JP6381520B2 - 極端紫外光生成装置及びパルスレーザ光の集光ビーム計測装置 - Google Patents

極端紫外光生成装置及びパルスレーザ光の集光ビーム計測装置 Download PDF

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Description

本開示は、極端紫外（ＥＵＶ）光を生成するための装置、及びパルスレーザ光の集光ビームを計測するための装置に関する。
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）光を生成するための極端紫外光生成装置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：レーザ励起プラズマ）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。
特開２０１２−１７８５３４号公報 特開２０１２−１９９５１２号公報 米国特許出願公開第２０１２／０２２３２５６号明細書 米国特許第５０１７０１２号明細書
概要
本開示による極端紫外光生成装置は、内部に所定のガスを含むチャンバと、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光の光路上に配置され、パルスレーザ光を集光する集光光学系と、パルスレーザ光の光路の軸外に設けられ、集光光学系により集光されたパルスレーザ光が所定のガスに照射されることによってチャンバの内部で生成されたプラズマ発光の像を撮像する撮像部と、撮像部から得られたプラズマ発光像に基づいて、パルスレーザ光の集光位置及び集光幅を計測する計測部とを備えてもよい。撮像部は、第１の方向に向けられた第１の撮像部と、第１の方向とは異なる第２の方向に向けられた第２の撮像部とを含んでもよい。
本開示によるパルスレーザ光の集光ビーム計測装置は、極端紫外光の生成に用いられるパルスレーザ光の集光ビームを計測する装置であって、パルスレーザ光の光路の軸外に設けられ、所定のガスにパルスレーザ光が照射されることによって生成されたプラズマ発光の像を撮像する撮像部と、撮像部から得られたプラズマ発光像に基づいて、パルスレーザ光の集光位置及び集光幅を計測する計測部とを備えてもよい。
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光生成システムの一構成例を概略的に示す。 図２は、本開示の第１の実施形態に係るパルスレーザ光の集光ビーム計測装置の一構成例を概略的に示す。 図３は、集光ビームを計測する場合に得られる画像データの一例を模式的に示す。 図４は、集光ビームを計測する場合の発振トリガ、パルスレーザ光、プラズマ発光光、及びシャッタトリガの一例を示すタイミングチャートである。 図５は、計測制御部によるメインの処理動作の一例を示すフローチャートである。 図６は、集光ビームを計測する場合の画像取り込み範囲の一例を示す。 図７は、画像の取り込み処理のサブルーチンの一例を示すフローチャートである。 図８は、ビームウエスト位置とビームウエスト全幅とを計算する処理のサブルーチンの一例を示すフローチャートである。 図９は、ビームウエスト位置とビームウエスト全幅との計算過程の一例を示す説明図である。 図１０は、ビームウエストの中心位置と全幅とを計算する処理のサブルーチンの一例を示すフローチャートである。 図１１は、シャッタトリガ生成の変形例を示す。 図１２は、第１の実施形態の第２の変形例に係る集光ビーム計測装置のＹＺ断面内の一構成例を概略的に示す。 図１３は、第２の変形例に係る集光ビーム計測装置のＹＸ断面内の一構成例を概略的に示す。 図１４は、第２の変形例に係る集光ビーム計測装置における計測制御部の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図１５は、パルスレーザ光の集光ビーム計測装置を含むＥＵＶ光生成装置の一構成例を概略的に示す。 図１６は、図１５に示したパルスレーザ光の集光ビーム計測装置を含むＥＵＶ光生成装置のＹ２−Ｙ２’線断面内の一構成例を概略的に示す。 図１７は、パルスレーザ光の集光ビーム計測装置を含むＥＵＶ光生成装置において、集光ビームを計測する場合の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図１８は、不活性ガスの圧力とプラズマ生成との関係の一例を示す。 図１９は、制御部のハードウエア環境の一例を示す。
実施形態
＜内容＞
［１．概要］
［２．ＥＵＶ光生成装置の全体説明］
２．１ 構成
２．２ 動作
［３．パルスレーザ光の集光ビーム計測装置］（第１の実施形態）
３．１ 構成
３．２ 動作
３．２．１ 全体の動作
３．２．２ 計測制御部のメインフロー
３．２．３ 画像データの取り込み処理
３．２．４ ビームウエスト位置Ｐｗとビームウエスト全幅Ｄｗの計算
３．３ 作用
３．４ 第１の実施形態の第１の変形例（シャッタトリガ生成の変形例）
３．４．１ 構成
３．４．２ 動作
３．４．３ 作用
３．５ 第１の実施形態の第２の変形例（２つのカメラを含む実施形態）
３．５．１ 構成
３．５．２ 動作
３．５．３ 作用
３．６ その他の変形例
［４．パルスレーザ光の集光ビーム計測装置を含むＥＵＶ光生成装置］（第２の実施形態）
４．１ 構成
４．２ 動作
４．２．１ ＥＵＶ光生成時の動作
４．２．２ 集光ビーム計測時の動作
４．３ 作用
［５．その他］
５．１ 不活性ガスの圧力とプラズマ生成との関係
５．２ 制御部のハードウエア環境
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］
本開示は、不活性ガス中にパルスレーザ光を集光したときに生成されたプラズマ発光の像を計測する装置に関する。
［２．ＥＵＶ光生成システムの全体説明］
２．１ 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装置として例えばターゲット供給部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、キセノン、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が設けられてもよい。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又はその近傍に位置し、その第２の焦点が露光装置の仕様によって規定される所望の集光位置である中間集光点（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を含むことができる。またＥＵＶ光生成制御部５は、ターゲットセンサ４等を含むことができる。ターゲットセンサ４は、ターゲット２７の存在、軌跡、位置、及び速度の内の少なくとも１つを検出しても良い。ターゲットセンサ４は、撮像機能を有していても良い。
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の内部とを連通する接続部２９を含んでもよい。接続部２９内部には、アパーチャ２９３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２９３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、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、この光学素子の位置、姿勢等を調整するためのアクチュエータとを備えてもよい。
２．２ 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つのレーザ光の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内部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と共にＥＵＶ光２５１が放射され得る。ＥＵＶ光２５１は、ＥＵＶ集光ミラー２３によって反射されると共に集光されてもよい。ＥＵＶ集光ミラー２３によって反射されたＥＵＶ光２５２は、中間集光点２９２を通って、露光装置６に出力されてもよい。なお、１つのターゲット２７に、パルスレーザ光３３に含まれる複数のパルスが照射されてもよい。
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の制御、及びターゲット２７の出力方向の制御の内の少なくとも１つ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の発振タイミングの制御、パルスレーザ光３２の進行方向の制御、及びパルスレーザ光３３の集光位置の制御の内の少なくとも１つ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。
［３．パルスレーザ光の集光ビーム計測装置］（第１の実施形態）
３．１ 構成
図２は、第１の実施形態に係るパルスレーザ光の集光ビーム計測装置の一構成例を示している。図３は、集光ビームを計測する場合に得られる画像データとしてプラズマ発光像データの一例を模式的に示している。
第１の実施形態に係る集光ビーム計測装置は、チャンバ２及びレーザ装置３と共に用いられてもよい。この集光ビーム計測装置は、カメラ４０と、計測制御部５３と、遅延回路７１と、ワンショット回路７２とを含んでもよい。
レーザ装置３は、パルスレーザ光３１を出力するレーザ発振器と、パルスレーザ光３１を増幅する複数の増幅器とを含んでいてもよい。レーザ発振器及び増幅器はＣＯ2レーザガスを含むものであってもよい。レーザ装置３から出力されるパルスレーザ光３１は、パルスエネルギーが５０ｍＪ〜４００ｍＪ、パルス幅が１０ｎｓ〜２５ｎｓであってもよい。レーザ発振器には、発振トリガＴＧ１が入力されていてもよい。
チャンバ２は、ウインドウ２１と、レーザ集光光学系２２ａと、ダンパ４４と、ウインドウ４３とを含んでいてもよい。ウインドウ２１はチャンバ２の壁に配置してもよい。ウインドウ２１と、レーザ集光光学系２２ａと、ダンパ４４とは、レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光３１の光路上に、パルスレーザ光３１の進行方向に沿ってこの順番で、それぞれ配置してもよい。
ウインドウ２１は、ＣＯ2レーザ光が透過するダイヤモンドウインドウであってもよい。ウインドウ４３は、レーザ集光光学系２２ａによるパルスレーザ光３１のビームウエストで生成されるプラズマ発光の像を、パルスレーザ光３１の光路の軸外からカメラ４０で計測できるようにチャンバ２の壁に配置してもよい。例えば、ウインドウ４３は、パルスレーザ光３１の光路軸に対して略直交する方向からカメラ４０でパルスレーザ光３１のビームウエストで生成されるプラズマ発光の像を計測できるように配置してもよい。なお、パルスレーザ光３１のビームウエストはプラズマ生成領域２５或いはその近傍に設定されるとよい。
レーザ集光光学系２２ａは、パルスレーザ光３１を透過する集光レンズであってもよい。レーザ集光光学系２２ａは、複数のレンズを組み合わせた光学系であってもよい。その場合、レンズの材質はＺｎＳｅであってもよい。或いは、レーザ集光光学系２２ａは、複数のミラーを組み合わせた光学系であってもよい。レーザ集光光学系２２ａの解像力は、７０μｍ〜３００μｍとなるよう設計されてもよい。
チャンバ２内には、所定のガスとして、あらかじめ所定の圧力の不活性ガス３７が充填されていてもよい。その場合、不活性ガス３７は、例えばＡｒガスで、圧力は、例えば８ｋＰａ〜１４０ｋＰａの範囲の所定の圧力であってもよい。不活性ガス３７の圧力は、パルスレーザ光３１の光強度に応じて調節されてもよい。
計測制御部５３は、発振トリガＴＧ１の信号をレーザ装置３及び遅延回路７１に出力してもよい。遅延回路７１は、ワンショット回路７２に信号を出力してもよい。ワンショット回路７２は、所定のパルス幅のシャッタトリガＴＧ２の信号をイメージセンサ４１に出力してもよい。
カメラ４０は、転写光学系４２と、イメージセンサ４１とを含んでいてもよい。転写光学系４２とイメージセンサ４１は、パルスレーザ光３１のビームウエストで生成されたプラズマ発光の像がイメージセンサ４１の受光面上に結像するように配置してもよい。転写光学系４２は、パルスレーザ光３１の集光ビームのビーム径が計測できる解像力の組レンズで構成してもよい。イメージセンサ４１は、イメージインテンシファイヤ付きのＣＣＤ（Charge Coupled Device）であってもよい。イメージセンサ４１は、高速シャッタ付きのイメージセンサであって、シャッタトリガＴＧ２の信号によって、所定時間シャッタを開けて、閉じる機能を持っていてもよい。
イメージセンサ４１と計測制御部５３は、イメージセンサ４１で撮像された画像データＤ１を計測制御部５３に送ることができるように接続されていてもよい。この場合、画像データＤ１はプラズマ発光像データを含んでいてもよい。
カメラ４０は、パルスレーザ光３１の光路の軸外に設けられ、例えば不活性ガス３７にパルスレーザ光３１が照射されることによってチャンバ２の内部で生成されたプラズマ発光の像を撮像する機能を有していてもよい。カメラ４０は、パルスレーザ光３１の光路軸に対して略直交する方向を向くように配置されていてもよい。カメラ４０によって撮像されたプラズマ発光の像は、例えば図３に例示したようなものであってもよい。
計測制御部５３は、カメラ４０から得られた画像データＤ１に基づいて、パルスレーザ光３１の集光位置及び集光幅を計測する計測部としての機能を有していてもよい。計測制御部５３は、例えば図３に示すように画像データＤ１に基づいて、集光ビームの集光位置をビームウエスト位置Ｐｗ、集光幅をビームウエスト全幅Ｄｗとして、計測してもよい。
３．２ 動作
３．２．１ 全体の動作
図４は、集光ビームを計測する場合の発振トリガＴＧ１、パルスレーザ光３１、プラズマ発光光３５、及びシャッタトリガＴＧ２の一例を示している。図４のタイミングチャートを適宜参照して、パルスレーザ光３１の集光ビームを計測する際の全体の動作を説明する。
図２において、レーザ装置３に発振トリガＴＧ１が入力されると、レーザ装置３から例えば波長１０．６μｍのパルスレーザ光３１が出力し得る。パルスレーザ光３１は、ウインドウ２１を透過して、チャンバ２内に入射し得る。パルスレーザ光３１は、レーザ集光光学系２２ａによって、この光学系によって形成されるビームウエストに集光し得る。所定のガスとして、不活性ガス３７中で、パルスレーザ光３１が集光されて、所定の光強度を超えるとプラズマが生成され、プラズマ発光光３５が発生し得る。不活性ガス３７は、例えばＡｒガスであってよい。カメラ４０は、このプラズマから発生したプラズマ発光の像を撮像し得る。カメラ４０による画像データＤ１は、例えば図３に示すように得られてもよい。得られた画像データＤ１は、カメラ４０から計測制御部５３に送られてもよい。計測制御部５３は、画像データＤ１に基づいて、ビームウエスト全幅Ｄｗとビームウエストの位置Ｐｗを計算してもよい。
計測制御部５３は、カメラ４０による撮像タイミングを、レーザ装置３によるパルスレーザ光３１の出力タイミングから遅延したタイミングに同期させてもよい。そのために、計測制御部５３は、遅延回路７１及びワンショット回路７２を制御してもよい。計測制御部５３は、レーザ装置３と遅延回路７１とに発振トリガＴＧ１をパルス信号として出力してもよい。その結果、図４に示したようにレーザ装置３からは所定の遅延時間ｔａ後にパルスレーザ光３１が出力され得る。そしてｔｂ時間後にパルスレーザ光３１がレーザ集光光学系２２ａによるビームウエスト付近に到達し得る。一方、遅延回路７１からは、発振トリガＴＧ１のパルス信号が入力されてから所定の遅延時間ｔｄ後に、電気パルス信号が出力され、ワンショット回路７２に入力され得る。ワンショット回路７２からは、所定のパルス幅のシャッタトリガＴＧ２信号がカメラ４０に出力され得る。
ここで、所定の遅延時間ｔｄは、レーザ装置３に発振トリガＴＧ１が入力されてレーザ装置３からパルスレーザ光３１が出力されるまでの時間ｔａと、レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光３１がレーザ集光光学系２２ａによるビームウエストに到達する時間ｔｂの和となるように設定してもよい。
例えば、レーザ装置３からレーザ集光光学系２２ａによるビームウエストまでの光路長をＬとすると、ｔｂ＝Ｌ／ｃとなる（ｃ：光速）。
発振トリガＴＧ１とシャッタトリガＴＧ２とのタイミングの遅延時間をｔｄとすると、
ｔｄ＝ｔａ＋ｔｂとなる。
ところで、プラズマは生成直後から空間に拡散し、これに伴って発光領域も拡大してしまう。このため、プラズマ生成後の経過時間とシャッタの開閉時間は、ビームウエスト全幅Ｄｗとビームウエスト位置Ｐｗとを計測する場合の計測精度に影響し得る。例えば、プラズマの拡散速度が１０5ｍ／ｓとすると、０．０１ｎｓでは１μｍ広がり得る。ここで、ビームウエストの直径が例えば３００μｍと想定される場合は、直径の１０分の１の計測精度として３０μｍ程度の精度が得られるようにしてもよい。そこで、遅延回路７１は遅延時間をｔｄとなるように設定してもよく、カメラ４０におけるシャッタの開閉時間は、例えば、０．３ｎｓの間シャッタが開いて閉じるようにしてもよい。さらに、１μｍの計測精度が必要な場合には、シャッタの開時間は０．０１ｎｓに設定するとよい。また、計測するビームウエストの直径が１０００μｍと想定され、１００μｍの計測精度を得たい場合は、シャッタの開時間は１ｎｓと設定してもよい。シャッタの開時間はワンショット回路７２が出力するシャッタトリガＴＧ２信号のパルス幅によって規定してもよい。
３．２．２ 計測制御部のメインフロー
図５は、計測制御部５３によるメインの処理動作の一例を示している。計測制御部５３は、レーザ装置３と遅延回路７１とに発振トリガＴＧ１の信号を出力してもよい（ステップＳ１０１）。次に、計測制御部５３はカメラ４０による画像データＤ１を取り込む処理を行ってもよい（ステップＳ１０２）。次に、計測制御部５３は画像データＤ１に基づいてビームウエスト位置Ｐｗとビームウエストの全幅Ｄｗとを計算してもよい（ステップＳ１０３）。
３．２．３ 画像データＤ１の取り込み処理
図７は、図５に示される画像データＤ１の取り込み処理の一例を示している。図７に示される取り込み処理は、図５に示されるステップＳ１０２のサブルーチンとして、計測制御部５３によって行われてもよい。図６は、画像データＤ１の取り込み範囲の一例を示す。
図６に示したように、計測制御部５３はカメラ４０で撮像した画像から、あらかじめ指定された指定領域９１のデータを画像データＤ１として切り出して取り込んでもよい。このようにすると、取り込む画像データのデータサイズが減るので、処理時間を高速化し得る。ただし、ビームウエストの位置が指定領域９１から大きく外れている場合は、全画像サイズ９０を画像データＤ１として取り込んでもよい。
画像データＤ１は、例えば、ビットマップデータとして表現され得る。ビットマップデータは、画像を多くの画素（ピクセル）に格子状に分割し、それらの画素における光強度をそれぞれ数値で表現したデータであり得る。例えば図６に示したように、ビットマップデータの画像右上の隅を原点Ｉ（０，０）とし、水平方向に画素を数えたときの列番号をＪで表し、垂直方向に画素を数えたときの行番号をＫで表してもよい。特定の位置の画素は、列番号Ｊと行番号Ｋとで特定され、（Ｋ，Ｊ）と表してもよい。画素（Ｋ，Ｊ）における光強度は、Ｉ(K,J)と表してもよい。イメージセンサ４１の画素数は、例えば、５１２列×５１２行であってもよい。この場合、Ｊの値は、０から５１１までの範囲内の整数であり、Ｋの値は、０から５１１までの範囲内の整数であり得る。
計測制御部５３は、例えば図６に指定領域９１として示したような画像の取り込み範囲が指定される場合に、画像の取り込み範囲を示す値を読み込んでもよい（ステップＳ１１１）。取り込み範囲を示す値は、列番号Ｊの最小値（Ｊmin）及び最大値（Ｊmax）と、行番号Ｋの最小値（Ｋmin）及び最大値（Ｋmax）とで与えられ得る。例えば全画像サイズ９０が５１２列×５１２行の画素である場合には、Ｊmin及びＪmaxの値は、０≦Ｊmin＜Ｊmax≦５１１の範囲内の整数であり、Ｋmin及びＫmaxの値は、０≦Ｋmin＜Ｋmax≦５１１の範囲内の整数であってもよい。読み込まれるＪmin及びＪmax、Ｋmin及びＫmaxの値は、常に一定の値でもよいし、状況によって変更されてもよい。
次に、計測制御部５３は、撮像された画像データＤ１から、定められた取り込み範囲内の各画素（Ｋ，Ｊ）における光強度のデータを読み込んでもよい（ステップＳ１１２）。例えば図６に示した例においては、画素（Ｋmin，Ｊmin）、画素（Ｋmin，Ｊmax）、画素（Ｋmax，Ｊmax）、画素（Ｋmax，Ｊmin）、及びこれら４つの画素によって囲まれた画素のそれぞれにおける光強度のデータＩ(K,J)を読み込んでもよい。こうして限られた範囲内の画素における光強度のデータを読み込むことにより、その後の処理が高速化され得る。
次に、計測制御部５３は、各画素（Ｋ，Ｊ）における光強度のデータを、予め定義しておいた配列Ｉ（Ｋ，Ｊ）のデータに置き換える処理を行ってもよい（ステップＳ１１３）。画像の各光強度のデータＩ(K,J)は、８〜１０ビットのデータ（例えば０〜１０２４）であってもよい。計測制御部５３は、配列Ｉ（Ｋ，Ｊ）のデータに置き換える処理を行ったら、本フローチャートによるサブルーチンを終了してもよい。
３．２．４ ビームウエスト位置Ｐｗとビームウエスト全幅Ｄｗの計算
図８は、図５に示されるビームウエスト位置Ｐｗとビームウエスト全幅Ｄｗとを計算する処理の一例を示している。図８に示される計算処理は、図５に示されるステップＳ１０３のサブルーチンとして、計測制御部５３によって行われてもよい。図９は、ビームウエスト位置Ｐｗとビームウエスト全幅Ｄｗとの計算過程の一例を示している。図９では、画像データＤ１におけるＺ軸に垂直な方向（Ｊ列）の光強度分布の一例を示している。
計測制御部５３は、列番号ＪをＪminにセットしてもよい（ステップＳ１２１）。次に、計測制御部５３は、図９に示すようにＪ列における光強度データＩ(K,J)の分布から、現在の列番号Ｊにおけるビームウエストの中心位置Ｐとビームウエスト全幅Ｄとを計算してもよい（ステップＳ１２２）。ビームウエスト全幅Ｄは、図９に示したように、Ｊ列の光強度の最大値Ｉmaxの１／ｅ2の値となる位置に基づいて計算してもよい。次に、計測制御部５３は、計算した中心位置Ｐの値Ｘを、予め定義しておいた配列Ｘ（Ｊ）のデータに、ビームウエスト全幅Ｄの値を、予め定義しておいた配列Ｄ（Ｊ）のデータに置き換える処理を行ってもよい（ステップＳ１２３）。次に、計測制御部５３は、現在の列番号Ｊが図６に示したような画像の取り込み範囲のＪ列の最大値Ｊmaxに達したか否かを判断してもよい（ステップＳ１２４）。最大値Ｊmaxに達していない場合（ステップＳ１２４：Ｎ）には、計測制御部５３は、現在の列番号Ｊに１を加えて、列番号Ｊのカウンタの値を更新（ステップＳ１２５）し、再度、ビームウエストの中心位置Ｐとビームウエスト全幅Ｄとを計算してもよい（ステップＳ１２２）。
最大値Ｊmaxに達した場合（ステップＳ１２４：Ｙ）には、計測制御部５３は、列番号ＪをＪminにリセットし（ステップＳ１２６）、次に、配列Ｄ（Ｊ）の値が配列Ｄ（Ｊ＋１）の値以下になったか否かを判断してもよい（ステップＳ１２７）。配列Ｄ（Ｊ）の値が配列Ｄ（Ｊ＋１）の値を超える場合（ステップＳ１２７：Ｎ）には、計測制御部５３は、現在の列番号Ｊに１を加えて、列番号Ｊのカウンタの値を更新（ステップＳ１２８）し、再度、配列Ｄ（Ｊ）の値が配列Ｄ（Ｊ＋１）の値以下になったか否かを判断してもよい（ステップＳ１２７）。このようにして、計測制御部５３は、配列Ｄ（Ｊ）に格納された最小の値を求めるために、値を比較する処理を行ってもよい。
配列Ｄ（Ｊ）の値が配列Ｄ（Ｊ＋１）の値以下になった場合（ステップＳ１２７：Ｙ）には、計測制御部５３は、現在の列番号Ｊにおけるビームウエスト全幅Ｄの値が最小値であると判断してもよい。そして、計測制御部５３は、配列Ｄ（Ｊ）の値をビームウエスト全幅Ｄｗに置き換える処理を行ってもよい（ステップＳ１２９）。さらに、計測制御部５３は、現在の列番号Ｊにおける配列Ｘ（Ｊ）の値をビームウエストのＸ方向の位置Ｘｗに置き換える処理を行ってもよい（ステップＳ１３０）。さらに、計測制御部５３は、以下の式により、現在の列番号ＪにおけるビームウエストのＺ方向の位置Ｚｗを計算する処理を行ってもよい（ステップＳ１３１）。ここで、ｐｚは、画像データＤ１におけるＺ方向の１画素当たりのピッチ幅であってもよい。αはカメラ４０の転写光学系４２の倍率に応じた値であってもよい。例えば、転写光学系４２の倍率が１倍の場合は、α＝１としてもよい。
Ｚｗ＝Ｊ・ｐｚ・α
次に、計測制御部５３は、以上のようにして計算した位置Ｘｗをｘ、位置Ｚｗをｚと置き換えることにより、ビームウエスト位置Ｐｗ（ｘ，ｚ）を計算し（ステップＳ１３２）、本フローチャートによるサブルーチンを終了してもよい。（ｘ，ｚ）は、Ｘ方向の座標及びＺ方向の座標であってもよい。
図１０は、図８に示されるビームウエストの中心位置Ｐとビームウエスト全幅Ｄとを計算する処理の一例を示している。図１０に示される計算処理は、図８に示されるステップＳ１２２のサブルーチンとして、計測制御部５３によって行われてもよい。
計測制御部５３は、列番号ＪをＪminにセットしてもよい（ステップＳ１４１）。次に、計測制御部５３は、Ｊ列の光強度分布から最大値Ｉmaxを求めてもよい（ステップＳ１４２）。次に、計測制御部５３は、Ｊ列の光強度の最大値Ｉmaxの１／ｅ2の値（Ｉmax／ｅ2）を求め、以下の式のようにビームウエストの位置を例えば図９に示したように判定するための閾値Ｉｔｈを計算してもよい（ステップＳ１４３）。
Ｉｔｈ＝Ｉmax／ｅ2
次に、計測制御部５３は、行番号ＫをＫminにセットしてもよい（ステップＳ１４４）。次に、計測制御部５は、行番号Ｋ及び列番号Ｊにおける光強度Ｉ（Ｋ，Ｊ）が閾値Ｉｔｈ以上であるか否かを判断してもよい（ステップＳ１４５）。閾値Ｉｔｈ以上ではない場合（ステップＳ１４５：Ｎ）には、計測制御部５３は、現在の行番号Ｋに１を加えて、行番号Ｋのカウンタの値を更新（ステップＳ１４６）し、再度、閾値Ｉｔｈ以上であるか否かの判断をしてもよい（ステップＳ１４５）。
閾値Ｉｔｈ以上であった場合（ステップＳ１４５：Ｙ）には、計測制御部５３は、以下の式により、例えば図９に示したようなビームウエストの上端位置Ｘ１を計算する処理を行ってもよい（ステップＳ１４７）。ここで、ｐｘは、画像データＤ１におけるＸ方向の１画素当たりのピッチ幅であってもよい。αはカメラ４０の転写光学系４２の倍率に応じた値であってもよい。例えば、転写光学系４２の倍率が１倍の場合は、α＝１としてもよい。
Ｘ１＝Ｋ・ｐｘ・α
次に、計測制御部５３は、行番号Ｋ及び列番号Ｊにおける光強度Ｉ（Ｋ，Ｊ）が閾値Ｉｔｈ以下であるか否かを判断してもよい（ステップＳ１４８）。閾値Ｉｔｈ以下ではない場合（ステップＳ１４８：Ｎ）には、計測制御部５３は、現在の行番号Ｋに１を加えて、行番号Ｋのカウンタの値を更新（ステップＳ１４９）し、再度、閾値Ｉｔｈ以下であるか否かの判断をしてもよい（ステップＳ１４８）。
閾値Ｉｔｈ以下であった場合（ステップＳ１４８：Ｙ）には、計測制御部５３は、以下の式により、例えば図９に示したようなビームウエストの下端位置Ｘ２を計算する処理を行ってもよい（ステップＳ１５０）。ここで、ｐｘは、画像データＤ１におけるＸ方向の１画素当たりのピッチ幅であってもよい。αはカメラ４０の転写光学系４２の倍率に応じた値であってもよい。例えば、転写光学系４２の倍率が１倍の場合は、α＝１としてもよい。
Ｘ２＝Ｋ・ｐｘ・α
次に、計測制御部５３は、以下の式により、例えば図９に示したようなビームウエスト全幅Ｄを計算する処理を行ってもよい（ステップＳ１５１）。
Ｄ＝Ｘ２−Ｘ１
次に、計測制御部５３は、以下の式により、例えば図９に示したようなビームウエストの中心位置Ｐを計算する処理を行い（ステップＳ１５２）、本フローチャートによるサブルーチンを終了してもよい。
Ｘ＝（Ｘ２＋Ｘ１）／２
３．３ 作用
第１の実施形態に係る集光ビーム計測装置によれば、不活性ガス３７中でパルスレーザ光３１を集光することによってプラズマを生成し、そのプラズマ発光の像を高速シャッタを含むカメラ４０で撮像し得る。これにより、図３のように、パルスレーザ光３１の集光ビームの伝播状態を画像として計測し得る。
この計測によって、少なくともパルスレーザ光３１の１パルスの画像データＤ１からビームウエスト全幅Ｄｗとビームウエスト位置Ｐｗとを計算し得る。この計測によれば、例えばレーザ集光光学系２２ａ又はイメージセンサ４１をＺ方向に移動させて、パルスレーザ光３１の光路軸に沿った複数位置でのビームプロファイルの計測を行う必要がないため、ビームウエストの断面を複数回計測しなくてもよい。
３．４ 第１の実施形態の第１の変形例（シャッタトリガＴＧ２生成の変形例）
３．４．１ 構成
図２の構成では、計測制御部５３から出力された発振トリガＴＧ１をレーザ装置３及び遅延回路７１に分岐して入力するようにしたが、図１１に示したようにレーザ装置３から遅延回路７１に信号を入力することで、シャッタトリガＴＧ２の信号を生成してもよい。
図１１に示したように、レーザ装置３は、マスタオシレータ（ＭＯ）３１１と、複数の増幅器と、ビームスプリッタ３１２と、光センサ３１３とを含んでいてもよい。複数の増幅器は、例えば第１の増幅器ＰＡ１と、第２の増幅器ＰＡ２と、第３の増幅器ＰＡ３と、第４の増幅器ＰＡ４とで構成されていてもよい。
マスタオシレータ３１１は、ＣＯ2レーザの増幅波長域で発振するレーザ装置であってもよい。例えば、量子カスケードレーザ及びＱスイッチを含むレーザ発振器でもよい。第１の増幅器ＰＡ１、第２の増幅器ＰＡ２、第３の増幅器ＰＡ３及び第４の増幅器ＰＡ４は、マスタオシレータ３１１から出力されたパルスレーザ光３１の光路上に配置され、ＣＯ2レーザガスを含む増幅器であってもよい。
ビームスプリッタ３１２は、マスタオシレータ３１１と第１の増幅器ＰＡ１との光路上に配置されてもよい。ビームスプリッタ３１２は、パルスレーザ光３１を透過する基板にマスタオシレータ３１１から出力された光の一部を反射し、一部を透過する膜がコートされていてもよい。
光センサ３１３は、ビームスプリッタ３１２からの反射光を検出してもよい。光センサ３１３は、パイロエレクトリックセンサであって、電気パルス信号を出力する図示しない回路を含んでいてもよい。
ビームスプリッタ３１２の位置からレーザ装置３のパルスレーザ光３１が出力されるまでの光路長をＬlaserとしたとき、遅延回路７１の遅延時間ｔｄは、以下の式のように、ＬlaserとＬとの和を光速ｃで除算した値であってもよい。Ｌはレーザ装置３からビームウエストまでの距離としてもよい。
ｔｄ＝（Ｌlaser＋Ｌ）／ｃ
例えば、Ｌlaser＝２００ｍ、Ｌ＝３０ｍとすると、ｔｄ＝７６．７ｎｓとなる。
３．４．２ 動作
計測制御部５３から発振トリガＴＧ１がマスタオシレータ３１１に入力されると、パルスレーザ光３１がマスタオシレータ３１１から出力され得る。このパルスレーザ光３１はビームスプリッタ３１２に入射し、一部の光は反射して、光センサ３１３に入射し得る。一方、ビームスプリッタ３１２を透過したパルスレーザ光３１は、第１の増幅器ＰＡ１乃至第４の増幅器ＰＡ４を通過して増幅され得る。
パルスレーザ光３１が光センサ３１３に入射すると、光センサ３１３は、パルスレーザ光３１が入射したタイミングに応じて電気パルス信号を遅延回路７１に出力し得る。遅延回路７１は、入力された電気パルス信号よりもｔｄだけ遅延した電気パルス信号をワンショット回路７２に出力し得る。ワンショット回路７２は、所定のパルス幅のシャッタトリガＴＧ２信号をカメラ４０のイメージセンサ４１に出力し得る。
３．４．３ 作用
第１の実施形態の第１の変形例によれば、マスタオシレータ３１１から出力されたパルスレーザ光３１が実際に光センサ３１３に入射したタイミングに基づいて、シャッタトリガＴＧ２の信号が生成され得る。その結果、パルスレーザ光３１のビームウエストで生成されるプラズマ発光のタイミングに対するイメージセンサ４１のシャッタの開閉タイミングを高精度に制御し得る。特に、発振トリガＴＧ１に対して、マスタオシレータ３１１から出力されるパルスレーザ光３１の出力タイミングに無視できないジッタがある場合に有効であり得る。
なお、図１１の構成例では、マスタオシレータ３１１と第１の増幅器ＰＡ１との間の光路上にビームスプリッタ３１２を配置したが、図１１の構成例に限定されることなく、その他の位置にビームスプリッタ３１２を配置してもよい。例えば、第１の増幅器ＰＡ１と第２の増幅器ＰＡ２との間の光路上にビームスプリッタ３１２を配置して、透過するパルスレーザ光３１のタイミングを計測してもよい。または、第２の増幅器ＰＡ２と第３の増幅器ＰＡ３との間の光路上にビームスプリッタ３１２を配置してもよい。または、第３の増幅器ＰＡ３と第４の増幅器ＰＡ４との間の光路上にビームスプリッタ３１２を配置してもよい。または、レーザ装置３の最終出力の光路上、または、レーザ装置３とビームウエストとの間の光路上にビームスプリッタ３１２を配置してもよい。ビームスプリッタ３１２をビームウエストに近い光路上に配置すればするほど、遅延回路７１の遅延時間ｔｄを短くするとよい。
３．５ 第１の実施形態の第２の変形例（２つのカメラを含む実施形態）
３．５．１ 構成
図１２及び図１３は、第１の実施形態の第２の変形例に係る集光ビーム計測装置の一構成例を示している。図２では、集光ビームを計測するための撮像部として１つのカメラ４０を備えた例を示したが、図１２及び図１３のように、２つの撮像部を備えた構成であってもよい。２つの撮像部はそれぞれ、第１のカメラ４０Ａ及び第２のカメラ４０Ｂを含んでよい。なお、図１２はＹＺ断面内の構成、図１３は図１２のＹ１−Ｙ１’線を含むＹＸ断面内の構成を示している。
第１のカメラ４０Ａは、実質的に図２のカメラ４０と同じ構成であってもよい。第１のカメラ４０Ａは、第１の転写光学系４２Ａと、第１のイメージセンサ４１Ａとを含んでいてもよい。第２のカメラ４０Ｂは、第２の転写光学系４２Ｂと、第２のイメージセンサ４１Ｂとを含んでいてもよい。チャンバ２の壁には、第１のカメラ４０Ａを配置する位置に対応してウインドウ４３Ａが設けられていてもよい。チャンバ２の壁にはまた、第２のカメラ４０Ｂを配置する位置に対応してウインドウ４３Ｂが設けられていてもよい。
第１のカメラ４０Ａは第１の方向を向くように配置され、第２のカメラ４０Ｂは第１の方向とは異なる第２の方向を向くように配置されていてもよい。例えば、第１の方向はＹ軸方向、第２の方向はＸ軸方向であってもよい。第１のカメラ４０Ａと第２のカメラ４０Ｂはそれぞれ、互いに直交する方向を向くように配置されていてもよい。第１のカメラ４０Ａと第２のカメラ４０Ｂはまた、それぞれがパルスレーザ光３１の光路に対して直交する方向を向くように配置されていてもよい。第１のカメラ４０Ａは、第１の方向からプラズマ発光の像を撮像し、第１のプラズマ発光像データとして第１の画像データＤ１１を出力するようにしてもよい。また、第２のカメラ４０Ｂは、第２の方向からプラズマ発光の像を撮像し、第２のプラズマ発光像データとして第２の画像データＤ１２を出力するようにしてもよい。
ワンショット回路７２の出力として、所定のパルス幅の第１のシャッタトリガＴＧ２１の信号を第１のイメージセンサ４１Ａに入力すると共に、所定のパルス幅の第２のシャッタトリガＴＧ２２の信号を第２のイメージセンサ４１Ｂに入力するようにしてもよい。第１のシャッタトリガＴＧ２１と第２のシャッタトリガＴＧ２２は、実質的に同一の信号を２つに分岐させたものであってもよい。第１のイメージセンサ４１Ａと計測制御部５３は、第１のイメージセンサ４１Ａで撮像された第１の画像データＤ１１を計測制御部５３に送るように接続されていてもよい。第２のイメージセンサ４１Ｂと計測制御部５３は、第２のイメージセンサ４１Ｂで撮像された第２の画像データＤ１２を計測制御部５３に送るように接続されていてもよい。
計測制御部５３は、第１のカメラ４０Ａから得られた第１の画像データＤ１１に基づいて、パルスレーザ光３１の集光ビームの第１の集光位置及び第１の集光幅を計測する機能を有していてもよい。第１の集光位置は、第１のビームウエスト位置Ｐｘｗであってよく、第１の集光幅は、第１のビームウエスト全幅Ｄｘｗであってよい。計測制御部５３はまた、第２のカメラ４０Ｂから得られた第２の画像データＤ１２に基づいて、パルスレーザ光３１の集光ビームの第２の集光位置及び第２の集光幅を計測する機能を有していてもよい。第２の集光位置は第２のビームウエスト位置Ｐｙｗであってよく、第２の集光幅は第２のビームウエスト全幅Ｄｙｗであってよい。
３．５．２ 動作
レーザ装置３に発振トリガＴＧ１が入力されると、レーザ装置３からパルスレーザ光３１が出力し得る。パルスレーザ光３１は、ウインドウ２１を透過して、チャンバ２内に入射し得る。パルスレーザ光３１は、レーザ集光光学系２２ａによって、この光学系によって形成されるビームウエストに集光し得る。所定のガスとして、不活性ガス３７中で、パルスレーザ光３１が集光されて、所定の光強度を超えるとプラズマが生成し、プラズマ発光光が発生し得る。不活性ガス３７は、例えばＡｒガスであってよい。第１のカメラ４０Ａは、第１の方向から観測される第１のプラズマ発光光３５Ａによる像を撮像し得る。第１のカメラ４０Ａによる第１の画像データＤ１１は、計測制御部５３に送られてもよい。計測制御部５３は、第１の画像データＤ１１から、第１のビームウエスト位置Ｐｘｗと第１のビームウエスト全幅Ｄｘｗとを計算してもよい。一方、第２のカメラ４０Ｂは、第２の方向から観測される第２のプラズマ発光光３５Ｂによる像を撮像し得る。第２のカメラ４０Ｂによる第２の画像データＤ１２は、計測制御部５３に送られてもよい。計測制御部５３は、第２の画像データＤ１２から、第２のビームウエスト位置Ｐｙｗと第２のビームウエスト全幅Ｄｙｗとを計算してもよい。
図１４は、計測制御部５３による処理動作の一例を示している。計測制御部５３は、レーザ装置３と遅延回路７１とに発振トリガＴＧ１の信号を出力してもよい（ステップＳ１６１）。次に、計測制御部５３は第１のカメラ４０Ａによる第１の画像データＤ１１と第２のカメラ４０Ｂによる第２の画像データＤ１２とを取り込む処理を行ってもよい（ステップＳ１６２）。第１の画像データＤ１１を取り込む処理は、実質的に上述の図７に示した処理と同様であってもよい。第２の画像データＤ１２を取り込む処理は、座標系の入れ換えを行うことを除いて、実質的に上述の図７に示した処理と同様であってもよい。
次に、計測制御部５３は第１の画像データＤ１１に基づいて、実質的に上述の図８及び図１０と同様の処理を実行し、ビームウエスト位置Ｐｗ（ｘ，ｚ）＝（Ｘｗ，Ｚｗ）とビームウエストの全幅Ｄｗとを計算してもよい（ステップＳ１６３）。次に、計測制御部５３は、（Ｘｗ，Ｚｗ）を第１のビームウエスト位置Ｐｘｗ（ｘ，ｚ）に置き換えると共に、全幅Ｄｗを第１のビームウエスト全幅Ｄｘｗに置き換える処理を行ってもよい（ステップＳ１６４）。
次に、計測制御部５３は第２の画像データＤ１２に基づいて、処理におけるＸ座標をＹ座標として、実質的に上述の図８及び図１０と同様の処理を実行してもよい。これにより、ビームウエスト位置Ｐｗ（ｙ，ｚ）＝（Ｙｗ，Ｚｗ）とビームウエストの全幅Ｄｗとを計算してもよい（ステップＳ１６５）。次に、計測制御部５３は、（Ｙｗ，Ｚｗ）を第２のビームウエスト位置Ｐｙｗ（ｙ，ｚ）に置き換えると共に、全幅Ｄｗを第２のビームウエスト全幅Ｄｙｗに置き換える処理を行ってもよい（ステップＳ１６６）。
３．５．３ 作用
第１の実施形態の第２の変形例によれば、Ｘ方向とＹ方向とのそれぞれについて、ビームウエスト全幅と、ビームウエスト位置とを計測し得る。その結果、Ｘ方向とＹ方向とのビームウエスト位置が一致する場合は、ビームウエスト位置の３次元座標位置（ｘ，ｙ，ｚ）が計測し得る。一方、Ｘ方向とＹ方向とのビームウエスト全幅及びビームウエスト位置が異なって計測された場合は、Ｘ方向とＹ方向とでレーザ光の波面の曲率が異なっていることを意味しうる。この場合、レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光３１やレーザ集光光学系２２ａに非点収差が発生していると判定し得る。この計測結果を用いて、集光ビームの非点収差を評価してもよい。
３．６ その他の変形例
以上の第１の実施形態及びその変形例で例示した構成に限らず、以下のような構成を採用してもよい。
レーザ装置３としてＣＯ2レーザ装置を例示したが、パルスレーザ装置であればよい。例えば、固体のパルスレーザ装置であってもよい。例えば、ＹＡＧレーザ装置、ファイバーレーザ装置、又はチタンサファイヤレーザ装置であってもよい。高調波を発生するその他のレーザ装置であってもよい。
レーザ集光光学系２２ａとしては、レンズを例示したが、凹面ミラーを含む複数のミラーで構成されていてもよい。例えば、軸外放物面ミラーと平面ミラーとの組み合わせであってもよい。
不活性ガス３７の実施形態として、Ａｒガスを例示したが、Ｈｅガス、Ｋｒガス、又はＮ2ガス等を含む不活性ガスであってもよい。また、不活性ガス３７以外のガスをチャンバ２内に封入してもよい。例えば水素ガスを封入してもよい。また、チャンバ２内に封入するガスは複数種類のガスの混合ガスでもよい。
ウインドウ２１は、ダイヤモンドウインドウを例示したが、ＣＯ2レーザ光を透過する材料、例えばＺｎＳｅであってもよい。ただし、レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光３１の出力が数１００Ｗ以上の場合はダイヤモンドウインドウが好ましい。
遅延回路７１の遅延時間ｔｄ及びワンショット回路７２のパルス幅の設定は、計測制御部５３が行ってもよい。計測制御部５３と、遅延回路７１と、ワンショット回路７２とを分けて記載したが、計測制御部５３は、遅延回路７１とワンショット回路７２とを含んで構成されてもよい。
［４．パルスレーザ光の集光ビーム計測装置を含むＥＵＶ光生成装置］（第２の実施形態）
４．１ 構成
図１５及び図１６は、第２の実施形態に係るＥＵＶ光生成装置の一構成例を示している。図１５及び図１６には、図１２及び図１３に示した集光ビーム計測装置と同様の計測装置をＥＵＶ光生成装置に搭載した場合の実施形態を示す。なお、図１５はＺ軸を含む断面内の構成を示し、図１６は図１５のＹ２−Ｙ２’線断面内の構成を示している。
このＥＵＶ光生成装置は、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。このＥＵＶ光生成装置は、チャンバ２と、ＥＵＶ光生成制御部５と、レーザ光進行方向制御部３４と、排気装置４７と、不活性ガス供給装置４６と、遅延回路７１と、ワンショット回路７２とを含んでいてもよい。ＥＵＶ光生成制御部５は、ＥＵＶ制御部５１と、ターゲット生成制御部５２と、計測制御部５３とを含んでいてもよい。
レーザ装置３から出力されたパルスレーザ光３１がチャンバ２に入射するようにレーザ光進行方向制御部３４を配置してもよい。レーザ装置３は、波長１０．６μｍ、パルス幅１０〜５０ｎｓで、５０ｍＪ〜４００ｍＪ、繰り返し周波数５０ｋ〜１００ｋＨｚのパルスレーザ光３１を出力するＣＯ2レーザ装置であってもよい。
不活性ガス供給装置４６と排気装置４７は、チャンバ２にガス配管を介して接続されていてもよい。チャンバ２は、ターゲット供給部２６と、レーザ集光光学系２２ａと、プレート８２と、ＸＹＺ軸ステージ８４とを含んでもよい。さらに、チャンバ２は、ＥＵＶ集光ミラー２３と、ミラーホルダ８１と、ダンパ４４と、ウインドウ２１と、ターゲット回収部２８と、ゲートバルブ２９４とを含んでもよい。チャンバ２には、ウインドウ４３Ａを介して第１のカメラ４０Ａが取り付けられていてもよい。チャンバ２にはまた、ウインドウ４３Ｂを介して第２のカメラ４０Ｂが取り付けられていてもよい。
ターゲット供給部２６は、ノズル６２から出力されるターゲット２７がドロップレット状でプラズマ生成領域２５に到達するように配置されてもよい。ターゲット回収部２８は、ドロップレット状のターゲット２７の軌道の延長線上に設置してもよい。ウインドウ２１は、チャンバ２の内壁にシールして固定されてもよい。
レーザ集光光学系２２ａは、プレート８３と、ホルダ２２３と、ホルダ２２４と、軸外放物面ミラー２２１と、平面ミラー２２２とを含んでいてもよい。軸外放物面ミラー２２１はホルダ２２３によってプレート８３に保持されてもよい。平面ミラー２２２はホルダ２２４によってプレート８３に保持されてもよい。軸外放物面ミラー２２１及び平面ミラー２２２によって反射されたパルスレーザ光３１がプラズマ生成領域２５で集光するように、これらのミラーの位置及び姿勢が保持されてもよい。ダンパ４４は図示しないダンパ４４のホルダによって、レーザ集光光学系２２ａによって集光されたパルスレーザ光３１の光路上に配置してもよい。
ＸＹＺ軸ステージ８４は、レーザ集光光学系２２ａによって形成されるビームウエストがＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動するように配置してもよい。
第１のカメラ４０Ａ及び第２のカメラ４０Ｂはそれぞれ、図１３に示した構成例と同様に、互いに直交する方向を向くように配置され、また、それぞれがパルスレーザ光３１の光路軸に対して略直交する方向を向くように配置されていてもよい。第１のカメラ４０Ａによって第１の方向からプラズマ発光の像を撮像し、第１の画像データＤ１１として出力するようにしてもよい。また、第２のカメラ４０Ｂによって第２の方向からプラズマ発光の像を撮像し、第２の画像データＤ１２として出力するようにしてもよい。第１の方向は、例えばＹ軸方向でよく、第２の方向は、例えばＸ軸方向でもよい。
プレート８２はチャンバ２の内部で、壁に固定されていてもよい。ＥＵＶ集光ミラー２３は、Ｚ軸を中心とする回転楕円面のミラーであってもよい。回転楕円面の第１焦点が、プラズマ生成領域２５と略一致するようにミラーホルダ８１を介して、プレート８２に固定してもよい。ＥＵＶ集光ミラー２３の中央部にはパルスレーザ光３１が通過するための貫通孔２４があってもよい。
ＥＵＶ制御部５１は、不活性ガス供給装置４６と、排気装置４７と、レーザ装置３と、ターゲット生成制御部５２と、計測制御部５３と、ゲートバルブ２９４とにそれぞれ出力信号を出力してもよい。計測制御部５３の発振トリガＴＧ１の信号は、ＥＵＶ制御部５１を介して、レーザ装置３に入力されてもよい。ゲートバルブ２９４は、ＥＵＶ制御部５１からの信号によって開閉し、チャンバ２内部と露光装置６内部とを連通あるいは隔絶してもよい。
レーザ光進行方向制御部３４は、２枚の平面ミラー３４１，３４２で構成してもよい。平面ミラー３４１，３４２と、平面ミラー２２２及び軸外放物面ミラー２２１との反射表面には、パルスレーザ光３１を高反射する膜がコーティングされていてもよい。ＥＵＶ集光ミラー２３の反射表面には、Ｍｏ／Ｓｉの多層膜がコーティングされていてもよい。
４．２ 動作
４．２．１ ＥＵＶ光生成時の動作
ＥＵＶ制御部５１は、ターゲット生成制御部５２を介して、ターゲット供給部２６にドロップレット生成信号を送信してもよい。そして、ターゲット供給部２６のノズル６２からドロップレット状のターゲット２７が生成し得る。ＥＵＶ制御部５１は、生成したドロップレット状のターゲット２７が、プラズマ生成領域２５に到達したときにパルスレーザ光３１がドロップレット状のターゲット２７に照射されるタイミングとなるように、レーザ装置３に発振トリガＴＧ１を出力してもよい。
レーザ装置３に発振トリガＴＧ１が入力されると、レーザ装置３からパルスレーザ光３１が出力し得る。パルスレーザ光３１は、レーザ光進行方向制御部３４の平面ミラー３４１，３４２によって高反射されて、ウインドウ２１に入射し得る。ウインドウ２１を透過したパルスレーザ光３１は軸外放物面ミラー２２１と平面ミラー２２２とによって、プラズマ生成領域２５に集光し得る。プラズマ生成領域２５に到達したドロップレット状のターゲット２７は、パルスレーザ光３１に照射され、プラズマ化し、ＥＵＶ光を生成し得る。ＥＵＶ光は、ＥＵＶ集光ミラー２３によって、中間集光点（ＩＦ：Intermediate Focus）２９２で集光し、露光装置６に出力されてもよい。
４．２．２ 集光ビーム計測時の動作
図１７は、パルスレーザ光３１の集光ビームを計測する際のＥＵＶ制御部５１の処理動作の一例を示している。ＥＵＶ制御部５１は、集光ビームを計測する必要があるときに以下の動作を行ってもよい。
図１７に示したＥＵＶ制御部５１による処理動作は、ＥＵＶ光生成装置の立ち上げ時やメンテナンス時に実行してもよい。その他、パルスレーザ光３１の集光状態の確認をする必要がある場合に適宜、実行してもよい。
ＥＵＶ制御部５１は、ＥＵＶ光の生成動作が停止していることの確認を行ってもよい（ステップＳ１７１）。この際、ＥＵＶ制御部５１は、ターゲット生成制御部５２を介してドロップレット状のターゲット２７の生成が停止していることの確認を行ってもよい。また、ＥＵＶ制御部５１は、レーザ装置３においてパルスレーザ光３１の出力が停止していることの確認を行ってもよい。このとき、ＥＵＶ制御部５１は、ゲートバルブ２９４を閉じてもよい。
次に、ＥＵＶ制御部５１は、排気装置４７を制御し、バッファガス等がチャンバ２内に存在する場合に、真空に近い圧力となるまで排気を行うようにしてもよい（ステップＳ１７２）。バッファガスは、例えば水素ガスを含んでもよい。また、真空に近い圧力とは、例えば１ｈＰａ以下であってもよい。
次に、ＥＵＶ制御部５１は、不活性ガス供給装置４６を制御し、例えばＡｒガス等の不活性ガス３７をプラズマが生成する条件の所定の圧力となるまで供給してもよい（ステップＳ１７３）。
次に、ＥＵＶ制御部５１は、発振トリガＴＧ１の受け付けを開始してもよい（ステップＳ１７４）。これにより、計測制御部５３からパルスレーザ光３１の発振トリガＴＧ１の信号がＥＵＶ制御部５１に出力された際に、発振トリガＴＧ１の信号がＥＵＶ制御部５１を経由してレーザ装置３に入力される状態となってよい。
次に、ＥＵＶ制御部５１は、計測制御部５３において図１４のフローチャートで示される計測処理が実行されるよう、計測信号を計測制御部５３に出力してもよい（ステップＳ１７５）。これにより、計測制御部５３は、図１４のフローチャートで示される計測処理を実行してもよい。その後、計測制御部５３は、計測処理が完了した場合、ＥＵＶ制御部５１に計測処理が完了した旨の信号を送信してもよい。
次に、ＥＵＶ制御部５１は、計測制御部５３から集光ビームの計測が完了した旨の信号を受信したかどうかの判断を行ってもよい（ステップＳ１７６）。
計測制御部５３から集光ビームの計測が完了した旨の信号を受信した場合（ステップＳ１７６：Ｙ）には、ＥＵＶ制御部５１は、計測制御部５３からビームウエスト全幅Ｄｗとビームウエスト位置Ｐｗ（ｘ，ｙ，ｚ）とのデータを受信してもよい（ステップＳ１７７）。
次に、ＥＵＶ制御部５１は、以下の式のように、ビームウエスト位置Ｐｗ（ｘ，ｙ，ｚ）と所望のプラズマ生成領域の座標Ｐｔ（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）との差ΔＰ（Δｘ，Δｙ，Δｚ）を計算してもよい（ステップＳ１７８）。
ΔＰ（Δｘ，Δｙ，Δｚ）＝Ｐｗ（ｘ，ｙ，ｚ）−Ｐｔ（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）
次に、ＥＵＶ制御部５１は、ΔＰ（Δｘ，Δｙ，Δｚ）に基づいて、レーザ集光光学系２２ａによって形成されるビームウエストが適切な位置となるように、ＸＹＺ軸ステージ８４を駆動してもよい（ステップＳ１７９）。
次に、ＥＵＶ制御部５１は、排気装置４７を制御し、チャンバ２内に存在するＡｒガス等の不活性ガス３７を真空に近い圧力になるまで排気してもよい（ステップＳ１８０）。次に、ＥＵＶ制御部５１は、ＥＵＶ光を生成する準備をしてもよい（ステップＳ１８１）。この際、ＥＵＶ制御部５１は、ターゲット生成制御部５２を介してドロップレット状のターゲット２７の生成準備を行ってもよい。また、ＥＵＶ制御部５１は、チャンバ２内にバッファガスの供給をする準備をしてもよい。ＥＵＶ光を生成する準備が完了したら、ＥＵＶ制御部５１は、ゲートバルブ２９４を開けてもよい。
４．３ 作用
第２の実施形態によれば、ＥＵＶ光生成装置に集光ビーム計測装置を搭載することによって、実際にドロップレット状のターゲット２７に集光されるパルスレーザ光３１のビームウエストの全幅Ｄｗと、ビームウエストの位置Ｐｗとを高精度に計測し得る。また、所望のプラズマ生成領域２５の位置に対して、パルスレーザ光３１のビームウエスト位置が適正な位置となるようにレーザ集光光学系２２ａによる集光位置を高精度に制御し得る。この結果、パルスレーザ光の集光状態が安定し、安定したＥＵＶ光の生成が可能となってよい。
［５．その他］
５．１ 不活性ガスの圧力とプラズマ生成との関係
図１８は、不活性ガスの圧力とプラズマ生成との関係の一例を示している。図１８において、横軸は圧力（ｋｐａ）、縦軸は電界（Ｖ／ｃｍ）となっている。図１８には、不活性ガスの例として、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、及び窒素（Ｎ2）ガスの例を示している。図１８の縦軸左側には、Ａｒガスについて、ＣＯ2レーザ光を用いた場合の、プラズマを生成し得る単位面積当たりのパルスレーザ光の光強度Ｉｎ（Ｗ／ｃｍ2）の値の一例を示している。光強度Ｉｎは、以下の式で表される。Ｄｗはパルスレーザ光のビームウエスト全幅、τはパルス幅、Ｅはパルスエネルギーである。Ｄｗは例えば３００μｍ、τは例えば２０ｎｓ、Ｅは例えば、５０ｍＪ、１００ｍＪ、２００ｍＪ、３００ｍＪ、または４００ｍＪであってもよい。
Ｉｎ＝Ｅ／（τ・π（Ｄｗ／２）2）
これにより、例えば上述のＣＯ2レーザ光のパルスエネルギーが２００ｍＪである場合は、チャンバ２内に供給するＡｒガスの圧力は２１（ｋｐａ）であればプラズマが生成すると判定し得る。このように、不活性ガスの圧力は、例えば図１８の様な関係から決定してもよい。
５．２ 制御部のハードウエア環境
当業者は、汎用コンピュータまたはプログラマブルコントローラにプログラムモジュールまたはソフトウエアアプリケーションを組み合わせて、ここに述べられる主題が実行されることを理解するだろう。一般的に、プログラムモジュールは、本開示に記載されるプロセスを実行できるルーチン、プログラム、コンポーネント、データストラクチャー等を含む。
図１９は、開示される主題の様々な側面が実行され得る例示的なハードウエア環境を示すブロック図である。図１９の例示的なハードウエア環境１００は、処理ユニット１０００と、ストレージユニット１００５と、ユーザインターフェイス１０１０と、パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０と、シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０と、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０とを含んでもよいが、ハードウエア環境１００の構成は、これに限定されない。
処理ユニット１０００は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１００１と、メモリ１００２と、タイマ１００３と、画像処理ユニット（ＧＰＵ）１００４とを含んでもよい。メモリ１００２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）とリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）とを含んでもよい。ＣＰＵ１００１は、市販のプロセッサのいずれでもよい。デュアルマイクロプロセッサや他のマルチプロセッサアーキテクチャが、ＣＰＵ１００１として使用されてもよい。
図１９におけるこれらの構成物は、本開示において記載されるプロセスを実行するために、相互に接続されていてもよい。
動作において、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５に保存されたプログラムを読み込んで、実行してもよい。また、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５からプログラムと一緒にデータを読み込んでもよい。また、処理ユニット１０００は、ストレージユニット１００５にデータを書き込んでもよい。ＣＰＵ１００１は、ストレージユニット１００５から読み込んだプログラムを実行してもよい。メモリ１００２は、ＣＰＵ１００１によって実行されるプログラム及びＣＰＵ１００１の動作に使用されるデータを、一時的に保管する作業領域であってもよい。タイマ１００３は、時間間隔を計測して、プログラムの実行に従ってＣＰＵ１００１に計測結果を出力してもよい。ＧＰＵ１００４は、ストレージユニット１００５から読み込まれるプログラムに従って、画像データを処理し、処理結果をＣＰＵ１００１に出力してもよい。
パラレルＩ／Ｏコントローラ１０２０は、遅延回路７１、レーザ装置３、イメージセンサ４１、第１のイメージセンサ４１Ａ、及び第２のイメージセンサ４１Ｂ等の、処理ユニット１０００と通信可能なパラレルＩ／Ｏデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれらパラレルＩ／Ｏデバイスとの間の通信を制御してもよい。シリアルＩ／Ｏコントローラ１０３０は、ワンショット回路７２等の、処理ユニット１０００と通信可能なシリアルＩ／Ｏデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれらシリアルＩ／Ｏデバイスとの間の通信を制御してもよい。Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ１０４０は、アナログポートを介して、温度センサや圧力センサ、真空計各種センサ等のアナログデバイスに接続されてもよく、処理ユニット１０００とそれらアナログデバイスとの間の通信を制御したり、通信内容のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換を行ってもよい。
ユーザインターフェイス１０１０は、操作者が処理ユニット１０００にプログラムの停止や、割込みルーチンの実行を指示できるように、処理ユニット１０００によって実行されるプログラムの進捗を操作者に表示してもよい。
例示的なハードウエア環境１００は、本開示におけるＥＵＶ光生成制御部５、レーザ光進行方向制御部３４、ＥＵＶ制御部５１、ターゲット生成制御部５２、及び計測制御部５３の構成に適用されてもよい。当業者は、それらのコントローラが分散コンピューティング環境、すなわち、通信ネットワークを介して繋がっている処理ユニットによってタスクが実行される環境において実現されてもよいことを理解するだろう。本開示において、ＥＵＶ光生成制御部５、レーザ光進行方向制御部３４、ＥＵＶ制御部５１、ターゲット生成制御部５２、及び計測制御部５３は、イーサネット（登録商標）やインターネットといった通信ネットワークを介して互いに接続されてもよい。分散コンピューティング環境において、プログラムモジュールは、ローカル及びリモート両方のメモリストレージデバイスに保存されてもよい。
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不定冠詞「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。
１…ＥＵＶ光生成装置、２…チャンバ、３…レーザ装置、４…ターゲットセンサ、５…ＥＵＶ光生成制御部（ＥＵＶ光生成コントローラ）、６…露光装置、１１…ＥＵＶ光生成システム、２１…ウインドウ、２２…レーザ光集光ミラー、２２ａ…レーザ集光光学系、２３…ＥＵＶ集光ミラー、２４…貫通孔、２５…プラズマ生成領域、２６…ターゲット供給部、２７…ターゲット、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部、３５…プラズマ発光光、３５Ａ…第１のプラズマ発光光、３５Ｂ…第２のプラズマ発光光、３７…不活性ガス、４０…カメラ、４０Ａ…第１のカメラ、４０Ｂ…第２のカメラ、４１…イメージセンサ、４１Ａ…第１のイメージセンサ、４１Ｂ…第２のイメージセンサ、４２…転写光学系、４２Ａ…第１の転写光学系、４２Ｂ…第２の転写光学系、４３…ウインドウ、４３Ａ，４３Ｂ…ウインドウ、４４…ダンパ、４６…不活性ガス供給装置、４７…排気装置、５１…ＥＵＶ制御部（ＥＵＶコントローラ）、５２…ターゲット生成制御部（ターゲット生成コントローラ）、５３…計測制御部（計測コントローラ）、６２…ノズル、７１…遅延回路、７２…ワンショット回路、８１…ミラーホルダ、８２，８３…プレート、８４…ＸＹＺ軸ステージ、９０…全画像サイズ、９１…指定領域、１００…ハードウエア環境、２２１…軸外放物面ミラー、２２２…平面ミラー、２２３，２２４…ホルダ、２５１…ＥＵＶ光、２５２…ＥＵＶ光、２９１…壁、２９２…中間集光点（ＩＦ）、２９３…アパーチャ、３１１…マスタオシレータ（ＭＯ）、３１２…ビームスプリッタ、３１３…光センサ、３４１，３４２…平面ミラー、１０００…処理ユニット、１００１…中央処理ユニット（ＣＰＵ）、１００２…メモリ、１００３…タイマ、１００４…画像処理ユニット（ＧＰＵ）、１００５…ストレージユニット、１０１０…ユーザインターフェイス、１０２０…パラレルＩ／Ｏコントローラ、１０３０…シリアルＩ／Ｏコントローラ、１０４０…Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ、Ｄ１…画像データ（プラズマ発光像データ）、Ｄ１１…第１の画像データ（第１のプラズマ発光像データ）、Ｄ１２…第２の画像データ（第２のプラズマ発光像データ）、ｔｄ…遅延時間、ＴＧ１…発振トリガ、ＴＧ２１…第１のシャッタトリガ、ＴＧ２２…第２のシャッタトリガ、Ｐｗ…ビームウエスト位置（集光位置）、Ｄｗ…ビームウエスト全幅（集光幅）、ＰＡ１…第１の増幅器、ＰＡ２…第２の増幅器、ＰＡ３…第３の増幅器、ＰＡ４…第４の増幅器。

Claims (6)

  1. 内部に所定のガスを含むチャンバと、
    レーザ装置から出力されるパルスレーザ光の光路上に配置され、前記パルスレーザ光を集光する集光光学系と、
    前記パルスレーザ光の光路の軸外に設けられ、前記集光光学系により集光された前記パルスレーザ光が前記所定のガスに照射されることによって前記チャンバの内部で生成されたプラズマ発光の像を撮像する撮像部と、
    前記撮像部から得られたプラズマ発光像に基づいて、前記パルスレーザ光の集光位置及び集光幅を計測する計測部と
    を備え、
    前記撮像部は、
    第１の方向に向けられた第１の撮像部と、
    前記第１の方向とは異なる第２の方向に向けられた第２の撮像部と
    を含む
    極端紫外光生成装置。
  2. 前記撮像部による撮像タイミングを、前記レーザ装置による前記パルスレーザ光の出力タイミングから遅延したタイミングに同期させる制御部をさらに備えた
    請求項１に記載の極端紫外光生成装置。
  3. 前記撮像部は、前記パルスレーザ光の光路軸に対して直交する方向を向くように配置されている
    請求項１に記載の極端紫外光生成装置。
  4. 前記計測部は、
    前記第１の撮像部から得られた第１のプラズマ発光像に基づいて、前記パルスレーザ光の第１の集光位置及び第１の集光幅を計測すると共に、前記第２の撮像部から得られた第２のプラズマ発光像に基づいて、前記パルスレーザ光の第２の集光位置及び第２の集光幅を計測する
    請求項１に記載の極端紫外光生成装置。
  5. 前記第１の撮像部と前記第２の撮像部はそれぞれ、互いに直交する方向を向くように配置され、かつ、それぞれが前記パルスレーザ光の光路軸に対して直交する方向を向くように配置されている
    請求項１に記載の極端紫外光生成装置。
  6. 極端紫外光の生成に用いられるパルスレーザ光の集光ビームを計測する装置であって、
    パルスレーザ光の光路の軸外に設けられ、所定のガスに前記パルスレーザ光が照射されることによって生成されたプラズマ発光の像を撮像する撮像部と、
    前記撮像部から得られたプラズマ発光像に基づいて、前記パルスレーザ光の集光位置及び集光幅を計測する計測部と
    を備えたパルスレーザ光の集光ビーム計測装置。
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