(57)【要約】【課題】プラズマの分析を精度よく行う。【解決手段】プラズマ分析システムは、チャンバと、チャンバの内部に設けられたターゲットと、ドライブパルスレーザ光をターゲットに照射することによりプラズマを発生させるドライブレーザ装置と、プローブパルスレーザ光をプラズマに照射することにより散乱光を生成するプローブレーザ装置と、プラズマからの光である測定光を入射し、散乱光のスペクトル波形を計測する計測部と、を有し、計測部は、測定光のうち散乱光の偏光方向に対応した方向の成分を透過させる偏光板を含み、偏光板を透過した光のスペクトル波形と偏光板を透過しなかった光のスペクトル波形とを個別に計測する。【選択図】図１
2020122904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバの内部に設けられたターゲットと、
ドライブパルスレーザ光を前記ターゲットに照射することによりプラズマを発生させるドライブレーザ装置と、
プローブパルスレーザ光を前記プラズマに照射することにより散乱光を生成するプローブレーザ装置と、
前記プラズマからの光である測定光を入射し、前記散乱光のスペクトル波形を計測する計測部と、
を有し、
前記計測部は、前記測定光のうち前記散乱光の偏光方向に対応した方向の成分を透過させる偏光板を含み、前記偏光板を透過した光のスペクトル波形と前記偏光板を透過しなかった光のスペクトル波形とを個別に計測し、これらのスペクトル波形から散乱光のスペクトル波形を算出する、プラズマ分析システム。
【請求項２】
前記計測部は、前記偏光板を透過しなかった光のスペクトル波形に対する前記偏光板を透過した光のスペクトル波形の差分を求めることで、前記散乱光のスペクトル波形を算出する、請求項１に記載のプラズマ分析システム。
【請求項３】
前記プラズマは、ＥＵＶ光を生成する、請求項１または２に記載のプラズマ分析システム。
【請求項４】
前記散乱光は、トムソン散乱光である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ分析システム。
【請求項５】
前記計測部は、前記散乱光における電子項のスペクトル波形を計測する、請求項４に記載のプラズマ分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、プラズマ分析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体リソグラフィ等に用いられる軟Ｘ線の一種であるＥＵＶ光は、高温且つ高密度のプラズマから取り出すことが可能である。例えば、特許文献１では、プラズマを発生させてＥＵＶ光を生成するＥＵＶ光生成システムについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１１７１１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＵＶ光の生成には、プラズマの最適化が求められる。そのためには、ＥＵＶ光の生成に用いられるプラズマの分析を精度よく行うことが求められる。
【０００５】
本開示は、プラズマの分析を精度よく行うことが可能なプラズマ分析システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本開示の一形態に係るプラズマ分析システムは、チャンバと、前記チャンバの内部に設けられたターゲットと、ドライブパルスレーザ光を前記ターゲットに照射することによりプラズマを発生させるドライブレーザ装置と、プローブパルスレーザ光を前記プラズマに照射することにより散乱光を生成するプローブレーザ装置と、前記プラズマからの光である測定光を入射し、前記散乱光のスペクトル波形を計測する計測部と、を有し、前記計測部は、前記測定光のうち前記散乱光の偏光方向に対応した方向の成分を透過させる偏光板を含み、前記偏光板を透過した光のスペクトル波形と前記偏光板を透過しなかった光のスペクトル波形とを個別に計測し、これらのスペクトル波形から散乱光のスペクトル波形を算出する。
【０００７】
上記のプラズマ分析システムによれば、計測部において、プラズマからの光である測定光を入射し、散乱光の偏光方向に対応した方向の成分を透過させる偏光板を透過した光のスペクトル波形と前記偏光板を透過しなかった光のスペクトル波形とを個別に計測し、これらのスペクトル波形から散乱光のスペクトル波形を算出する。このような構成を有することで、測定光に散乱光とは異なる光の成分が含まれている場合であっても、偏光板を透過しなかった光のスペクトル波形を利用して、散乱光とは異なる成分の光に由来するスペクトルの成分を除去することが可能となり、プラズマに由来する散乱光に係るスペクトル波形を精度よく算出することができる。すなわち、プラズマに係る分析を精度よく行うことができる。
【０００８】
前記計測部は、前記偏光板を透過しなかった光のスペクトル波形に対する前記偏光板を透過した光のスペクトル波形の差分を求めることで、前記散乱光のスペクトル波形を算出する態様とすることができる。偏光板を透過しなかった光のスペクトル波形に対する前記偏光板を透過した光のスペクトル波形の差分を求めることで、散乱光とは異なる成分の光に由来するスペクトルの成分を除去することができるため、プラズマに係る分析を精度よく行うことができる。
【０００９】
前記プラズマは、ＥＵＶ光を生成する態様とすることができる。本開示の一形態に係るプラズマ分析システムは、ＥＵＶ光の生成に利用されるプラズマの分析に好適に用いられる。
【００１０】
前記散乱光は、トムソン散乱光である態様とすることができる。本開示の一形態に係るプラズマ分析システムは、プラズマからのトムソン散乱光の分析に好適に用いられる。
【００１１】
前記計測部は、前記散乱光における電子項のスペクトル波形を計測する態様とすることができる。本開示の一形態に係るプラズマ分析システムは、プラズマからのトムソン散乱光における電子項のスペクトル波形の分析に好適に用いられる。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、プラズマの分析を精度よく行うことが可能なプラズマ分析システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、プラズマ分析システムの概略構成図である。
【図２】図２は、プラズマ分析システムに含まれる第２分光器の概略構成図である。
【図３】図３は、プラズマ分析システムに含まれる制御部のハードウェア構成図である。
【図４】図４は、プラズマからのトムソン散乱光について説明する図である。
【図５】図５は、第２分光器により計測されるスペクトル画像について説明する図である。
【図６】図６は、第２分光器により計測されるスペクトル波形及びその差分について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本開示を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
本開示の一形態に係るプラズマ分析システムは、波長１ｎｍ〜２０ｎｍの光である軟Ｘ線の一種であるＥＵＶ光（Extreme  Ultraviolet光：極端紫外光）を発生させるＥＵＶ光源において用いられるプラズマの観測に用いられる。ＥＵＶ光とは、波長１３．５ｎｍの光であり、半導体リソグラフィ等への利用が検討されている。ＥＵＶ光は、高温且つ高密度のプラズマから取り出すことが可能である。ＥＵＶ光を発生させる際に用いられる高温且つ高密度のプラズマを発生させる方法としては、固体、気体、液体等のターゲットに対して強いレーザ光を集光してプラズマを作るレーザ生成プラズマ（Laser  Produced  Plasma：ＬＰＰ）方式と、特定の物質の雰囲気中で電極間に大電流パルスを流して高温且つ高密度のプラズマを作る放電生成プラズマ（Discharge  Produced  Plasma：ＤＰＰ）方式と、の２つの方式がある。これらの方式により生成されたプラズマから出た光を、集光ミラーで集光し、照明光学系で整形することで、ＥＵＶ光源からＥＵＶ光として出射させることができる。
【００１６】
ＥＵＶ光源では、上述のようにプラズマを光源として使用するため、その最適化には電子密度（ｎｅ）や電子温度（Ｔｅ）といった基礎パラメータを制御し、最適なイオン価数（Ｚ）を達成することが重要となる。しかし一般に微小（＜１ｍｍ）且つ短命（＜１００ｎｓ）な光源プラズマのｎｅ，Ｔｅ，Ｚを十分な時間空間分解能で計測するには困難である。プラズマを分析する方法として、レーザ光の照射により発生するプラズマから散乱する二次的電磁波を分光、解析するレーザトムソン散乱法を用いられている。また、多価電離レーザ生成プラズマのｎｅ，Ｔｅ，Ｚの計測では、トムソン散乱により得られる二次的電磁波のスペクトルのうち、散乱パラメータαが１より大きい（α＞１）、集団的なふるまい（協同的散乱）を観測する協同的トムソン散乱法（collective  Thomson  scattering）を用いることが検討されている。
【００１７】
本実施形態で説明するプラズマ分析システム１は、上記のトムソン散乱により得られるトムソン散乱光のスペクトルを計測するシステムであり、ＥＵＶ光源で生成されるプラズマの分析に利用することができる。
【００１８】
図１に示すように、プラズマ分析システム１は、チャンバ２と、ドライブレーザ装置１１と、プローブレーザ装置１２と、加熱用レーザ装置１３と、第１集光光学系１４と、第２集光光学系１５と、カメラ１８と、第１分光器３０と、第２分光器４０と、遅延回路５０と、制御部６０と、を含んで構成されている。制御部６０は、第１分光器３０及び第２分光器４０からの信号を受け取り、ドライブレーザ装置１１及びプローブレーザ装置１２に対するタイミング制御を行う遅延回路に対して信号を送信する機能を有する。また、制御部６０は、第１分光器３０及び第２分光器４０におけるトムソン散乱光のスペクトル結果を受け取り所望の計算処理等を行う構成であってもよい。
【００１９】
チャンバ２は、５つのウインドウ２１〜２５と、ターゲット２７と、を含んでいてもよい。
【００２０】
ターゲット２７は、レーザ光の照射によりプラズマを発生する材料であって、例えば、チャンバ２の内部の所定の位置に配置することができる。ターゲット２７としては、例えば、スズ（Ｓｎ）、キセノン（Ｘｅ）等を用いることができる。例えば、スズをターゲット２７として用いる場合、平板状のスズターゲット（厚み２００μｍ）を１０μｍ単位での遠隔操作が可能なＸＹＺ軸方向精密ステージの上に置く構成としてもよい。
【００２１】
なお、本実施形態では、ターゲット２７が精密ステージ上に固定された固体である場合について説明するが、この形態には限定されない。例えば、ターゲット材料を貯蔵するタンクと、当該タンクからの材料を滴下するノズル等を組み合わせたターゲット供給装置によって、ターゲット２７として示される所定の位置にターゲットを供給する構成としてもよい。レーザ生成プラズマ方式（ＬＰＰ方式）のＥＵＶ光源の場合、上記のターゲット供給装置が用いられる。ターゲット供給装置は、制御部６０に対して接続され、制御部６０からのターゲット出力信号の入力に応じて、オンデマンド方式でドロップレット状のターゲットを生成し、ノズルから出力することで、ターゲット２７で示された位置にターゲットを配置するように構成されてもよい。なお、インクジェットの技術のように、引出電極とノズルとの間に高電圧のパルスを印加することによって、ターゲットを生成してもよい。
【００２２】
ウインドウ２１は、ドライブレーザ装置１１から出射されるドライブパルスレーザ光Ｌ１１の光路上において、チャンバ２にシールされて固定されていてもよい。ウインドウ２２は、プローブレーザ装置１２から出射されるプローブパルスレーザ光Ｌ１２の光路上において、チャンバ２にシールされて固定されていてもよい。ウインドウ２３は、ターゲット２７からの測定光Ｌ３０の光路上において、チャンバ２にシールされて固定されていてもよい。ウインドウ２４は、ターゲット２７からの測定光Ｌ４０の光路上において、チャンバ２にシールされて固定されていてもよい。ウインドウ２５は、カメラ１８とターゲット２７との間を結ぶ光路上において、チャンバ２にシールされて固定されていてもよい。
【００２３】
ドライブレーザ装置１１は、ターゲット２７を加熱してプラズマ化し、ＥＵＶ光を生成するためのドライブパルスレーザ光Ｌ１１を出力するレーザ装置であってもよい。ドライブレーザ装置１１は、例えば、波長１０６４ｎｍのパルスレーザ光（パルス幅１０ｎｓ半値全幅）を出力するＮｄ：ＹＡＧレーザ装置であってもよい。ドライブレーザ装置１１とターゲット２７との間には、ドライブパルスレーザ光Ｌ１１がウインドウ２１とを介してターゲット２７に集光されるように、ミラー１１１，１１２を含む複数のミラー又はレンズ等の光学素子１６が配置されてもよい。
【００２４】
プローブレーザ装置１２は、ターゲット２７の周囲のプラズマ生成領域で発生したプラズマのトムソン散乱光を計測するためのプローブパルスレーザ光Ｌ１２を出力するレーザ装置であってもよい。プローブレーザ装置１２は、例えば、波長５３２ｎｍのパルスレーザ光（パルス幅８ｎｓ半値全幅）を出力するＮｄ：ＹＡＧレーザ装置であってもよい。プローブレーザ装置１２は、プローブパルスレーザ光Ｌ１２が、ウインドウ２２を介して、プラズマ生成領域で発生したプラズマに照射されるように配置されてもよい。
【００２５】
加熱用レーザ装置１３は、ターゲット２７の周囲のプラズマ生成領域で発生したプラズマを追加加熱するための加熱用レーザ光Ｌ１３を出力するレーザ装置であってもよい。加熱用レーザ装置１３は、例えば、シングル縦モードで発振するＹＡＧレーザの第２高調波光を発生するレーザ装置であってもよい。ＹＡＧレーザの第２高調波光の波長は５３２ｎｍであり、パルス幅８ｎｓ半値全幅であってもよい。加熱用レーザ装置１３は、加熱用レーザ光Ｌ１３が、ウインドウ２２を介して、プラズマ生成領域で発生したプラズマに照射されるように配置されてもよい。なお、加熱用レーザ装置１３は省略してもよい。
【００２６】
プローブパルスレーザ光Ｌ１２及び加熱用レーザ光Ｌ１３は、図１に示すように、同じ光路を通ってウインドウ２２を介して、プラズマ生成領域で発生したプラズマに照射されるように配置されてもよい。この場合、ミラー１２１，１３１のように光学素子１７が光路上に配置されてもよい。
【００２７】
カメラ１８は、ウインドウ２５を介して、ターゲット２７の位置を確認する機能を有していてもよい。カメラ１８は、例えば、ＣＣＤカメラを用いることができる。カメラ１８とターゲット２７との間の光路上には、ミラー１８１等の光学素子が設けられていてもよい。
【００２８】
第１分光器３０は、ターゲット２７周囲で発生した測定光Ｌ３０に含まれるトムソン散乱光のイオン項のスペクトル波形を計測するものであってもよい。また、第２分光器４０は、ターゲット２７周囲で発生した測定光Ｌ４０に含まれる測定光Ｌ４０の電子項のスペクトル波形を計測するものであってもよい。第１分光器３０は、プラズマが生成されるターゲット２７周囲を基準として、プローブパルスレーザ光Ｌ１２の入射方向に対して１３５°方向に出射した光を入射して分光計測を行うものであってもよい。また、第２分光器４０は、プラズマが生成されるターゲット２７周囲を基準として、プローブパルスレーザ光Ｌ１２の入射方向に対して４５°方向に出射した光を入射して分光計測を行うものであってもよい。第１分光器３０及び第２分光器４０の配置を変更した場合でも、トムソン散乱光の計測は可能であるが、上記の配置とすることで、測定光Ｌ３０，Ｌ４０においてトムソン散乱光が含まれる割合を高めることができ、計測精度を高めることができる。
【００２９】
第１分光器３０は、ターゲット２７周囲で発生した測定光Ｌ３０のイオン項のスペクトル波形を計測するものであってもよい。第１分光器３０は、測定光Ｌ３０のイオン項に係る情報を取得可能な分光器として、公知の分光器を利用することができる。イオン項に係る情報としては、プラズマの温度（Ｔｅ，Ｔｉ）、電子密度（ｎｅ）、イオン価数（Ｚ）が挙げられる。プラズマのイオン項に関してこれらの情報を取得可能な分光器であれば、第１分光器３０として用いることができる。具体的には、Y Sato, 他11名, "Spatialprofiles of electron density, electron temperature, average ionic charge, andEUV emission of laser-produced Sn plasmas for EUV lithography", JapaneseJournal of Applied Physics 56, 036201 (2017), p. 036201-1 - 036201-5に記載の分光器等を用いることができる。ただし、第１分光器３０は上記の分光器に限定されるものではない。
【００３０】
なお、第１分光器３０では、イオン項のスペクトル波形の計測にＩＣＣＤカメラ（Intensified  CCD）を用いる構成としてもよい。この場合、ＩＣＣＤカメラは、制御部６０からのシャッタ信号に基づいて撮像を行う構成としてもよい。
【００３１】
また、第１分光器３０は、ＩＣＣＤカメラでの測定結果を制御部６０に送り、制御部６０は、ＩＣＣＤカメラから取得された計測結果に基づいて、トムソン散乱光のイオン項に係るスペクトル波形の算出を行ってもよい。このような構成とする場合、第１分光器３０及び制御部６０は、トムソン散乱光のイオン項に係るスペクトル波形の計測を行う第２の計測部として機能する。
【００３２】
チャンバ２のウインドウ２３と第１分光器３０との間における測定光Ｌ３０の光路上には、測定光Ｌ３０を第１分光器３０に入射させるための第１集光光学系１４が設けられていてもよい。第１集光光学系１４には、コリメートレンズ１４１，１４２と、ミラー１４３，１４４，１４５，１４６と、が含まれていてもよい。なお、第１集光光学系１４の構成は適宜変更することができる。
【００３３】
第２分光器４０は、ターゲット２７周囲で発生した測定光Ｌ４０に含まれるトムソン散乱光の電子項のスペクトル波形を計測するものであってもよい。第２分光器４０の詳細については、後述する。
【００３４】
チャンバ２のウインドウ２４と第２分光器４０との間における測定光Ｌ４０の光路上には、測定光Ｌ４０を第２分光器４０に入射させるための第２集光光学系１５が設けられていてもよい。第２集光光学系１５には、コリメートレンズ１５１，１５２と、ミラー１４３と、が含まれていてもよい。なお、第２集光光学系１５の構成は適宜変更することができる。
【００３５】
遅延回路５０は、ドライブレーザ装置１１にドライブパルス発光のトリガとなるトリガ信号を出力可能となるようにドライブレーザ装置１１に対して接続されていてもよい。また、遅延回路５０は、プローブレーザ装置１２にプローブパルス発光のトリガとなるトリガ信号を出力可能となるようにプローブレーザ装置１２に対して接続されてもよい。さらに、遅延回路５０は、第１分光器３０に含まれる撮像装置（例えば、ＩＣＣＤカメラ）、及び、第２分光器４０に含まれる撮像装置（例えば、ＩＣＣＤカメラ）のそれぞれに対してシャッタ信号を出力可能となるように、これらの撮像装置に対して接続されてもよい。
【００３６】
なお、ターゲット供給装置を用いてターゲット２７を供給する場合、遅延回路５０は、ターゲット供給装置に対してターゲット出力信号を出力可能となるように、ターゲット供給装置に対して接続されてもよい。
【００３７】
制御部６０は、遅延回路５０に対して、遅延回路５０で取り扱う各信号（例えば、ドライブパルス発光のトリガ信号、及びプローブパルス発光のトリガ信号等）について、信号の遅延時間を示す遅延データを出力してもよい。また、制御部６０は、遅延回路５０に対して、各信号を所定の遅延時間で生成するようにトリガ信号を出力してもよい。
【００３８】
次に、第２分光器４０について図２を参照しながら説明する。上述のように、第２分光器４０は、ターゲット２７周囲で発生した測定光Ｌ４０に含まれるトムソン散乱光の電子項のスペクトル波形を計測することができる。第２分光器４０は、入射スリット４０１と、中間スリット４０２と、レーザ波長ストップ４０３と、６つのコリメート光学系４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６と、ミラー４１８、４１９と、３つのグレーティング４２１，４２２，４２３と、偏光分光光学系４３０と、ＩＣＣＤカメラ４５０（撮像装置）と、を有する。
【００３９】
３つのグレーティング４２１，４２２，４２３は、それぞれ、トムソン散乱光を含む測定光Ｌ４０を、波長に応じて空間的に分散させる分散光学系であってもよい。なお、グレーティング４２１，４２２，４２３は、測定光Ｌ４０を波長に応じて回折させる分散グレーティングであってもよい。
【００４０】
入射スリット４０１は、前段の第２集光光学系１５によって結像された測定光Ｌ４０によるプラズマの像が入射するように配置されてもよい。入射スリット４０１の延在方向は、プローブパルスレーザ光Ｌ１２と同一とされてもよい。
【００４１】
入射スリット４０１のスリット幅は、例えば６０μｍとしてもよい。コリメート光学系４１１は、入射スリット４０１を透過した測定光Ｌ４０をコリメート光に変換するように配置されていてもよい。ミラー４１８は、コリメート光学系４１１を経たコリメート光が反射し、グレーティング４２１へ入射させるように配置されてもよい。グレーティング４２１は、ミラー４１８からのコリメート光が所定の入射角度α１で入射し、略回折角度β１で回折されるように配置されてもよい。コリメート光学系４１２は、グレーティング４２１による回折光をレーザ波長ストップ４０３に集光させるように配置されてもよい。
【００４２】
レーザ波長ストップ４０３は、レーザ波長のみをカットする逆スリットである。コリメート光学系４１２により集光された光がレーザ波長ストップ４０３を通るようにレーザ波長ストップ４０３を配置することで、測定光Ｌ４０の光路に沿って入射したレーザ光が後段の光学系に入射することを防ぐことができる。レーザ波長ストップ４０３は、例えば、５００μｍ幅の遮光部を有し、当該遮光部に入射する光を遮蔽する機能を有する。
【００４３】
コリメート光学系４１３は、レーザ波長ストップ４０３を透過した測定光Ｌ４０をコリメート光に変換し、グレーティング４２２へ入射させるように配置されてもよい。グレーティング４２２は、コリメート光学系４１２からのコリメート光が所定の入射角度α１で入射し、略回折角度β１で回折されるように配置されてもよい。コリメート光学系４１４は、グレーティング４２２による回折光を中間スリット４０２に集光させるように配置されてもよい。
【００４４】
中間スリット４０２は、コリメート光学系４１４により集光された光のうち、測定光Ｌ４０に対応する成分がスリット部分に入射して透過される構成としてもよい。中間スリット４０２のスリット幅は、例えば６０μｍとしてもよい。
【００４５】
コリメート光学系４１５は、中間スリット４０２を透過した測定光Ｌ４０をコリメート光に変換し、グレーティング４２３へ入射させるように配置されてもよい。グレーティング４２３は、コリメート光学系４１５からのコリメート光が所定の入射角度α１で入射し、略回折角度β１で回折されるように配置されてもよい。偏光分光光学系４３０は、グレーティング４２３からの回折光が入射し、後述のミラー４１９及びコリメート光学系４１６を経た出射光が撮像装置であるＩＣＣＤカメラ４５０に入射するように配置されてもよい。
【００４６】
偏光分光光学系４３０は、偏光ビームスプリッタ４３１，４３２と、ミラー４３３，４３４と、を含んで構成されていてよい。偏光ビームスプリッタ４３１は、グレーティング４２３からの回折光を入射し、ｐ偏光を透過させ、ｓ偏光を反射させることで、両者を分岐させる構成とすることができる。ミラー４３３は、偏光ビームスプリッタ４３１を透過したｐ偏光を反射させて偏光ビームスプリッタ４３２に入射させるように配置されてもよい。ミラー４３４は、偏光ビームスプリッタ４３１において反射されたｓ偏光を反射させて偏光ビームスプリッタ４３２に入射させるように配置されてもよい。偏光ビームスプリッタ４３２は、ミラー４３３からのｐ偏光及びミラー４３４からのｓ偏光を入射して、同一の方向、すなわちミラー４１９へ向けて出射するように配置されてもよい。
【００４７】
なお、ミラー４３３，４３４は、角度（設置角度）を変更可能としてもよい。この場合、ミラー４３３，４３４のうちの一方についてミラーで反射した光が偏光ビームスプリッタ４３２に入射するように制御し、他方についてはミラーで反射した光が偏光ビームスプリッタ４３２に入射しないように制御することで、ｐ偏光及びｓ偏光の一方のみを偏光ビームスプリッタ４３２に入射させる構成とすることができる。ミラー４３３，４３４の角度の制御は、例えば、制御部６０により行う構成とすることができる。なお、ｐ偏光及びｓ偏光の一方のみを偏光ビームスプリッタ４３２に入射させる構成として、ミラー４３３，４３４の角度を変更可能とすることに代えて、ｐ偏光及びｓ偏光の光路のそれぞれにシャッタを設けて開閉を制御する構成としてもよい。
【００４８】
ミラー４１９は、偏光分光光学系４３０の偏光ビームスプリッタ４３２からの光を入射してコリメート光学系４１６へ向けて出射させるように配置されてもよい。コリメート光学系４１６は、ミラー４１９からの光を入射して撮像装置であるＩＣＣＤカメラ４５０の受光面に集光し、ＩＣＣＤカメラ４５０の受光面上で第２分光器４０の入射スリット４０１の回折像が計測されるように配置されてもよい。
【００４９】
ＩＣＣＤカメラ４５０は、制御部６０からのシャッタ信号に基づいて撮像を行う構成としてもよい。
【００５０】
上記の第２分光器４０では、入射スリット４０１から中間スリット４０２までは、計測に用いられるプローブレーザ装置１２から出射されるプローブレーザ光の波長付近に生じる強い迷光をカットするフィルタ機能として機能する。また、中間スリット４０２よりも後段のグレーティング４２３において、フィルタリングが行われた光を分光し、ＩＣＣＤカメラ４５０で観測する構成とされている。すなわち、グレーティング４２１及びグレーティング４２２は逆分散の関係になっている。これらのグレーティング４２１，４２２及びレーザ波長ストップ４０３により、入射スリット４０１から入ってくる迷光成分を除去することが可能となる。
【００５１】
グレーティング４２３は、中間スリット４０２を通過した光を波長に応じて空間的に逆分散させる逆分散光学系であってもよい。また、グレーティング４２３は、中間スリット４０２を通過した光を波長に応じて回折させる逆分散グレーティングであってもよい。
【００５２】
第２分光器４０を構成する光学素子の仕様は、以下のものであってもよい。コリメート光学系４１１〜４１６のレンズの有効径は４６ｍｍ、焦点距離は２２０ｍｍであって、計測波長域において、色収差補正がなされていてもよい。また、グレーティング４２１〜４２３は、１２００本／ｍｍのブレーズドグレーティングであってもよい。ただし、光学素子の仕様は、上記に限定されない。
【００５３】
制御部６０は、上述の通り、第１分光器３０及び第２分光器４０からの信号を受け取り、ドライブレーザ装置１１及びプローブレーザ装置１２に対するタイミング制御を行う遅延回路に対して信号を送信する機能を有する。また、制御部６０は、第１分光器３０及び第２分光器４０におけるトムソン散乱光のスペクトル結果を受け取り所望の計算処理等を行う構成とすることもできる。制御部６０は、上述の処理を行うコンピュータとして機能してもよい。図３は、制御部６０のハードウェア構成の一例を示す図である。上述の制御部６０は、物理的には、プロセッサ１００１、メモリ１００２、ストレージ１００３、通信装置１００４、入力装置１００５、出力装置１００６、バス１００７などを含むコンピュータ装置として構成されてもよい。なお、「装置」とは、回路、デバイス、ユニットなどに読み替えることができる。制御部６０のハードウェア構成は、図に示した各装置を１つ又は複数含むように構成されてもよいし、一部の装置を含まずに構成されてもよい。
【００５４】
制御部６０における各機能は、プロセッサ１００１、メモリ１００２などのハードウェア上に所定のソフトウェア（プログラム）を読み込ませることで、プロセッサ１００１が演算を行い、通信装置１００４による通信や、メモリ１００２及びストレージ１００３におけるデータの読み出し及び／又は書き込みを制御することで実現される。
【００５５】
プロセッサ１００１は、例えば、オペレーティングシステムを動作させてコンピュータ全体を制御する。プロセッサ１００１は、周辺装置とのインタフェース、制御装置、演算装置、レジスタなどを含む中央処理装置（ＣＰＵ：Central  Processing  Unit）で構成されてもよい。プロセッサ１００１は、プログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュールやデータを、ストレージ１００３及び／又は通信装置１００４からメモリ１００２に読み出し、これらに従って各種の処理を実行する。プログラムとしては、上述の実施の形態で説明した動作の少なくとも一部をコンピュータに実行させるプログラムが用いられる。上述の各種処理は、１つのプロセッサ１００１で実行されてもよいし、２以上のプロセッサ１００１により同時又は逐次に実行されてもよい。
【００５６】
メモリ１００２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  ＲＯＭ）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）などの少なくとも１つで構成されてもよい。メモリ１００２は、レジスタ、キャッシュ、メインメモリ（主記憶装置）などと呼ばれてもよい。
【００５７】
ストレージ１００３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact  Disc  ＲＯＭ）などの光ディスク、ハードディスクドライブ等により構成されてもよい。ストレージ１００３は、補助記憶装置と呼ばれてもよい。
【００５８】
通信装置１００４は、有線及び／又は無線ネットワークを介してコンピュータ間の通信を行うためのハードウェア（送受信デバイス）であり、例えばネットワークデバイス、ネットワークコントローラ、ネットワークカード、通信モジュールなどともいう。なお、通信装置１００４は含まれていなくてもよい。
【００５９】
入力装置１００５は、外部からの入力を受け付ける入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、マイクロフォン、スイッチ、ボタン、センサなど）である。
【００６０】
また、プロセッサ１００１やメモリ１００２などの各装置は、情報を通信するためのバス１００７で接続される。バス１００７は、単一のバスで構成されてもよいし、装置間で異なるバスで構成されてもよい。
【００６１】
図１，２に戻り、プラズマ分析システム１の動作方法について説明する。図１，２で示すプラズマ分析システム１は、以下の方法で動作させることができる。まず、制御部６０は、遅延回路５０に対して、ドライブパルス発光トリガ信号、プローブパルス発光トリガ信号、第１分光器３０でのシャッタ信号、及び、第２分光器４０でのシャッタ信号のそれぞれについて、信号の遅延時間を示す遅延データを出力してもよい。また、制御部６０は、遅延回路５０に、上記のそれぞれの信号を所定の遅延時間で生成するようにトリガ信号を出力してもよい。
【００６２】
ドライブレーザ装置１１は、ドライブパルス発光トリガ信号が入力されると、ドライブレーザ装置１１からドライブパルスレーザ光Ｌ１１が出力され得る。ターゲット２７には、ドライブレーザ装置１１からのドライブパルスレーザ光Ｌ１１が照射され得る。その結果、ターゲット２７がプラズマ化して、ＥＵＶ光（図示せず）が生成され得る。エネルギセンサ（図示せず）等をチャンバ２内に設けて、ＥＵＶ光のエネルギを検出する構成としてもよい。
【００６３】
一方、プローブレーザ装置１２では、プローブパルス発光トリガ信号の入力に基づいてプローブパルスレーザ光Ｌ１２が出力され、チャンバ２内で発生したプラズマに対してプローブパルスレーザ光Ｌ１２が照射され得る。なお、プローブパルスレーザ光Ｌ１２と同一の光路を利用して、加熱用レーザ装置１３からの加熱用レーザ光Ｌ１３がプラズマに対して照射され得る。
【００６４】
プラズマからのプローブパルスレーザ光Ｌ１２によるトムソン散乱光のうち、測定光Ｌ３０は、第１集光光学系１４を経て第１分光器３０に対して入射する。これにより、第１分光器３０において測定光Ｌ３０のイオン項に係る計測が行われる。
【００６５】
第１分光器３０におけるＩＣＣＤカメラにシャッタ信号が入力されると、シャッタ信号の入力タイミングで、シャッタ信号のパルス幅の時間だけ、ＩＣＣＤカメラがシャッタ開状態となり、その時間の画像が計測され得る。回折光は、波長によって回折角度が異なるので、ＩＣＣＤカメラの受光面上で、シャッタ信号が入力された時間の測定光Ｌ３０のイオン項のスペクトル波形が計測され得る。ＩＣＣＤカメラは、計測された結果を画像データとして制御部６０に出力してもよい。
【００６６】
一方、プラズマからのプローブパルスレーザ光Ｌ１２によるトムソン散乱光のうち、測定光Ｌ４０の光路方向に出射された光は、第２集光光学系１５を経て第２分光器４０に対して入射する。これにより、第２分光器４０において測定光Ｌ４０に含まれるトムソン散乱光の電子項に係る計測が行われる。
【００６７】
第２分光器４０のＩＣＣＤカメラ４５０に対してシャッタ信号が入力されると、シャッタ信号の入力タイミングで、シャッタ信号のパルス幅の時間だけ、ＩＣＣＤカメラ４５０がシャッタ開状態となり、その時間の画像が計測され得る。回折光は、波長によって回折角度が異なるので、ＩＣＣＤカメラ４５０の受光面上で、シャッタ信号が入力された時間の回折光（ＩＣＣＤカメラ４５０に入射した光）のスペクトル波形が計測され得る。ＩＣＣＤカメラ４５０は、計測された結果、または、その結果に対応する画像データを、制御部６０に出力してもよい。
【００６８】
制御部６０は、ＩＣＣＤカメラ４５０から取得された計測結果に基づいて、トムソン散乱光の電子項に係るスペクトル波形の算出を行ってもよい。すなわち、第２分光器４０及び制御部６０は、トムソン散乱光の電子項に係るスペクトル波形の計測を行う計測部として機能する。
【００６９】
第２分光器４０では、上述したように制御部６０による制御により、測定光Ｌ４０として第２分光器４０に入射した光のうち、ｐ偏光またはｓ偏光のいずれかのスペクトル波形のみをＩＣＣＤカメラ４５０において撮像することが可能である。すなわち、ＩＣＣＤカメラ４５０では、測定光Ｌ４０のｐ偏光成分及びｓ偏光成分のスペクトル波形を個別に撮像することができる。したがって、制御部６０では、これらを用いて測定光Ｌ４０に含まれるトムソン散乱光の電子項のスペクトル波形に係る情報をより詳細に取得することができ、トムソン散乱光にかかる分析をより精度良く行うことができる。
【００７０】
さらに、プラズマ分析システム１では、第１分光器３０において測定光Ｌ３０に含まれるトムソン散乱光のイオン項に係るスペクトル波形の計測を行うと共に、第２分光器４０において測定光Ｌ４０に含まれるトムソン散乱光の電子項に係るスペクトル波形の計測を行う。すなわち、１つのシステムにおいて、トムソン散乱光のイオン項に係るスペクトル波形の計測と電子項に係るスペクトル波形の計測とを同時に行っている。
【００７１】
上記のプラズマ分析システム１を用いることによる効果について説明する。
【００７２】
まず、トムソン散乱光のスペクトル波形について説明する。図４は、散乱パラメータαがα＞１のときのトムソン散乱光のスペクトル波形の一例を模式的に示している。ＥＵＶ光のような軟Ｘ線を生成するプラズマのトムソン散乱光は、α＞１の協同的散乱となり得ることが知られている。協同的散乱の場合、図４に示したように、イオン項と電子項のスペクトル波形が観測され得る。このとき、プローブパルスレーザ光Ｌ１２の波長λ０に対して短波長側と長波長側とにそれぞれ対称的にイオン項と電子項のスペクトルが観測され得る。
【００７３】
このうち、プローブパルスレーザ光Ｌ１２の波長λ０に対して波長が近いイオン項のスペクトル波形は、図４で示すように強い信号強度で観測され得る。このため、イオン項を計測することによって、プラズマに係るパラメータを高精度に見積もることができる。イオン項のスペクトル波形を計測すると、イオン項のスペクトル波形の形状、イオン項のピーク波長、及び信号強度から、価数Ｚ、電子密度ｎｅ、電子温度Ｔｅ、及びイオン温度Ｔｉを計算し得る。ＺとＴｅの値は、Ｚ・Ｔｅの値に基づいて、ＣＲモデルの理論テーブル値から分離して求め得る。イオン項のスペクトル波形の計測時には、迷光除去が大きな課題となることが知られており、種々の検討が進められている。
【００７４】
一方、プローブパルスレーザ光Ｌ１２の波長λ０に対して波長が遠い電子項のスペクトル波形は、図４で示すようにイオン項と比較してかなり弱い信号強度で観測され得る。スペクトルの波長域及びその信号強度が異なるため、イオン項のスペクトル波形の計測に最適化された分光器では、電子項のスペクトル波形の計測を精度良く行うことができないという問題があった。
【００７５】
また、電子項のスペクトル波形からは、電子密度ｎｅ及び電子温度Ｔｅを計測することができる。しかしながら、αが３程度以上になると電子項スペクトル強度が急激に減少する。また、電子項スペクトル幅は電子プラズマ周波数を反映しているが、αが３程度以上となると、電子プラズマ周波数に対応する差波長に急峻なピークを持つことになる。そのため、スペクトル波形を正確に計測し電子密度や電子温度を高い精度で求めることが難しくなる。さらに、スペクトル波形を計測する際にプラズマ発光（自発光）が大きなノイズとなってしまい、強度が小さな電子項のスペクトル波形の計測が困難となる可能性がある。
【００７６】
これに対して、本実施形態に係るプラズマ分析システム１では、電子項のスペクトル波形の計測を行う第２分光器４０において、偏光分光光学系４３０を用いて、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との計測を行う。これにより、波形計測の際に影響を受けがちなプラズマ発光を除去した状態でトムソン散乱光の電子項のスペクトル波形の計測を行うことができる。具体的には、プラズマからのトムソン散乱光は、偏光ビームスプリッタ４３１を透過したｐ偏光成分のみに含まれる。トムソン散乱光の偏光方向は、プローブレーザ装置１２から出射されるプローブパルスレーザ光Ｌ１２の偏光方向に依存している。すなわち、偏光ビームスプリッタ４３１は、トムソン散乱光の偏光方向に対応した偏光のみを透過させる偏光板の一種として機能していることになる。一方、ノイズとなるプラズマ発光はｐ偏光成分及びｓ偏光成分の両方に含まれる。
【００７７】
すなわち、ｐ偏光成分の光には、トムソン散乱光及びプラズマ発光の両方が含まれるのに対して、ｓ偏光成分の光には、プラズマ発光のみが含まれる。したがって、ｐ偏光成分のスペクトル波形とｓ偏光成分のスペクトル波形との差分を求めることで、トムソン散乱光の電子項のスペクトル波形を得ることができる。
【００７８】
図５は、ｐ偏光成分をＩＣＣＤカメラ４５０で撮像することにより得られたスペクトル画像、及び、ｓ偏光成分をＩＣＣＤカメラ４５０で撮像することにより得られたスペクトル画像を示している。図４の上方にｐ偏光成分に係る画像を示し、下方にｓ偏光成分に係る画像を示している。ｐ偏光成分のスペクトル画像とｓ偏光成分のスペクトル画像とを比較すると、測定光Ｌ４０の電子項に対応する位置のスペクトル画像に差があることが分かる。
【００７９】
図６は、図５のスペクトル画像において検出された各波長の光の強度をスペクトル波形として示したものであり、ｐ偏光成分及びｓ偏光成分のスペクトル波形を示している。横軸のΔλとは、プローブパルスレーザ光Ｌ１２の波長λ０との差分を示すものであり、縦軸は対応する波長での信号強度を示している。図６においてΔλが０付近の領域に示す矩形の領域は、ノイズ除去等が行われている波長帯を示すものである。図６ではｐ偏光成分のスペクトル波形を「ＬＴＳ＋発光」として示している。また、ｓ偏光成分のスペクトル波形を「ＬＴＳ＋発光」として示している。また、図６では、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の差分のスペクトル波形も示している。差分スペクトルは、矢印Ａ１で示す領域にピークを有することが確認される。これらのピークは、図４等で示したトムソン散乱光の電子項に対応するピークである。また、ピーク形状も、図４で示す電子項のスペクトル波形に対応したものとなっている。このように、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との差分を求めることで、トムソン散乱光の電子項のスペクトル波形を計測することが可能となる。また、これまで行われている手法と比べてその精度が高くなり、電子項のスペクトル波形に基づいて算出されるプラズマの各種パラメータの算出精度が高くなる。すなわち、プラズマに係る分析精度が高くなる。
【００８０】
以上のように、上記のプラズマ分析システム１によれば、計測部として機能する第２分光器４０及び制御部６０において、プラズマからの光である測定光Ｌ４０を入射し、散乱光の偏光方向に対応した方向の成分を透過させる偏光板に対応する偏光ビームスプリッタ４３１を透過した光のスペクトル波形と、偏光ビームスプリッタ４３１を透過しなかった光のスペクトル波形とを個別に計測し、これらのスペクトル波形から散乱光のスペクトル波形を算出する。このような構成を有することで、測定光に散乱光とは異なる光の成分（例えば、プラズマ発光など）が含まれている場合であっても、偏光板を透過しなかった光のスペクトル波形を利用して、散乱光とは異なる成分の光に由来するスペクトルの成分を除去することが可能となり、プラズマに由来する散乱光に係るスペクトル波形を精度よく算出することができる。すなわち、プラズマに係る分析を精度よく行うことができる。
【００８１】
また、計測部としての第２分光器４０及び制御部６０では、偏光板を透過しなかった光のスペクトル波形に対する偏光板を透過した光のスペクトル波形の差分を求めることで、散乱光のスペクトル波形を算出する。このような構成とすることで、散乱光とは異なる成分の光に由来するスペクトルの成分を除去することができるため、プラズマに係る分析を精度よく行うことができる。
【００８２】
また、プラズマは、ＥＵＶ光を生成する態様とすることができる。上記のプラズマ分析システム１は、ＥＵＶ光の生成に利用されるプラズマの分析に好適に用いられる。
【００８３】
また、散乱光は、トムソン散乱光である態様とすることができる。上記のプラズマ分析システム１は、プラズマからのトムソン散乱光の分析に好適に用いられる。
【００８４】
計測部としての第２分光器４０及び制御部６０は、散乱光における電子項のスペクトル波形を計測する態様とすることができる。プラズマ分析システム１は、上述の通りプラズマからのトムソン散乱光における電子項のスペクトル波形の分析に好適に用いられる。
【００８５】
また、プラズマ分析システム１は、プラズマからの光である測定光を入射し、散乱光のスペクトル波形を計測する第２の計測部としての第１分光器３０及び制御部６０をさらに有し、第２の計測部は散乱光におけるイオン項のスペクトル波形を計測する態様とすることができる。第２の計測部としての第１分光器３０及び制御部６０をさらに有することで、プラズマ分析システムは、プラズマからのトムソン散乱光におけるイオン項のスペクトル波形の計測と電子項のスペクトル波形の計測とを同時に行うことが可能となり、プラズマに係る分析をさらに精度よく行うことができる。
【００８６】
（変形例）
以下、上記実施形態で説明したプラズマ分析システムの変形例について説明する。
【００８７】
プラズマ分析システム１の第１分光器３０及び第２分光器４０に含まれる光学系は上記実施形態で説明した構成に限定されず適宜変更することができる。また、第１分光器３０及び第２分光器４０以外の光学系についても適宜変更することができる。
【００８８】
また、プラズマ分析システム１は、第２分光器４０及び制御部６０を含みトムソン散乱光の電子項のスペクトル計測を行う計測部と、第１分光器３０及び制御部６０を含みトムソン散乱光のイオン項のスペクトル計測を行う第２計測部と、を有する場合について説明したが、この構成も適宜変更することができる。プラズマ分析システムは、少なくとも偏光板に対応する偏光ビームスプリッタ４３１を含んで構成される偏光分光光学系４３０を含む第２分光器４０と制御部６０とを含む計測部が設けられていればよく、第１分光器３０は設けられていなくてもよい。
【００８９】
また、トムソン散乱光のイオン項を計測する第１分光器３０においても偏光板を用いた構成としてもよい。すなわち、本開示で説明した偏光板を含んで構成される計測部は、トムソン散乱光の電子項のスペクトル波形の計測のみに用いられるものではなく、例えば、トムソン散乱光のイオン項のスペクトル波形の計測に用いてもよい。さらに、偏光板を含んで構成されたスペクトル波形の計測を行う計測部は、トムソン散乱光とは異なるプラズマからの散乱光の計測に用いてもよい。
【００９０】
プラズマ分析システム１の制御部６０は、１台のコンピュータ装置等により構成されていてもよいし、複数台の装置に対してプラズマ分析システムに係る機能が分散配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１…プラズマ分析システム、２…チャンバ、１１…ドライブレーザ装置、１２…プローブレーザ装置、１３…加熱用レーザ装置、１４…第１集光光学系、１５…第２集光光学系、３０…第１分光器、４０…第２分光器、５０…遅延回路、６０…制御部、４０１…入射スリット、４０２…中間スリット、４０３…レーザ波長ストップ、４１１〜４１６…コリメート光学系、４１８，４１９…ミラー、４２１〜４２３…グレーティング、４３０…偏光分光光学系、４３１，４３２…偏光ビームスプリッタ、４３３，４３４…ミラー、４５０…ＩＣＣＤカメラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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