具有激光射束源和用于操纵激光射束的射束导引设备的极紫外激励光源

技术领域

本发明涉及一种具有激光射束源和用于操纵激光射束的射束导引设备 的极紫外激励光源，尤其涉及具有用于操纵所述激光射束的至少一个分离 射束的射束导引设备的极紫外激励光源。

背景技术

已知用于产生EUV(Extreme Ultra-Violett：极紫外)辐射的设备，其 借助例如CO₂激光器的激光射束激励靶材料，以便发射极紫外辐射，所述 靶材料包含氙、锂或锡。

文献WO 2011/162903示出一种激光器，其以相应的方式激励靶材料， 以便作为极紫外激励光源起作用。为了改善极紫外光产生的效率，首先由 所谓的预脉冲(“pre-pulse”)撞击靶材料微滴，并且在此将微滴扩大、转化 成气体、汽化或转化为弱等离子体。由所述“预脉冲”预处理的靶材料然 后通过所谓的主脉冲(“main-pulse”)转换为等离子体并且辐射极紫外光。 按具体情况，不同激光器作为用于“预脉冲”和“主脉冲”的光源使用， 所述预脉冲和所述主脉冲然后例如借助光学器件、射束组合器(“beam  combiner”)在共同的射束路径上引入到共同的放大器中。

不同激光器也可以辐射具有不同波长的光，其中，在使用多个激光器 的情况下，具有不同波长的激光射束由于色差而聚焦到激光射束的轴线上 的在不同间距处的焦点上。

发明内容

本发明所基于的任务在于，提供一种极紫外激励光源，其使得可能的 是，如此操纵至少一个激光射束，使得产生所述至少一个激光射束的位于 不同位置上的不同焦点。

所述任务通过根据权利要求1所述的极紫外激励光源解决。本发明的 扩展方案是从属权利要求的主题。

通过由射束导引设备将激光射束划分成多个分离射束以及通过操纵所 述激光射束的分离射束中的至少一个而存在以下可能性：分别在预先确定 的间距处在预先确定的位置上产生激光射束的多个焦点，其中，所述三个 空间维度中的预先确定的位置可能不同。由此对于极紫外辐射产生而言可 以调节用于“预脉冲”的焦点或者汇聚，其不同于“主脉冲”的焦点。因 此，可以最佳照射靶材料，以便撞击在其轨迹中的最佳的第二位置上的、 通过“预脉冲”在第一位置上预处理的靶材料微滴并且激励其至极紫外光 辐射，所述轨迹通过初始方向和初始速度、重力和由“预脉冲”引起的偏 转来确定。

附图说明

下面根据参考附图的实施例阐述本发明。

图1示出具有射束导引设备的第一实施方式的极紫外激励光源的原理 图，所述射束导引设备具有用于操纵激光射束源的激光射束的反射分离射 束的平面镜；

图2示出具有射束导引设备的第二实施方式的极紫外激励光源的原理 图，所述射束导引设备用于操纵各激光射束源的两个激光射束；

图3示出具有射束导引设备的第三实施方式的极紫外激励光源的原理 图，所述射束导引设备具有弯曲镜；

图4示出具有射束导引设备的第四实施方式的极紫外激励光源的原理 图，在所述射束导引设备中不仅操纵反射分离射束而且操纵透射分离射束；

图5示出根据第五实施方式的射束导引设备中的光程的原理图，用于 补偿偏振误差或相移。

具体实施方式

图1示出具有射束导引设备22的极紫外激励光源1的第一实施方式， 所述射束导引设备用于操纵激光射束10。操纵应理解为改变激光射束的方 向和/或改变激光射束的发散。射束导引设备22具有分束器2、第一镜4、 第二镜5和叠加镜3。此外，透镜设置为射束导引设备22中的聚焦装置6。

分束器2在该实施方式中设有可半穿透的涂层。由此，划分射到分束 器2上的激光射束10，并且产生透射分离射束10'和反射分离射束11。第 一镜4和第二镜5在该实施方式中是平坦地或者说平面地构造并且完全反 射入射光。叠加镜3设有涂层，所述涂层与分束器2的涂层相配。由此叠 加镜3对于射到叠加镜的一侧上的激光射束起透射性作用而对于射到另一 侧上的激光射束起反射性作用。聚焦装置6构造为透镜并且产生射到所述 透镜上的激光射束10"、11″'的焦点7、8。替代地，聚焦装置6也可以构造 为镜或由多个光学元件组成的系统。

在一种替代的实施方式中，根据几何和光学规定，设有仅仅一个镜4 或者设有多于两个镜4、5。透射性元件——例如分束器2、叠加镜3和聚 焦装置6优选由金刚石制造。由此确保，透射射束不受透射性元件中的热 效应影响或者仅仅略受其影响。替代地，可以使用其他合适的材料。原则 上ZnSe适合作为衬底，但在这种情况下通过形成的温度梯度能够预料透射 射束中的显著的发散变化。

为了产生激光射束10，设有激光射束源9，例如CO₂激光器。通过未 示出的控制设备如此控制激光射束源9，使得由所述激光射束源发出具有在 红外光谱范围中的波长的激光射束脉冲。激光射束源9基本上具有种子激 光器和放大器级。替代地，如下面所述，也可以设有多个种子激光器，它 们的激光射束在共同的放大器级中被放大，或者替代地在分开的放大器级 中被放大。

激光射束10射到分束器2上，在那被划分，并且产生第一透射分离射 束10'和第一反射分离射束11。第一透射分离射束10'的强度与第一反射分 离射束11的强度的比例取决于分束器2的涂层。通常，如此确定功率分配， 使得透射分离射束的功率是反射分离射束的功率的约10％-30％。

第一透射分离射束10'然后射到叠加镜3上并且通过所述叠加镜透射， 从而产生第二透射分离射束10"。第二透射分离射束10"然后射到聚焦装置 6上并且在那聚焦到第一焦点7上。

第一反射分离射束11在第一镜4上反射，从而产生第二反射分离射束 11'。第二反射分离射束11'射到第二镜5上并且在那反射成第三反射分离射 束11"。第三反射分离射束11"然后射到叠加镜3上并且在那反射成第四反 射分离射束11″'。第四反射分离射束11″'射到聚焦装置6上并且在那聚焦到 第二焦点8上。

激光射束源9、分束器2、第一镜4、第二镜5和叠加镜3分别如此构 造和设置，使得第一焦点7和第二焦点8在该实施方式中具有距离聚焦装 置6的相同间距，但位于不同位置上。焦点7、8所处的位置在此位于一条 横向于形成焦点7、8的激光射束的光学轴线的线上。

图2示出射束导引设备22的第二实施方式。在该实施方式中，设有两 个激光射束源9、9'。激光射束源9在以下方面区别于激光射束源9'：激光 射束源9发射具有另一个波长的光。激光射束源9发射具有第一波长λ₁的 激光射束，而激光射束源9'发射具有第二λ₂的激光射束。激光射束通过光 学元件20、21合并并且形成同心激光射束12。替代地，使激光射束源9、 9'的激光射束也直接定向到分束器2上。

在该实施方式中，分束器2如此构造，使得它具有过滤涂层，所述过 滤涂层基本上反射一个波长范围并且基本上透射另一个波长范围。在该实 施方式中，基本上透射具有波长范围λ₁的激光射束并且基本上反射具有波 长范围λ₂的激光射束。由此产生第一透射分离射束12'和第一反射分离射束 13。

第一透射分离射束12'通过叠加镜3透射并且形成第二透射分离射束 12″，所述叠加镜在此也与所述分束器2相配地涂覆。第二透射分离射束12″ 通过聚焦装置6聚焦，然后产生第一焦点7。

与第一实施方式类似，在第二实施方式中，所述第一反射分离射束13 然后同样在镜4和5上反射，从而产生第二反射分离射束13'和第三反射分 离射束13"。第三反射分离射束13"然后通过叠加镜3反射成朝向聚焦装置 6的第四反射分离射束13″'，并且通过聚焦装置6使得第四反射分离射束 13″'聚焦到第二焦点8上。

通过使用两个激光射束源9、9'可能的是，不仅产生两个空间上分离的 焦点7、8，而且通过相应的控制产生时间上不同的焦点7、8，其中，也能 够在不同时间产生空间上分离的焦点。

在图3中示出射束导引设备22的第三实施方式。与在图2中示出的第 二实施方式的区别在于，第一镜4不是平坦的，而是弯曲的。通过第一镜4 的曲率改变激光射束的发散，从而通过镜4、5反射的激光射束以与通过分 束器2和叠加镜3透射的激光射束不同的发散入射，从而相比前面的实施 方式第二焦点8距离聚焦装置6具有不同的间距(在此更大)。替代地，根 据镜的曲率，第二焦点距离聚焦装置6的间距可以更小。

替代地，所述焦点距离聚焦装置6的间距也可以通过以下方式发生变 化：焦点沿着一垂直于聚焦装置6的光学轴线的轴线移动。

在一种替代的实施中，也可以是或者仅仅第二镜5弯曲或者两个镜4、 5弯曲。此外，替代地不必一定通过弯曲镜改变激光射束的发散。发散的改 变也能够通过其他光学元件——例如透镜或多于两个镜4、5实现。

原则上，在该实施方式中通过激光射束源9、9'的激光射束的定向、分 束器2的定向、镜4、5的定向和叠加镜3的定向确定所述激光射束在叠加 镜3之后和因此在聚焦装置6之后的定向，并且在此至少通过镜4、5的曲 率确定焦点距离聚焦装置6的间距。由此例如能够借助分离射束的不同发 散产生同心射束(在此未示出)，或者(如所述那样)所述分离射束在叠加 镜3之后相互围成一个角。在同心射束的情况下，根据分离射束的发散， 能够产生在同心射束的轴线上的、距离聚焦装置6不同间距的焦点。在分 离射束——所述分离射束在聚焦装置6之后也相互围成一个角——的情况 下，不仅焦点距离聚焦装置6的间距可以不同，而且焦点的位置可以如此 预先确定，使得所述焦点没有位于其他分离射束的轴线上。由此能够实现 这些焦点在所有三个空间方向上的相互空间分离。

在另一个替代的实施方式中，分束器2和叠加镜3之间的间隙可以可 选地构造为第一封闭空间14。可以相对于周围环境改变所述第一封闭空间 14中的预先确定的压力，所述压力通过用于调节所述压力的装置(例如通 过可控制的压力调节器)来调节，该装置由控制设备控制。通过相对于周 围环境改变压力的方式能够改变所述分束器2上的和叠加镜3上的反射面 的曲率，以便因此改变反射射束的发散，由此在运行期间也能够改变焦点 与聚焦装置6的间距。替代地，也可能的是，仅仅分束器2或者仅仅叠加 镜3限界所述第一封闭空间14。

同样也能够实现镜4、5的可选电动翻转(Verkippen)，其中，由控制 设备控制相应的翻转装置，因此能够在运行期间改变焦点8的位置。在电 动翻转与镜的曲率调整的可选的组合下，能够在所有三个空间方向上持续 地改变焦点8的位置。

对于在图2中所示的具有不同波长λ₁和λ₂的激光射束替代地，也可以 使激光射束源9、9'的激光射束不同地偏振。然后，激光射束根据偏振状态 被透射或反射，从而产生相应的分离射束。然后，与在图2或图3中所示 的激光射束12、13类似地操纵如此产生的、具有不同偏振的分离射束。

在图4中示出射束导引设备22的一种实施方式，在所述射束导引设备 中不仅操纵第一反射分离射束11而且操纵第一透射分离射束10'。在此， 也通过分束器2产生分离射束10'、11。如上面所述，可以在利用激光射束 10的不同特性的情况下划分所述激光射束源9(或者替代地，多个激光射 束源9、9')的激光射束10。

为了操纵所述第一透射分离射束10'，在此设有第三镜15、第四镜16、 第五镜17和第六镜18。替代地，所述镜15、16、17、18中的一个或多个 也可以通过透镜取代。此外，不必一定需要四个镜15、16、17、18。替代 地，也可以设置其他合适的数量。

第一透射分离射束10'通过第三镜15反射和偏转，并且与所述实施方 式类似地，操纵所述第一透射分离射束10'。由此可以改变其方向和其发散， 以便在距离聚焦装置6一预先确定的间距的预先确定的位置上产生第一焦 点7。

在此，可选地也可能的是，在第三镜15和第六镜18(如所示的那样) 之间的间隙中设置第二封闭空间19，或者替代地，在所述镜15、16、17、 18中的其他镜之间也是可能的，或者仅仅一个限界第二封闭空间19的镜也 是可能的。在第二封闭空间19中能够相对于周围环境调节和改变预先确定 的压力。因此，由此能够改变射到聚焦装置6上的分离射束10″的发散，并 且由此能够改变焦点7距离聚焦装置6的间距。

通过所述镜15、16、17、18中的一个或多个镜的可选的电动翻转，能 够调节射到聚焦装置6上的分离射束10″的射束方向，并且通过调节所述镜 15、16、17、18中的一个或多个镜的曲率能够调节焦点7距离聚焦装置6 的间距，并且因此调节焦点7的位置。

图5示出根据第五实施方式的射束导引设备22中的光程的原理图，以 便补偿偏振误差或相移。

如果透射射束不是经纯直线偏振的，其中，经直线偏振的激光射束的 偏振平面位于偏转平面中，则产生偏振误差。在任意偏振平面的情况下或 者尤其在圆周性偏振的情况下，透射射束获得两个与所述偏转平面垂直和 平行(s偏振对p偏振)地入射的偏振部分的与涂层系统性地相关的相移。 不仅对于透射射束而且对于反射射束发生系统性的相移。

图5中的分束器2如此设置，使得通过激光射束12和第一反射分离激 光射束13形成的平面与通过在第二镜5上反射的第三分离射束13″和在叠 加镜3上反射的第四分离射束13″'形成的平面垂直地设置。在此重要的是， 所述两个平面相互垂直，从而入射激光射束12的p-(s-)偏振部分一次作 为p-(s-)偏振并且一次作为s-(p-)偏振穿过两个光学元件2和3。因此 总的来说，两个偏振部分获得相同的相移，从而均衡相对的相位误差。因 此，激光射束13″'的透射部分的偏振或者透射分离射束的偏振与入射激光 射束12的偏振相同。

对于反射激光射束也发生系统性的相移。通过合适选择在反射性光学 元件2、3、4、5中的一个或多个上的偏转角和/或通过在反射分离射束13、 13'和13″中的一个或者多个的光程中在光学元件2和3之间使用一个或多 个其他光学元件也能够对于激光射束13″'的反射部分或者对于反射分离射 束补偿相移。

在运行中，通过极紫外激励光源1发射用于产生EUV(极紫外)辐射 的激光射束。通过两个种子激光器，在极紫外激励光源1中分别产生具有 波长λ₁为10.59μm和λ₂为10.26μm的激光射束。这些激光射束在第一放大 器级之前叠加并且在放大器级中放大。经放大的激光射束10然后射到分束 器2上，所述分束器如此实施，使得反射具有所述一个波长的激光射束并 且透射具有另一个波长的激光射束。例如，透射具有较大波长的激光射束 并且反射具有较小波长的激光射束。透射射束10'然后射到叠加镜3上，并 且在那被透射，并且射到聚焦装置6上，所述聚焦装置将激光射束聚焦到 第一焦点7上。第一反射射束11通过镜4、5反射并且射到叠加镜3上， 该第一反射射束由所述叠加镜偏转到聚焦装置6，所述聚焦装置将激光射束 聚焦到第二焦点8上。如此控制发出具有波长λ＝10.26μm的激光射束的种 子激光器，使得由极紫外激励光源1发出“预脉冲”，所述预脉冲在与时间 相关的定位上的第一焦点7中在时刻A在位置A上撞击在抛物线形轨迹上 横向于形成焦点的激光射束的光学轴线地运动的锌微滴。“预脉冲”具有约 3.5kw的平均功率。由此使锌微滴变形，对其加热和使其膨胀。然后，控制 发出具有λ＝10.59μm的激光射束的种子激光器，从而发出“主脉冲”。在经 膨胀的锌微滴继续运行期间，经膨胀的锌微滴在与时间相关的定位上的第 二焦点8中在时刻B在位置B上通过“主脉冲”激励至等离子体发光。“主 脉冲”具有35kW的平均功率。

在此产生的具有13.5nm的光然后例如用于半导体制造的晶片的光照。 对于产生极紫外辐射和优化其产生重要的是，不仅准确地确定时刻A和时 刻B之间的时间间隔，而且准确地确定位置A相对于位置B的空间位置， 以便激励锌微滴至等离子体发光。焦点的与时间相关的定位的固定调节或 者根据经验、即借助事先例如通过测量求取的所需要的值、通过镜的手动 调节来实现。替代地，用于产生极紫外光的、包含极紫外激励光源1的系 统设有检测装置，所述检测装置不仅检测锌微滴的与时间相关的位置而且 检测“预脉冲”和“主脉冲”的焦点的与时间相关的位置，例如通过效率 的检测，并且通过所检测的值、通过控制设备求取焦点的与时间相关的最 佳定位并且将所述最佳定位转发给用于调节焦点的位置的调整单元，从而 通过“预脉冲”和“主脉冲”尽可能准确地撞击所述锌微滴。所述效率的 检测也可以通过所发射的极紫外光强度的检测来实现。

替代地，如果轨迹曲线已知，则也可以根据锌微滴沿着其轨迹曲线的 运动的初始时刻和其轨迹速度计算所述锌微滴的定位。

替代地，仅仅一个种子激光器的应用也是可能的，其中，然后借助可 调整的镜使种子激光射束偏转。然而，“预脉冲”和“主脉冲”之间的时间 间隔很小(约1μs)。

在一种替代的变型方案中，不仅CO₂激光器(在图2中示为9')的而 且YAG激光器(在图2中示为9)的激光射束被引导进射束导引设备22 中。提供约35kW的主功率的CO₂激光器的光和提供约500W的主功率的 YAG激光器的光被定向到作为光学元件20的、由石英玻璃制成的圆片 (Scheibe)上。石英玻璃对于CO₂激光器的激光射束是反射性的而对于 YAG激光器的激光射束是透射性的。然而，不同于在图2中所示，也可以 使CO₂激光器的光束直接定向到光学元件20上，而不通过光学元件21使 其偏转。

所描述的实施方式不受限制并且可以相互组合，以便实现用于辐射 EUV光的靶材料的最佳激励。替代地，射束导引也可以包含其他的没有包 含在所述实施方式中的元件。