ マスターオシレータ
図１７は、第３の実施形態に係るＥＵＶ光生成システムにおいて用いられるメインパルスレーザ装置３ｃの構成を概略的に示す。第３の実施形態において、メインパルスレーザ装置３ｃは、能動モードロックレーザ装置を含むマスターオシレータ４０ａと、パルスピッカー７６と、増幅器ＰＡ１とを含んでもよい。図１７においては図示を省略したが、メインパルスレーザ装置３ｃは、複数の増幅器を含んでもよい。

マスターオシレータ４０ａは、高反射ミラー７０と部分反射ミラー７１とによって構成される光共振器を含んでもよい。高反射ミラー７０と部分反射ミラー７１との間に、ＣＯ_２レーザ放電管７２と、音響光学素子７４とが、この順に高反射ミラー７０側から配置されていてもよい。

ＣＯ_２レーザ放電管７２の内部には、一対の電極７２ａ及び７２ｂが配置されていてもよい。ＣＯ_２レーザ放電管７２は、ＣＯ_２ガスを含むレーザ媒体を封入していてもよい。ＣＯ_２レーザ放電管７２には、一対のウインドウ７２ｃ及び７２ｄが取り付けられていてもよい。一対のウインドウ７２ｃ及び７２ｄは、一方のウインドウ７２ｃから他方のウインドウ７２ｄに向けて通過するレーザ光の入射角度がブリュースタ角となるように配置されてもよい。一対の電極７２ａ及び７２ｂは、ＣＯ_２レーザ放電管７２の外部に配置された高周波電源７３に電気的に接続されていてもよい。高周波電源７３から供給される高周波電圧により、一対の電極７２ａ及び７２ｂの間に放電が発生し、この放電によってレーザ媒体が励起されて光が生成されてもよい。

ＣＯ_２レーザ放電管７２において生成される光は、複数の縦モード（周波数成分）を含んでもよい。高反射ミラー７０は、ＣＯ_２レーザ放電管７２から放出された光を高い反射率で反射して、ＣＯ_２レーザ放電管７２に入射させてもよい。ＣＯ_２レーザ放電管７２に入射した光は、ＣＯ_２レーザ放電管７２において増幅されてＣＯ_２レーザ放電管７２から放出されてもよい。

部分反射ミラー７１は、ＣＯ_２レーザ放電管７２内で生成及び増幅された光の一部を、光共振器の外部に向けて透過させ、残りの一部を、ＣＯ_２レーザ放電管７２内でさらに増幅されるように、ＣＯ_２レーザ放電管７２に向けて反射してもよい。

音響光学素子７４は、音響光学媒体７４ａと、圧電素子７４ｂと、を含んでもよい。圧電素子７４ｂには、ドライバ７５から高周波電圧が供給されてもよい。圧電素子７４ｂに高周波電圧が供給されることにより、圧電素子７４ｂから超音波が発生し、音響光学媒体７４ａの内部に粗密波として伝達されてもよい。この粗密波は、音響光学媒体７４ａの内部における光の屈折率を変化させてもよい。圧電素子７４ｂから音響光学媒体７４ａの内部に伝達される超音波の周波数は、例えば、１５０ＭＨｚであってもよい。音響光学媒体７４ａの内部における光の屈折率の変化により、光共振器内を往復するレーザ光の切り出しが行われてもよい。

音響光学素子７４によってレーザ光の切り出しが行われると、光共振器内を往復するレーザ光がパルスレーザ光となり得る。パルスレーザ光は、ＣＯ_２レーザ放電管７２を通過するときに一層増幅され、光共振器内を往復するたびに、より強いパルスレーザ光となり得る。ここで、例えば、光共振器の共振器長Ｌを１ｍとし、光速ｃを３×１０^８ｍ／ｓとしたとき、パルスレーザ光の繰り返し周波数ｆは、以下の式により得られる。すなわち、パルスレーザ光は光共振器内を１秒間で１．５×１０^８回、往復し得る。
ｆ＝ｃ／２Ｌ
＝３×１０^８／２
以上の構成により、パルスレーザ光が光共振器内を１往復するための所要時間と、音響光学媒体７４ａの内部における屈折率の変更周期とを一致させることにより、所望の高い繰り返し周波数を有するパルスレーザ光が、光共振器から出力され得る。
ここで、このマスターオシレータ４０ａから出力されるパルスレーザ光のパルス幅は、ＣＯ_２レーザ放電管７２のＣＯ_２レーザガスの圧力を調節することにより変化し得る。この理由は、ＣＯ_２レーザガスの圧力によって、増幅波長領域の幅が変化するので、モードロックされたパルスレーザ光のパルス幅は変化するためである。したがって、メインパルスレーザ装置から出力されるパルスレーザ光のパルス幅を目標の範囲内となるように、マスターオシレータのＣＯ_２レーザガスの圧力を調節してもよい。

７．２ パルスピッカー
図１８は、図１７に示されるパルスピッカー７６の第１の構成例を概略的に示す。パルスピッカー７６は、ポッケルスセル７７と、一対の偏光素子７８ａ及び７８ｂと、ドライバ７９とを含んでもよい。ポッケルスセル７７は、マスターオシレータ４０ａから出力されたパルスレーザ光の光路に配置されてもよい。ポッケルスセル７７は、ドライバ７９によって電圧を印加されたときに、ポッケルスセル７７を通過するパルスレーザ光の偏光状態を変更可能であってもよい。一対の偏光素子７８ａ及び７８ｂは、パルスレーザ光の光路に、ポッケルスセル７７を挟んで配置されてもよい。一対の偏光素子７８ａ及び７８ｂは、それらによって選択される偏光面が互いに直交するように配置されていてもよい。

マスターオシレータ４０ａから出力されたパルスレーザ光は、一対のウインドウ７２ｃ及び７２ｄがブリュースタ角で図１７に示されるように配置されているので、Ｙ方向に平行な偏光面を有する直線偏光となり得る。このパルスレーザ光は、一方の偏光素子７８ａを通過し得る。

ポッケルスセル７７にドライバ７９から電圧が印加されていないとき、ポッケルスセル７７は、パルスレーザ光の偏光状態を変更させずにパルスレーザ光を通過させてもよい。このパルスレーザ光は、他方の偏光素子７８ｂを通過せずに、反射又は吸収されてもよい。

ポッケルスセル７７にドライバ７９から電圧が印加されているとき、ポッケルスセル７７は、パルスレーザ光の偏光状態を、Ｙ方向に平行な偏光面を有する直線偏光から、楕円偏光又はＸ方向に平行な偏光面を有する直線偏光に変化させてもよい。このパルスレーザ光の少なくとも一部は、他方の偏光素子７８ｂを通過して、Ｘ方向に平行な偏光面を有する直線偏光として増幅器ＰＡ１に入射してもよい。

図１９は、ポッケルスセル７７に印加される電圧と、パルスレーザ光との関係を示す。
マスターオシレータ４０ａから出力されたパルスレーザ光は、一方の偏光素子７８ａを通過するが、ポッケルスセル７７に印加される電圧の制御によって、選択的に通過させ得る。音響光学素子７４（図１７参照）において音響光学媒体７４ａの内部に伝達される超音波の周波数及び位相に対応して、ポッケルスセル７７に印加される電圧の周波数及び位相が決定されてもよい。超音波の周波数が例えば１５０ＭＨｚである場合に、ポッケルスセル７７に印加される電圧の周波数が６００ｋＨｚであってもよい。すなわち、マスターオシレータ４０ａから２５０パルスのパルスレーザ光が出力されるごとに、パルスピッカー７６が１パルスのパルスレーザ光を通過させてもよい。

また、ポッケルスセル７７に印加される電圧の大きさを制御することにより、他方の偏光素子７８ｂを通過するパルスレーザ光の光強度が制御されてもよい。図１９に実線で示されるように、ポッケルスセル７７に印加される電圧が大きい場合に、他方の偏光素子７８ｂを通過するパルスレーザ光の光強度が大きくなり得る。図１９に２種類の破線で示されるように、ポッケルスセル７７に印加される電圧が小さくなるほど、他方の偏光素子７８ｂを通過するパルスレーザ光の光強度が小さくなり得る。

７．３ 再生増幅器
図２０及び図２１は、図１７に示されるパルスピッカー７６の第２の構成例を概略的に示す。第２の構成例において、パルスピッカー７６は、再生増幅器８０を含んでもよい。すなわち、パルスピッカー７６は、パルスレーザ光の間引きだけでなく、パルスレーザ光の増幅を行ってもよい。

図２０及び図２１に示されるように、再生増幅器８０は、一対の高反射ミラー８１ａ及び８１ｂによって構成される光共振器を含んでもよい。一対の高反射ミラー８１ａ及び８１ｂの間に、１／４波長板８２と、ＣＯ_２レーザ放電管８３と、偏光ビームスプリッタ８４と、ポッケルスセル８５とが、この順で高反射ミラー８１ａ側から順に配置されていてもよい。

ＣＯ_２レーザ放電管８３及びその内部の構成は、図１７に示されたＣＯ_２レーザ放電管７２のものと同様でよい。ＣＯ_２レーザ放電管８３の内部の一対の電極７２ａ及び７２ｂは、ＣＯ_２レーザ放電管８３の外部に配置された高周波電源８６に電気的に接続されていてもよい。高周波電源８６から供給される高周波電圧により、一対の電極７２ａ及び７２ｂの間に放電が発生し、この放電によってＣＯ_２レーザ放電管８３の内部のレーザ媒体が励起されてもよい。ＣＯ_２レーザ放電管８３に入射した光は、ＣＯ_２レーザ放電管８３において増幅されてＣＯ_２レーザ放電管８３から放出されてもよい。

ポッケルスセル８５は、ドライバ８７によって電圧を印加されたときに、ポッケルスセル８５を通過するパルスレーザ光の偏光状態を変更可能であってもよい。ポッケルスセル８５による偏光状態の変更は、直線偏光から円偏光への変更、又は、円偏光から直線偏光への変更であってもよい。直線偏光のパルスレーザ光がポッケルスセル８５を通過して円偏光となり、その後再度ポッケルスセル８５を通過したときに、パルスレーザ光は、最初の直線偏光に対して偏光面が９０度回転した直線偏光となってもよい。

図２０は、ドライバ８７によってポッケルスセル８５に電圧が印加されていない場合のパルスレーザ光の光路を示している。
マスターオシレータ４０ａから出力されたパルスレーザ光Ｂ１は、紙面に垂直な偏光面を有する直線偏光であってもよい。パルスレーザ光Ｂ１は、偏光ビームスプリッタ８４によって反射されて、パルスレーザ光Ｂ２としてポッケルスセル８５に入射してもよい。パルスレーザ光Ｂ２は、ドライバ８７によってポッケルスセル８５に電圧が印加されていない状態においては、偏光面の向きを維持したままポッケルスセル８５を透過し、パルスレーザ光Ｂ３として高反射ミラー８１ｂに入射してもよい。

パルスレーザ光Ｂ３は、高反射ミラー８１ｂによって反射されて、パルスレーザ光Ｂ４としてポッケルスセル８５に入射してもよい。パルスレーザ光Ｂ４は、偏光面の向きを維持したままポッケルスセル８５を透過し、パルスレーザ光Ｂ５として偏光ビームスプリッタ８４に入射してもよい。パルスレーザ光Ｂ５は、偏光ビームスプリッタ８４によって反射されて、パルスレーザ光Ｂ６として、一度も増幅されることなく再生増幅器８０から出力されてもよい。

図２１は、ドライバ８７によってポッケルスセル８５に電圧が印加されている場合のパルスレーザ光の光路を示している。
マスターオシレータ４０ａから出力されたパルスレーザ光Ｂ１は、紙面に垂直な偏光面を有する直線偏光であってもよい。パルスレーザ光Ｂ１は、偏光ビームスプリッタ８４によって反射されて、パルスレーザ光Ｂ２としてポッケルスセル８５に入射してもよい。パルスレーザ光Ｂ２は、ドライバ８７によってポッケルスセル８５に電圧が印加されている状態においては、ポッケルスセル８５を透過する際に円偏光に変化し、パルスレーザ光Ｂａ３として高反射ミラー８１ｂに入射してもよい。

パルスレーザ光Ｂａ３は、高反射ミラー８１ｂによって反射されて、パルスレーザ光Ｂａ４としてポッケルスセル８５に入射してもよい。パルスレーザ光Ｂａ４は、ポッケルスセル８５を透過する際に、紙面に平行な偏光面を有する直線偏光に変化し、パルスレーザ光Ｂａ５として偏光ビームスプリッタ８４に入射してもよい。パルスレーザ光Ｂａ５は、偏光ビームスプリッタ８４を透過し、パルスレーザ光Ｂａ６として、ＣＯ_２レーザ放電管８３に入射してもよい。

パルスレーザ光Ｂａ６は、ＣＯ_２レーザ放電管８３において増幅されて、１／４波長板８２に入射してもよい。パルスレーザ光Ｂａ６は、１／４波長板８２を透過する際に円偏光に変化し、パルスレーザ光Ｂａ７として高反射ミラー８１ａに入射してもよい。

パルスレーザ光Ｂａ７は、高反射ミラー８１ａによって反射されて、パルスレーザ光Ｂａ８として１／４波長板８２に入射してもよい。パルスレーザ光Ｂａ８は、１／４波長板８２を透過する際に、紙面に垂直な偏光面を有する直線偏光に変化し、パルスレーザ光Ｂａ９として、ＣＯ_２レーザ放電管８３に入射してもよい。
パルスレーザ光Ｂａ９は、ＣＯ_２レーザ放電管８３において増幅されて、偏光ビームスプリッタ８４に入射してもよい。パルスレーザ光Ｂａ９は、偏光ビームスプリッタ８４によって反射されて、パルスレーザ光Ｂ１０として、再生増幅器８０から増幅器ＰＡ１に向けて出力されてもよい。

以上述べたように、ポッケルスセル８５に電圧を印加したときのみ、パルスレーザ光が増幅されて、増幅器ＰＡ１に向けて出力されてもよい。
本開示は上述のものに限定されず、図１８に示されるパルスピッカー７６と図２０に示される再生増幅器８０との両方がパルスレーザ光の光路に配置されていてもよい（図２３参照）。

８．レーザ装置の変形例（第４の実施形態）
図２２は、第４の実施形態に係るＥＵＶ光生成システムにおいて用いられるメインパルスレーザ装置３ｄの構成を概略的に示す。第４の実施形態において、メインパルスレーザ装置３ｄは、受動モードロックレーザ装置を含むマスターオシレータ４０ｂと、光センサモジュール８８と、パルスピッカー７６とを含んでもよい。図２２においては図示を省略したが、メインパルスレーザ装置３ｄは、少なくとも１つの増幅器をさらに含んでもよい。

マスターオシレータ４０ｂは、音響光学素子７４及びドライバ７５の代わりに、可飽和吸収セル８９を含む点で、図１７に示されるマスターオシレータ４０ａと異なってもよい。他の点については図１７に示されるマスターオシレータ４０ａと同様でよい。可飽和吸収セル８９は、入射光が所定の閾値より弱い間は入射光をほぼ吸収し、入射光がその閾値以上に強くなると、入射光を高い透過率で透過させてもよい。これにより、ＣＯ_２レーザ放電管７２において生成される光に含まれる複数の縦モードの位相がそろったタイミングで、瞬間的に強度が高くなった光のみが、可飽和吸収セル８９を透過し得る。

こうして、複数の縦モードの光の位相が相対的に固定されたパルスレーザ光が、光共振器内を往復することにより、増幅され得る。増幅されたパルスレーザ光は部分反射ミラー７１から周期的に出力され得る。このパルスレーザ光の繰り返し周波数ｆは、次の式に示されるように、光共振器の共振器長Ｌと光速ｃとに依存し得る。
ｆ＝ｃ／２Ｌ

光センサモジュール８８は、ビームスプリッタ８８ａと、光センサ８８ｂと、を含んでもよい。ビームスプリッタ８８ａは、マスターオシレータ４０ｂから出力されたパルスレーザ光の一部を反射し、他の一部をパルスピッカー７６に向けて高い透過率で透過させてもよい。ビームスプリッタ８８ａによって反射されたパルスレーザ光は、光センサ８８ｂの受光面に入射してもよい。光センサ８８ｂは、パルスレーザ光の検出タイミングを示す信号をＥＵＶ光生成制御部５に出力してもよい。ＥＵＶ光生成制御部５は、光センサ８８ｂから受信した信号に基づいて、パルスピッカー７６を制御してもよい。例えば、マスターオシレータ４０ｂから２５０パルスのパルスレーザ光が出力されるごとに、パルスピッカー７６が１パルスのパルスレーザ光を通過させてもよい。
他の点については、図１７に示されるメインパルスレーザ装置３ｃと同様でよい。

９．レーザ装置の変形例（第５の実施形態）
図２３は、第５の実施形態に係るＥＵＶ光生成システムにおいて用いられるメインパルスレーザ装置３ｅの構成を概略的に示す。第５の実施形態において、メインパルスレーザ装置３ｅは、マスターオシレータ４０ｃと、複数の増幅システムＰＡＳ１、ＰＡＳ２及びＰＡＳ３とを含んでもよい。複数の増幅システムＰＡＳ１、ＰＡＳ２及びＰＡＳ３の各々は、パルスピッカー７６と、少なくとも１つの増幅器ＰＡとを含んでいてもよい。

マスターオシレータ４０ｃは、能動モードロックレーザ装置又は受動モードロックレーザ装置を含んでもよい。すなわち、マスターオシレータ４０ｃは、図１７に示されるマスターオシレータ４０ａと同様のものでもよいし、図２２に示されるマスターオシレータ４０ｂと同様のものでもよい。

マスターオシレータ４０ｃから出力されたパルスレーザ光の光路に、ビームスプリッタ９０ａが配置されていてもよい。ビームスプリッタ９０ａは、マスターオシレータ４０ｃから出力されたパルスレーザ光の一部を増幅システムＰＡＳ１のパルスピッカー７６に向けて透過させ、他の一部を反射してもよい。この場合に、反射光は、透過光の２倍の強度を有してもよい。マスターオシレータ４０ｃとビームスプリッタ９０ａとの間に、別のパルスピッカー７６０が配置されていてもよい。

ビームスプリッタ９０ａによって反射されたパルスレーザ光の光路に、ビームスプリッタ９０ｂが配置されていてもよい。ビームスプリッタ９０ｂは、ビームスプリッタ９０ａによって反射されたパルスレーザ光の一部を増幅システムＰＡＳ２のパルスピッカー７６に向けて反射し、他の一部を透過させてもよい。この場合に、反射光と透過光とは同等の強度を有してもよい。

ビームスプリッタ９０ｂを透過したパルスレーザ光の光路に、高反射ミラー９０ｃが配置されていてもよい。高反射ミラー９０ｃは、ビームスプリッタ９０ｂを透過したパルスレーザ光を増幅システムＰＡＳ３のパルスピッカー７６に向けて高い反射率で反射してもよい。

複数の増幅システムＰＡＳ１、ＰＡＳ２及びＰＡＳ３の各々において、パルスピッカー７６は、パルスレーザ光の繰り返し周波数が例えば２００ｋＨｚとなるようにパルスレーザ光を間引きしてもよい。また、増幅システムＰＡＳ２のパルスピッカー７６を通過するパルスレーザ光は、増幅システムＰＡＳ１のパルスピッカー７６を通過するパルスレーザ光よりも１．７μｓ遅れていてもよい。増幅システムＰＡＳ３のパルスピッカー７６を通過するパルスレーザ光は、増幅システムＰＡＳ２のパルスピッカー７６を通過するパルスレーザ光よりも１．７μｓ遅れていてもよい。

複数の増幅システムＰＡＳ１、ＰＡＳ２及びＰＡＳ３の各々において、パルスピッカー７６を通過したパルスレーザ光の光路に、少なくとも１つの増幅器ＰＡが配置されていてもよい。少なくとも１つの増幅器ＰＡを通過して増幅されたパルスレーザ光は、複数の増幅システムＰＡＳ１、ＰＡＳ２及びＰＡＳ３の各々から出力されてもよい。

複数の増幅システムＰＡＳ１、ＰＡＳ２及びＰＡＳ３から出力されたパルスレーザ光の光路に、それぞれ、高反射ミラー９１、９２及び９３が配置されてもよい。高反射ミラー９１、９２及び９３は、それぞれに入射したパルスレーザ光を、光路調節器９４に向けて反射してもよい。光路調節器９４は、高反射ミラー９１、９２及び９３からそれぞれ入射したパルスレーザ光を、プラズマ生成領域２５に集光してもよい。

以上の構成により、光路調節器９４は、繰り返し周波数６００ｋＨｚのパルスレーザ光を、プラズマ生成領域２５に集光させてもよい。複数の増幅システムＰＡＳ１、ＰＡＳ２及びＰＡＳ３の各々においては、繰り返し周波数２００ｋＨｚのパルスレーザ光を増幅しているので、レーザゲインが回復するのに十分な時間を確保し得る。

上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。

本明細書及び添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「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。

Claims (6)

1. チャンバと、
   前記チャンバ内の所定領域に、原子密度８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下のターゲットを供給するように構成されたターゲット供給部と、
   前記所定領域に、前記所定領域におけるエネルギー密度１０．５Ｊ／ｃｍ^２以上、５２．３Ｊ／ｃｍ^２以下のパルスレーザ光を照射するレーザ装置と、
   を備える極端紫外光生成システム。
2. 前記レーザ装置は、エネルギー７．４ｍＪ以上、３７ｍＪ以下のパルスレーザ光を照射する、
   請求項１記載の極端紫外光生成システム。
3. 前記レーザ装置は、パルス幅１．０ｎｓ以上、３．７ｎｓ以下のパルスレーザ光を照射する、
   請求項１記載の極端紫外光生成システム。
4. 前記レーザ装置は、繰り返し周波数５００ｋＨｚ以上でパルスレーザ光を照射し、
   前記ターゲット供給部は、速度３７０ｍ／ｓ以上のターゲットを供給する、
   請求項１記載の極端紫外光生成システム。
5. 前記ターゲット供給部は、粉体のターゲットを供給する、
   請求項１記載の極端紫外光生成システム。
6. チャンバ内の所定領域に、原子密度８．０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下のターゲットを供給し、
   前記所定領域に、前記所定領域におけるエネルギー密度１０．５Ｊ／ｃｍ^２以上、５２．３Ｊ／ｃｍ^２以下のパルスレーザ光を照射する、
   極端紫外光生成方法。

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