(57)【要約】  液滴の列がレーザ焦点位置２ｂを通って延びるように液滴発生器４を位置合わせし、液滴の列を液滴ターゲット４ｂとして発生させ、液滴ターゲット４ｂがレーザ焦点位置２ｂでパルスレーザビーム２と相互に作用するように、液滴の列と同期してパルスレーザビーム２を放射し、液滴ターゲット４ｂの個々の液滴の実際の位置が、液滴ターゲット４ｂの方向に対して垂直な平面内で測定され、液滴ターゲット４ｂの個々の液滴の速度が測定され、個々の液滴の測定された実際の位置が所定の設定位置から外れるときに、液滴発生器４がフィードバックモードにより再位置合わせされ、個々の液滴の測定された速度が、パルスレーザビーム２と同期しない、それぞれの液滴のレーザ焦点位置２ｂへの到達時間をもたらすときに、パルスレーザビーム２のパルスのタイミングがフィードバックモードにより変えられる方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴ターゲット（４ｂ）と高出力・高反復率レーザビーム（２）との間の相互作用を前記レーザビーム（２）のレーザ焦点位置（２ｂ）で制御するための方法であって、
ａ．所定の液滴周波数と所定方向の速度とを有する液滴ターゲット（４ｂ）としての液滴の列を発生させるための液滴発生器（４）を用意するステップと、
ｂ．前記レーザ焦点位置（２ｂ）で合焦されるパルスレーザビーム（２）を放射するための高出力・高反復率レーザ（１）を用意するステップと、
ｃ．前記液滴ターゲット（４ｂ）の前記液滴の列が前記レーザ焦点位置（２ｂ）を通って延びるように前記液滴発生器（４）を位置合わせするステップと、
ｄ．液滴の列を液滴ターゲット（４ｂ）として発生させるステップと、
ｅ．前記液滴ターゲット（４ｂ）が前記レーザ焦点位置（２ｂ）で前記パルスレーザビーム（２）と相互に作用するように、前記液滴ターゲット（４ｂ）の前記液滴の列と同期してパルスレーザビーム（２）を放射するステップと、
を備え、それにより、
ｆ．前記液滴ターゲット（４ｂ）の個々の液滴の実際の位置が、前記液滴ターゲット（４ｂ）の方向と交差する好ましくは前記方向に対して垂直な平面内で測定され、
ｇ．前記液滴ターゲット（４ｂ）の個々の液滴の速度が測定され、
ｈ．前記個々の液滴の測定された実際の位置が所定の設定位置から外れるときに、前記液滴発生器（４）がフィードバックモードにより再位置合わせされ、
ｉ．前記個々の液滴の測定された速度が、前記パルスレーザビーム（２）と同期しない、それぞれの液滴の前記レーザ焦点位置（２ｂ）への到達時間をもたらすときに、前記パルスレーザビーム（２）のパルスのタイミングがフィードバックモードにより変えられる、
方法。
【請求項２】
前記液滴ターゲット（４ｂ）の個々の液滴の前記実際の位置および前記速度が光学的に測定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ビーム方向および前記液滴ターゲット（４ｂ）の方向に対して垂直に延びるレーザライン（８，１２）の形態を成して前記液滴ターゲット（４ｂ）と交差する少なくとも２つの固定されたレーザビームによって、測定されるべき液滴が、前記液滴発生器（４）から前記レーザ焦点位置（２ｂ）へ向かう途中で照らされ、前記レーザライン（８，１２）内の前記液滴ターゲット（４ｂ）の前記液滴の位置は、前記液滴ターゲット（４ｂ）と交差した後に前記レーザビームによって照らされる位置感度光検出手段、好ましくはリニアフォトダイオードアレイ（１６，１９）によって決定される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも２つのレーザビームが、前記液滴ターゲット（４ｂ）に対して垂直な平面内の２つの異なる方向から、前記液滴ターゲット（４ｂ）の方向に関して２つの異なる高さで前記液滴ターゲット（４ｂ）を照らす、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも２つのレーザビームによる前記液滴ターゲット（４ｂ）の個々の液滴において続いて起こる照明間で時間遅延（ｔ１）が測定され、前記個々の液滴の速度が、前記測定された時間遅延（ｔ１）と、前記液滴ターゲット（４ｂ）の方向での前記少なくとも２つのレーザビーム間の距離（ｄ１）とから決定される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも２つのレーザビームがそれぞれ、前記液滴ターゲット（４ｂ）と交差した後に第１および第２のビームに分割され、前記少なくとも２つのレーザビームによる前記液滴ターゲット（４ｂ）の個々の液滴において前記続いて起こる照明は、それぞれが前記分割されたビームのうちの第２のビーム（３２，３７）を受ける別個のシングルチャネルフォトダイオード（３４，３９）によって検出される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記液滴発生器（４）が、前記液滴ターゲット（４ｂ）の方向と交差する好ましくは前記方向に対して垂直な平面内で前記液滴発生器（４）を移動させることによりおよび／または前記液滴発生器（４）を傾けることにより再位置合わせされる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記液滴ターゲット（４ｂ）と前記パルスレーザビーム（２）との間の相互作用がＥＵＶ放射線（４０）を発生させ、前記ＥＵＶ放射線が放射線センサ（４１）により検出され、前記放射線センサ（４１）の信号が前記レーザ焦点位置（２ｂ）を決定するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記位置および速度を測定するステップ（ｆ）及び（ｇ）が所定回数繰り返され、その結果は、高い精度をもって前記液滴ターゲット位置を決定するために記憶される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の方法を行なうための装置であって、液滴ターゲット（４ｂ）として液滴の列を所定の方向に放出する可動液滴発生器（４）と、前記液滴の列の途中に位置するレーザ焦点位置（２ｂ）で合焦されるパルスレーザビーム（２）を放射する制御可能な高反復率・高出力レーザ（１）と、前記液滴ターゲット（４ｂ）と交差する第１の平面内で第１の方向に第１の連続レーザビーム（８ａ）を放射する第１の連続レーザ源（５）と、前記液滴ターゲット（４ｂ）と交差する第２の平面内で第２の方向に第２の連続レーザビーム（１２ａ）を放射する第２の連続レーザ源（９）と、前記第１の連続レーザビーム（８ａ）を、前記液滴ターゲット（４ｂ）に対して垂直に延びて前記液滴ターゲット（４ｂ）と交差する第１のレーザライン（８）に拡大するための第１の手段（６，７）と、前記第２の連続レーザビーム（１２ａ）を、前記液滴ターゲット（４ｂ）に対して垂直に延びて前記液滴ターゲット（４ｂ）と交差する第２のレーザライン（１２）に拡大するための第２の手段（１０，１１）と、前記第１のレーザライン（８）を前記液滴ターゲット（４ｂ）と交差した後に受けるための第１の光検出手段（１６）と、前記第２のレーザライン（１２）を前記液滴ターゲット（４ｂ）と交差した後に受けるための第２の光検出手段（１９）と、前記第１および第２の光検出手段（１６，１９）から信号を受けて、前記液滴発生器（４）の動作と前記高反復率・高出力レーザ（１）のレーザパルスのタイミングとを制御する制御ユニット（２０）とを備える、装置。
【請求項１１】
前記第１および第２の平面が、前記液滴ターゲット（４ｂ）の方向で第１の距離（ｄ１）だけ離間される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１および第２の方向が互いに直交する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１および第２の拡大手段（６，７；１０，１１）がそれぞれビーム拡大器（６，１０）と円柱レンズ（７，１１）とを備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１および第２の光検出手段がそれぞれマルチチャネルフォトダイオードセンサまたはリニアフォトダイオードアレイ（１６，１９）である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記マルチチャネルフォトダイオードセンサまたはリニアフォトダイオードアレイ（１６，１９）のそれぞれの前に拡大レンズ（１３，１５）が配置される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記マルチチャネルフォトダイオードセンサまたはリニアフォトダイオードアレイ（１６，１９）のそれぞれの入口に帯域通過光学フィルタまたはスペクトルフィルタ（１４，１８）が配置される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
第１および第２の分割ビーム（３２，３７）を発生させるために前記レーザ焦点位置（２ｂ）の背後で前記第１および第２のレーザライン（８，１２）中に第１および第２のビーム分割手段（３０，３５）が設けられ、前記第１および第２の分割ビーム（３２，３７）を受けてそれぞれの信号を前記制御ユニット（２０）へ送るために第３および第４の光検出手段（３４，３９）が設けられる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
前記第３および第４の光検出手段がそれぞれシングルチャネルフォトダイオード（３４，３９）である、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記レーザ焦点位置（２ｂ）で発生されるＥＵＶ放射線（４０）を受けてそれぞれの信号を前記制御ユニット（２０）へ送るために放射線センサ（４１）が設けられる、請求項１０に記載の装置。
【請求項２０】
前記可動液滴発生器（４）が、前記制御ユニット（２０）を介してモータコントローラ（１７ｂ）により制御されるモータ（１７）に対して機械的に結合される、請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴ターゲットの列をレーザ放射線に晒す技術に関する。本発明は、液滴ターゲットと高出力・高反復率レーザビームとの間の相互作用を制御するための方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、前記方法を行なうための装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
空間的に安定した微小サイズの液滴の発生は、幾つかの科学分野および工業分野において用途を有する。これらの用途は、液滴が慣性閉じ込め核融合（ＩＣＦ）のための燃料として使用される原子物理学、または、微小サイズの液滴が軟Ｘ線レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）源のための燃料として使用される半導体産業を含む。特に半導体産業は、２４ｎｍ未満のノードサイズを有するマイクロチップの製造を必要とする。この目的のために、極紫外線（ＥＵＶ）波長領域内で放射線放射を行なうことができる次世代フォトリソグラフィ技術が必要とされる。現在の明るいＥＵＶ放射線源は、２％帯域幅が１３．５ｎｍで放射する（帯域内放射と呼ばれる）。１３．５ｎｍ帯域内放射の要件は、利用可能な多層ミラーに起因する。これらのミラーは、モリブデンおよびシリコンの４０−６０個の交互層から形成され、１３．５ｎｍで入射するＥＵＶ放射線の約７０％を反射する。ＥＵＶ光源を開発するために、科学界および産業界は、専らキセノンおよびスズなどの元素に注意を向けてきた。キセノンまたはスズがプラズマの状態に至らされる場合、ＥＵＶ波長領域の光子放出を得るためには、プラズマ中で特定される原子遷移が望ましい遷移である。
【０００４】
プラズマＥＵＶ光源は、主に、キセノンが燃料として使用されるときには放電生成プラズマ（ＤＰＰ）使用して、あるいは、スズが燃料として使用されるときにはレーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）を使用して開発される。ＬＰＰの場合、ナノ秒程度のパルス長を伴うキロワット程度の電力を有するレーザビーム（一般にＮＤ：ＹＡＧレーザまたはＣＯ２レーザ）が固体または液体のスズターゲットに合焦される。液体スズは、一般に、微小サイズの液滴ターゲットの形態を成す。約１０１０−１０１１Ｗ／ｃｍ２のレーザ出力密度がターゲットへ送出され、それにより、最初に固体材料の蒸発が発生され、その後にプラズマが発生される。これらの出力密度では、プラズマ中のイオンが十分に高い電荷を有し、それにより、ＥＵＶ領域で、特に１３．５ｎｍで、放射が起こる。放射される帯域内放射線は、その後、集光ミラーにより反射されて、いわゆる中間集光（ＩＦ）点に方向付けられる。典型的なスキャナにおいて、多くの照明光学素子は、ＥＵＶ光をそれがウエハ上へ投影される前にＩＦからレチクル（またはマスク）に方向付ける。
【０００５】
ＬＰＰ光源のための主な要件は、質量が限られた液体スズ液滴ターゲットの使用を含む。液滴ターゲットを使用する利点は、液滴ターゲットが高反復率で作用し得る再生ターゲット材料を形成するため、液滴ターゲットが光源の長期動作を確保できるという点である。同時に、質量が限られたターゲットの使用は、ＥＵＶ放射線収集光学素子を損傷させる高エネルギープラズマ粒子（イオンまたは中性粒子など）の放射を減らす。一方で、質量が限られた液滴ターゲットが発生されるときには多くの物理的および化学的なプロセスが考慮に入れられてきた。光源動作中には、液滴ターゲットが空間的および時間的な不安定性によって影響され得る。主に２つのタイプの不安定性、すなわち、横方向の安定性、つまり、液滴列に対して垂直な空間位置ドリフトと、軸方向の不安定性、つまり、液滴列に沿う空間位置ドリフトとが区別される。横方向の不安定性は、液滴ターゲット位置が入射レーザの平面内でドリフトするときの液滴ターゲット上に堆積されるレーザエネルギーの変化を意味する。軸方向の不安定性は、液滴間隔の変化を意味し、液滴が一定の周波数でレーザ焦点を通過しないときに時間的なジッタをもたらす。これは、液滴／レーザパルス非同期化を引き起こす。
【０００６】
結果として、両方のタイプの不安定性は、ＥＵＶ放射の変化をもたらす。したがって、ＥＵＶ光源のための重要な要件は、最大の安定性を有する照射部位へ液滴を送出することである。これらの不安定性の原因は常に良く知られているとは限らないため、特定の周波数をもって液滴ターゲット位置を高出力レーザ焦点位置に維持できる高精度制御システムを開発することが基本である。コントローラは、空間的および時間的な不安定性を補償する必要がある。制御システムは、閉ループおよび開ループを有することができる。開ループ制御システムは、単に、液滴ターゲットおよびレーザパルスを制御する電気信号の同期化から成る。閉ループ制御システムは、横方向の不安定性が生じる場合に液滴を主レーザ焦点位置へ戻すことができる。閉ループ制御システムがＥＵＶ光源の的確な動作にとって好ましいことは明らかである。液滴ターゲットの位置をミクロンスケール範囲で時間的に頻繁に調整する必要がある。そのことは、コントローラの空間分解能および応答時間が可能な限り高い必要があることを意味する。ターゲット位置を制御するために異なるタイプのセンサを使用する異なるシステムを構築できる。以前の制御システムは、ＣＣＤセンサ、フォトダイオードセンサなどを用いて開発された。しかしながら、以前のシステムは、コントローラに関して高い精度を空間領域および時間領域の両方で得るために多くのタイプのセンサの組み合わせを使用した。
【０００７】
従来技術文献は以下の通りである。
Ｍ．Ｒ．Ｇｒａｈａｍ，Ｗ．Ｎ．Ｐａｒｔｌｏ，Ｓ．Ｃｈａｎｇ，Ｒ．Ａ．Ｂｅｒｇｓｔｅｄｔ，Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｆｏｃｕｓ，ＵＳ  ２０１２／００１９８２６  Ａｌ，Ｊａｎ．２６，２０１２．
Ｒ．Ｂｅｒｎａｔｈ，Ｃ．Ｂｒｏｗｎ，Ｊ．Ｄｕｎｃａｎ，Ｋ．Ｔａｋｅｎｏｓｈｉｔａ，Ｍ．Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ，Ｊ．Ａ．Ｃｕｎａｄｏ，Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｒｏｐｌｅｔ  ａｎｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｔａｒｇｅｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ，Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｒ．ＵＳ  ７，７１８，９８５  Ｂ１，１８  Ｍａｙ  ２０１０．
Ｒ．Ｐ．Ａｋｉｎｓ，Ｒ．Ｌ．Ｓａｎｄｓｔｒｏｍ，Ｗ．Ｎ．Ｐａｒｔｌｏ，Ｉ．Ｖ．Ｆｏｍｅｎｋｏｖ，Ｔ．Ｄ．Ｓｔｅｉｇｅｒ，Ｊ．Ｍ．Ａｌｇｏｔｓ，Ｎ．Ｂｏｗｅｒｉｎｇ，Ｒ．Ｎ．Ｊａｃｑｕｅｓ，Ｆ．Ｐａｌｅｎｓｃｈａｔ，Ｊ．Ｓｏｎｇ，Ｈｉｇｈ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｒａｔｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  ＥＵＶ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓａｕｃｅ，Ｐａｔｅｎｔ  ｎｒ．ＵＳ２００５／０２０５８１０，Ｓｅｐ．２２，２００５．
Ｍ．Ｂ．Ｐｅｔａｃｈ，Ｓ．Ｗ．Ｆｏｒｎａｃａ，Ｒ．Ａ．Ｏｒｓｉｎｉ，Ｔａｒｇｅｔ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ＥＵＶ  Ｄｒｏｐｌｅｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．ＵＳ  ６，７９２，０７６  Ｂ２，Ｓｅｐ．１４，２００４．
Ｂ．Ａ．Ｍ．Ｈａｎｓｓｏｎ，Ｍ．Ｂｅｒｇｌｕｎｄ，Ｏ．Ｈｅｍｂｅｒｇ，ａｎｄ  Ｈ．Ｍ．Ｈｅｒｔｚ，Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｌｉｑｕｉｆｉｅｄ−ｉｎｅｒｔ−ｇａｓ  ｊｅｔｓ  ｆｏｒ  ｌａｓｅｒ−ｐｌａｓｍａ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．９５，４４３２（２００４）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、液滴ターゲットとレーザビームとの間の相互作用を正確に制御するための改良された方法を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、そのような相互作用を行なうための改良された装置を有することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これらの目的および他の目的は、請求項１に係る方法と請求項１０に係る装置とによって得られる。
【００１１】
本発明に係る方法は、
ａ）所定の液滴周波数と所定方向の速度とを有する液滴ターゲットとしての液滴の列を発生させるための液滴発生器を用意するステップと、
ｂ）前記レーザ焦点位置で合焦されるパルスレーザビームを放射するための高出力・高反復率レーザを用意するステップと、
ｃ）前記液滴の列が前記レーザ焦点位置を通って延びるように前記液滴発生器を位置合わせするステップと、
ｄ）液滴の列を液滴ターゲットとして発生させるステップと、
ｅ）前記液滴ターゲットが前記レーザ焦点位置で前記パルスレーザビームと相互に作用するように、前記液滴ターゲットの前記液滴の列と同期してパルスレーザビームを放射するステップと、
を備え、それにより、
ｆ）前記液滴ターゲットの個々の液滴の実際の位置が、前記液滴ターゲットの方向と交差する好ましくは前記方向に対して垂直な平面内で測定され、
ｇ）前記液滴ターゲットの個々の液滴の速度が測定され、
ｈ）前記個々の液滴の測定された実際の位置が所定の設定位置から外れるときに、液滴発生器がフィードバックモードにより再位置合わせされ、
ｉ）前記個々の液滴の測定された速度が、パルスレーザビームと同期しない、それぞれの液滴の前記レーザ焦点位置への到達時間をもたらすときに、パルスレーザビームのパルスのタイミングがフィードバックモードにより変えられる。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、前記液滴ターゲットの個々の液滴の前記実際の位置および前記速度が光学的に測定される。
【００１３】
具体的には、ビーム方向および前記液滴ターゲットの方向に対して垂直に延びるレーザラインの形態を成して液滴ターゲットと交差する少なくとも２つの固定されたレーザビームによって、測定されるべき液滴は、液滴発生器からレーザ焦点位置へ向かう途中で照らされ、前記レーザライン内の前記液滴ターゲットの前記液滴の位置は、前記液滴ターゲットと交差した後に前記レーザビームによって照らされる位置感度光検出手段、好ましくはリニアフォトダイオードアレイによって決定される。
【００１４】
より具体的には、前記少なくとも２つのレーザビームは、前記液滴ターゲットに対して垂直な平面内の２つの異なる方向から、前記液滴ターゲットの方向に関して２つの異なる高さで前記液滴ターゲットを照らす。
【００１５】
更に一層具体的には、前記少なくとも２つのレーザビームによる前記液滴ターゲットの個々の液滴において続いて起こる照明間で時間遅延が測定され、前記個々の液滴の速度は、前記測定された時間遅延と、前記液滴ターゲットの方向での前記少なくとも２つのレーザビーム間の距離とから決定される。
【００１６】
更に一層具体的には、前記少なくとも２つのレーザビームはそれぞれ、前記液滴ターゲットと交差した後に第１および第２のビームに分割され、前記少なくとも２つのレーザビームによる前記液滴ターゲットの個々の液滴において前記続いて起こる照明は、それぞれが前記分割されたビームのうちの第２のビームを受ける別個のシングルチャネルフォトダイオードによって検出される。
【００１７】
本発明の他の実施形態によれば、液滴発生器は、前記液滴ターゲットと交差する好ましくは前記液滴ターゲットに対して垂直な平面内で前記液滴発生器を移動させることによりおよび／または前記液滴発生器を傾けることにより再位置合わせされる。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、液滴ターゲットとパルスレーザビームとの間の相互作用がＥＵＶ放射線を発生させ、ＥＵＶ放射線が放射線センサにより検出され、放射線センサの信号がレーザ焦点位置を決定するために使用される。
【００１９】
その目的のために、極紫外線（ＥＵＶ）放射線センサまたは紫外線〜軟Ｘ線波長領域において感度を有する任意の他のセンサが使用されてもよい。
【００２０】
本発明の更なる実施形態によれば、前記位置および速度を測定するステップ（ｆ）及び（ｇ）が所定回数繰り返され、また、その結果は、高い精度をもって液滴ターゲット位置を決定するために記憶される。
【００２１】
本発明に係る装置は、液滴ターゲットの列を所定の方向に放出する可動液滴発生器と、前記液滴の列の途中に位置するレーザ焦点位置で合焦されるパルスレーザビームを放射する制御可能な高反復率・高出力レーザと、液滴ターゲットと交差する第１の平面内で第１の方向に第１の連続レーザビームを放射する第１の連続レーザと、液滴ターゲットと交差する第２の平面内で第２の方向に第２の連続レーザビームを放射する第２の連続レーザと、前記第１の連続レーザビームを、液滴ターゲットに対して垂直に延びて前記液滴ターゲットと交差する第１のレーザラインに拡大するための第１の手段と、前記第２の連続レーザビームを、液滴ターゲットに対して垂直に延びて前記液滴ターゲットと交差する第２のレーザラインに拡大するための第２の手段と、前記第１のレーザラインを前記液滴ターゲットと交差した後に受けるための第１の光検出手段と、前記第２のレーザラインを前記液滴ターゲットと交差した後に受けるための第２の光検出手段と、前記第１および第２の光検出手段から信号を受けて、前記液滴発生器の動作と前記高反復率・高出力レーザのレーザパルスのタイミングとを制御する制御ユニットとを備える。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、前記第１および第２の平面は、前記液滴ターゲットの方向で第１の距離だけ離間される。
【００２３】
本発明の他の実施形態によれば、前記第１および第２の方向が互いに直交する。
【００２４】
本発明の更に他の実施形態によれば、前記第１および第２の拡大手段がそれぞれビーム拡大器と円柱レンズとを備える。
【００２５】
本発明の更なる実施形態によれば、前記第１および第２の光検出手段がそれぞれマルチチャネルフォトダイオードセンサまたはリニアフォトダイオードアレイである。
【００２６】
具体的には、前記マルチチャネルフォトダイオードセンサまたはリニアフォトダイオードアレイのそれぞれの前に拡大レンズが配置される。
【００２７】
具体的には、前記マルチチャネルフォトダイオードセンサまたはリニアフォトダイオードアレイのそれぞれの入口に帯域通過光学フィルタまたはスペクトルフィルタが配置される。
【００２８】
本発明の他の実施形態によれば、第１および第２の分割ビームを発生させるために前記レーザ焦点位置の背後で前記第１および第２のレーザライン中に第１および第２のビーム分割手段が設けられ、前記第１および第２の分割ビームを受けてそれぞれの信号を前記制御ユニットへ送るために第３および第４の光検出手段が設けられる。
【００２９】
具体的には、前記第３および第４の光検出手段がそれぞれシングルチャネルフォトダイオードである。
【００３０】
本発明の他の実施形態によれば、前記レーザ焦点位置で発生されるＥＵＶ放射線を受けてそれぞれの信号を前記制御ユニットへ送るために放射線センサが設けられる。
【００３１】
本発明の他の実施形態によれば、前記可動液滴発生器は、前記制御ユニットを介してモータコントローラにより制御されるモータに対して機械的に結合される。
【００３２】
ここで、添付図面を参照しながら、異なる実施形態を用いて本発明を更に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態の一般的な態様を概略的に示す。
【図２】図１に示される本発明の実施形態の幾つかの態様を示す。
【図３】図１および図２に示される本発明の実施形態の態様の概略的例示の更なる詳細の断面図を示す。
【図４】図１、図２、および、図３に示される本発明の実施形態の態様の概略的例示の更なる詳細を示す。
【図５】図１に示される本発明の実施形態の態様の概略的例示の更なる詳細を示す。
【図６】図５に示される本発明の実施形態の態様の概略的例示の更なる詳細を示す。
【図７】図１に示される本発明の実施形態の態様の概略的例示の更なる詳細を示す。
【図８】図７に示される本発明の実施形態の態様の概略的例示の更なる詳細を示す。
【図９】本発明のシステムを用いて得ることができる実験データを示す。
【図１０】本発明のシステムを用いて得ることができる更なる実験データを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明は、一実施形態において、限られた数のフォトダイオードセンサおよび限られた数のレーザビームのみを用いるシステムを提案する。２つのマルチチャネルフォトダイオードアレイは、レーザビームの平面内の液滴列に沿う液滴ターゲット位置を追跡する。全てのフォトダイオードを照らすために２つのレーザが使用される。このシステムを用いると、空間領域および時間領域の両方で、光源動作中に液滴ターゲット位置を能動的に追跡して制御することができる。システムは、高い応答時間と高い空間分解能とを与えることができる。
【００３５】
本発明は、液滴ターゲットを検出する、追跡する、および、設定位置に自動位置決するための方法を提供する。特に、本発明は、例えばＥＵＶ−ＬＰＰ光源における燃料として使用される液滴ターゲットの位置決めのための方法を提供する。
【００３６】
液滴ターゲットは、電動送出システム、例えば液滴ターゲット分配器または液滴発生器によって発生される。高出力レーザが液滴ターゲットに合焦され、それにより、プラズマが発生される。一実施形態において、プラズマは、ＥＵＶ波長領域の放射線を放出する。
【００３７】
位置決め・トリガシステムは、液滴ターゲット位置のための検出・追跡システムから成る。また、システムは、液滴ターゲットの横方向および軸方向の不安定性を能動的に補償するとともに空間領域および時間領域において高出力レーザと液滴ターゲットとの間の非同期化を回避するために論理を与えるフィードバックシステムも含む。
【００３８】
追跡システムは、２つの連続する低出力レーザ（１つのレーザのみでも可能である）を用いて形成される少なくとも２つのレーザビームと、少なくとも２つの感光センサとから成る。２つの水平なレーザラインを得るために光学レンズの組み合わせが２つのレーザに位置合わせされる。２つのレーザラインは、水平面上の２つの異なる方向から垂直面上の２つの異なる高さで液滴ターゲットを照らす。２つのレーザラインは、液滴ターゲットと交差した後、フォトダイオードの２つのアレイを照らす。液滴ターゲットがレーザラインと交差した時点で、フォトダイオードセンサにおける電流信号の変化が記録される。２つのフォトダイオードアレイと２つのレーザラインとの組み合わせは、水平面内および垂直面内での液滴ターゲットの位置を能動的に追跡するために使用される。電流信号を並列モードで読み出すことにより、すなわち、電流信号の全てを同時に読み出すことにより、２つのフォトダイオードアレイを構成する単一のフォトダイオードを使用して、時間領域でも液滴ターゲットの位置を能動的に制御することができる。信号読み出しが直列モードで行なわれる場合には、液滴列を照らした後、両方のレーザラインが２つのビームスプリッタへ送られる。ビームスプリッタは、各レーザラインを２つのレーザラインに分ける。全部で４つのレーザラインが得られる。これらのレーザラインのうちの２つは、フォトダイオードの２つのリニアアレイを照らす。他の２つのレーザラインは、シングルチャネルフォトダイオードに合焦される。２つのシングルチャネルフォトダイオードセンサは、その後、垂直軸線で液滴位置を能動的に制御する。ＥＵＶセンサは、光源動作中にプラズマからのＥＵＶ放出を能動的に決定する。同じセンサまたは他のセンサは、ＵＶ波長領域または軟Ｘ線波長領域などのＥＵＶ波長領域付近の他の波長領域のプラズマからの放射線放出を能動的に決定できる。
【００３９】
感光センサおよびＥＵＶセンサから得られるあるいは紫外線〜軟Ｘ線波長領域で感度を有する任意の他のセンサから得られる電流信号は、フィードバックシステムへ送られる。２つのフォトダイオードアレイから得られる電流信号は、液滴ターゲットの空間位置を決定するために処理される。２つのシングルチャネルフォトダイオードから得られる電流信号は、液滴周波数、すなわち、液滴間の間隔と、突然の液滴の速度とを決定するために使用される。
【００４０】
ＥＵＶ信号、または、紫外線〜軟Ｘ線波長領域で感度を有する任意の他のセンサからの信号は、コントローラのための設定位置、すなわち、高出力レーザ焦点位置を決定するために使用される。フィードバック制御ループは、横方向の不安定性が生じれば、液滴ターゲット位置を能動的に制御して、最終的に液滴ターゲット位置を補正する。コントローラは、液滴ターゲット位置を設定位置へ戻すために電子的なコマンドを電動液滴分配ステージへ与える。コントローラは液滴速度も動的に制御する。コントローラは、液滴が発生される周波数と同じ周波数であるいは多重周波数でトリガパルスを主レーザへ送る。時間的なジッタが生じる場合、すなわち、液滴ターゲット速度が変化する場合、コントローラは、レーザ周波数を新たな液滴周波数に適合させるために高出力レーザトリガ信号の遅延を変えることができる。これにより、液滴ターゲットからのそれぞれの液滴を高出力レーザで打つことができるとともに、液滴／レーザパルス非同期化を回避できる。
【００４１】
システム全体は、ミクロンの空間分解能およびミリ秒の応答時間をもって横方向および軸方向の不安定性を制御する。
【００４２】
ステアリングシステムを使用するＥＵＶ放射線源に向けられる本発明の実施形態の以下の議論は、本質的に典型的なものである。本発明は、特定の用途に限定されない。
【００４３】
図１は、本発明の出願人によって提案される液滴ターゲットステアリングシステムの概略を含むＥＵＶ光源の概略である。ＥＵＶ光源システムは、パルスレーザビーム２を送出する高出力・高反復率レーザ１を含む。レーザビームは、収束レンズ３を介して、液体スズ分配器または液滴発生器４を通じて流れるスズなどの液体に合焦される。ヒータが、スズ材料を固体状態から液体状態に至らせる。分配器は、一般に、液体スズ流のためのオリフィスとして使用されるミクロサイズのノズルを備える。液滴ターゲット４ｂ、すなわち、液滴の列を所望の周波数をもって発生させるために、最終的にノズル上に配置される圧電変換器がスズ流をかき乱す。発生された液滴は、ＥＵＶ放射線発生プロセスのための所定の間隔、サイズ、および、速度を有する。全体の液滴分配器または発生器４は、真空中であるいは低レベルのバックグラウンド圧力で液滴が形成されるように真空チャンバ５０内に配置される。液滴発生器４については、その詳細が当該技術分野において良く知られているとともに本発明の実施形態に直接関連しないため、詳しく説明しない。液滴発生器は、本発明で説明される目的に適した任意の液滴発生器によって表わすことができる。
【００４４】
液滴ターゲット位置は、水平面内および垂直面内、すなわち、液滴ターゲット４ｂに対して垂直な面内および平行な面内の所望の空間位置に液滴分配器４を移動させることによって調整され得る。この位置は、主レーザ焦点位置に対応するとともに、ミクロン空間分解能をもって知られなければならないことが理解される。そのため、２つの水平動作軸線を備える２つのモータ１７とモータコントローラ１７ｂとを用いて液滴分配器を駆動させることが好ましい。モータは、支点がノズルオリフィス出口に対応する回転軸線の周りで液滴分配器を傾けることができる傾動システムを更に備える。液滴列は、主レーザビーム方向に対して直交する。主レーザビームと液滴ターゲットとの間の相互作用がプラズマをもたらす。プラズマは明るい光源である。放射線が幅広い範囲の波長で放出される。レーザ出力密度が１０１０−１０１２Ｗ／ｃｍ２である場合には、プラズマ放射線もＥＵＶ波長領域で放出される。ＥＵＶ放射線４０をＥＵＶ光センサ４１を用いて電流信号の形態で記録できる。同じセンサ４１または他のセンサは、ＵＶ波長領域または軟Ｘ線波長領域などのＥＵＶ波長領域付近の他の波長領域のプラズマからの放射線放出を能動的に決定できる。また、放射線センサ４１についても、その詳細が当該技術分野において知られているとともに本発明の実施形態に直接関連しないため、詳しく説明しない。
【００４５】
光源動作中に空間領域および時間領域で液滴ターゲットを検出するために、能動追跡システムは、主に、直列モードで作用する２つのレーザ５，９により生み出される２つの初期低出力レーザビームから形成される。システムは、２つのリニアフォトダイオードアレイ１６，１９から成る２つのマルチチャネルフォトダイオードを更に備える。２つのビーム拡大器６，１０および異なるタイプのレンズ７，１１，１３，１５を用いて、２つの水平レーザライン８，１２が形成される。
【００４６】
本発明の好ましい実施形態において、２つのレーザライン８，１２は、互いに直交してもよい水平面上の２つの異なる方向から、液滴ターゲット４ｂまたは液滴列の方向における２つの異なる高さで、液滴ターゲットと交差する。レーザラインは最初に液滴ターゲット４ｂと交差する。レーザライン８，１２は２つのフォトダイオードアレイ１６，１９に送られる。フォトダイオードアレイ１６，１９は、レーザライン８，１２からくる信号を記録する。
【００４７】
液滴ターゲット４ｂがレーザラインと交差すると、電流信号強度の変化および波形がフォトダイオードから記録される。２つのフォトダイオードアレイからくる電流信号は並列モードで読み出される。フォトダイオード信号は、水平面内および垂直面内の液滴ターゲット位置を計算してこの位置を光源動作中に能動的に監視するために使用される。信号の並列読み出し（全ての信号が同時に読み出される）は、フォトダイオードアレイを構成する単一のフォトダイオードからくる電流信号を使用して、液滴ターゲット速度を計算できるようにするとともに、光源動作中に液滴ターゲットに沿う液滴の間隔を監視できるようにする。フォトダイオード信号が並列モードで読み出される場合、レーザラインは２つのビームスプリッタ３０，３５も照らす。２つのビームスプリッタは、各レーザラインを２つのレーザラインに分割し、それにより、全部で４つのレーザラインが得られる。レーザラインの一部は、水平面内で方向を変えて、２つのシングルチャネルフォトダイオード３４，３９へ送られる。２つのシングルチャネルフォトダイオードから記録された電流信号は、その後、液滴ターゲット速度を計算するために使用される。
【００４８】
制御ユニット２０が、フォトダイオードの電流信号およびＥＵＶセンサ４１または紫外線〜軟Ｘ線波長領域で感度を有する任意の他のセンサの電流信号を記憶して処理する。センサ４１からくる電流信号は、焦点位置２ｂ、すなわち、制御ユニット２０のための設定位置を計算するために使用される。横方向の不安定性が生じる場合、制御ユニット２０は、液滴ターゲット４ｂを設定位置へ戻すためにコマンドをモータコントローラ１７ｂへ与える。また、制御ユニット２０は、液滴ターゲット速度を能動的に監視するとともに、液滴列周波数を用いてレーザ１の主レーザ周波数をトリガする。軸方向の不安定性が生じる場合、制御ユニット２０は、新たな液滴列周波数にしたがって高出力レーザ１のためのトリガ信号を送る。
【００４９】
水平面内および垂直線における液滴ターゲット位置の決定のための追跡システムが図２に詳しく示される。２つのレーザビームの平面図は、レーザライン８，１２がどのようにして形成されるのか、および、それらのレーザラインがどのようにして最初に液滴ターゲット４ｂを照らしてその後にセンサまたはリニアフォトダイオードアレイ１６，１９を照らすのかを示す。２つのレーザ５，９は、例えば、２つのＨｅＮｅレーザ、または、数ｍＷの電力で動作する任意の他のタイプの連続放射レーザである。本発明の好ましい実施形態において、レーザビーム８ａ，１２ａは、可視領域の異なる波長放射を有する２つの異なるレーザユニットを用いて形成される。これにより、異なるレーザ電流信号を異なる感光センサでより良く区別できる。ビーム拡大器６，１０は、２つのレーザビームの直径を増大させる。ビーム拡大器は、例えばガリレイ方法を使用して、光学レンズの組み合わせによって形成され得る。
【００５０】
本発明の好ましい実施形態において、ビーム拡大器６，１０は、（図１に示されるように）レーザのヘッドに対して直接にＣマウントされる。このセットアップは、レーザビーム光の分散、および、レーザユニットとビーム拡大器６，１０との間の光学的な位置ずれを回避できるようにする。２つの拡大されたビーム８ｂ，１２ｂは、その後、２つの円柱レンズ７，１１へそれぞれ送られる。これらのレンズは、液滴ターゲット位置で、ビーム８ｂ，１２ｂを一方向でのみ、すなわち、垂直面内で合焦させる。このようにして、２つの水平なレーザライン８，１２が得られる。本発明の好ましい実施形態において、各レーザラインは、水平面内で約１０ｍｍ幅であり、垂直面内で数十ミクロンの厚さを有する。図３には、レーザラインの断面図が示される。液滴ターゲット位置の決定の精度を高めるべくレーザラインが水平面内で互いに直交して配置されると仮定すると、液滴ターゲット４ｂは、レーザライン１２と（レーザライン８とも）その水平延長内の任意の点で交差する。垂直面上では、レーザライン８が（レーザライン１２も）液滴ターゲットに合焦される。
【００５１】
理論的には、垂直面内のレーザライン間の最良の距離は、液滴ターゲット４ｂを構成する２つの液滴間の距離を超えるべきでない。液滴列を構成する２つの液滴間の距離は非常に小さくなり得る（数十ミクロン程度）ため、一般に、約数百ミクロンのレーザライン８，１２間の距離が設定される。更に理解できるように、フォトダイオードアレイを構成する単一のフォトダイオードからくる信号またはシングルチャネルフォトダイオード３４，３９からくる信号を処理することにより、液滴列の速度を計算できる。
【００５２】
主レーザビーム２は、２つのレーザラインの下側で液滴ターゲット４ｂにぶつかる。２つのレーザライン８，１２間の距離および垂直線におけるプラズマ点火位置は、液滴ターゲット位置およびプラズマ点火部位付近の速度を計算するために可能な限り小さくなければならない。
【００５３】
ここで、図２に戻ると、レーザラインは、液滴ターゲット４ｂと交差した後、２つの光学レンズ１３，１５によって水平面内で拡大される。これらのレンズは、所望の拡大に応じて、２つの凹レンズまたはレンズの系であってもよい。このステージにおいて、各レーザライン８，１２は、（図３にレーザライン８に関して示されるように）垂直軸線においてその寸法を変えるとともに、（図２に示されるように）水平軸線においてその寸法を変える。レンズ１３，１５を用いて得られるレーザラインの拡大は、リニアフォトダイオードアレイ１６，１９の空間分解能を高めることができる。このことは、フォトダイオードアレイを構成する２つのフォトダイオード間の隙間（いわゆるピッチ）が１ミリメートル程度であっても液滴ターゲット４ｂの位置をより高い精度で計算できることを意味する。
【００５４】
図２に示されるように、検出器１６，１９の前方には、２つの狭帯域通過光学フィルタ１４，１８が位置合わせされる。フィルタ１４，１８は、２つのレーザ５，９の波長をそれぞれ有する光だけを通過させ、異なる波長を有する任意の放射線を可能な限り多く遮断するあるいは減衰させる。これにより、他の光源からくる光、例えばプラズマからあるいは高出力レーザ１からくるような光を集めることが回避される。図４にセンサ１６に関して示されるように、検出器１６は、そのフォトダイオードチャネルにわたって所定の強度および波形を有する電流信号を絶えず記録する。フォトダイオードアレイ１６，１９は、高帯域幅増幅器ボードに結合される必要がある。増幅器ボードは、フォトダイオードアレイを構成するフォトダイオードの電流信号を並列モードまたは直列モードで読み出す。
【００５５】
直列信号読み出しの場合、センサ１６，１９は、センサ信号の高いサンプリングレートを確保するために限られた数のダイオードを有する必要がある。液滴トレース信号は、その後、液滴ターゲットがセンサと交差するアレイを構成する単一のフォトダイオードの複数の電流信号のいずれかから（あるいは、直列読み出し信号が選択される場合には、シングルチャネルフォトダイオード３４，３９から）得られる。信号の並列読み出しが好ましいことは明らかである。このようにすると、２つのフォトダイオードアレイのみを使用することにより、空間領域および時間領域の両方で液滴ターゲット位置を検出する、追跡する、および、補正することができる。
【００５６】
液滴ターゲット４ｂがレーザラインと交差した時点で、液滴ターゲットは、レーザラインの出力密度を変えて、回折パターンを形成する。
【００５７】
図４に示されるように、液滴は、その上に影６０を形成するレーザラインを明滅させる。所定数のフォトダイオードチャネル上の周期的な電流信号６１は、拡大された液滴サイズに依存するとともに、液滴ターゲットがレーザラインと交差した時点で液滴ターゲットにより形成される波形６２を有する回折パターンに依存する。液滴ターゲットの実際の位置は、最も大きい電流強度減少が検出される決定された数のフォトダイオードチャネル上の電流信号の部分と直接に関連付けられる。これは、信号強度の減少および増加の両方を含む異なる電流信号振幅の加重平均として計算される、いわゆる重心位置である。回折効果は、とにかく、重心位置の計算におけるエラー源となり得る。このエラーを減らすために、単一の相殺的干渉パターンまたは建設的干渉パターンが複数のフォトダイオードと特定の角度で交差するようにアレイを垂直軸線において特定の角度にわたって回転させることができる。フォトダイオードのサンプリング時間は、液滴ターゲット位置を高い精度で決定するべく十分な数の電流信号を記録できるように十分に短い。特に、フォトダイオードアレイ中の単一のフォトダイオードのそれぞれの電流信号の分散は、移動分散フィルタを使用することによって計算される。分散値から、質量中心、すなわち、重心位置がその後に計算される。液滴ターゲットが水平面内でドリフトする場合には、影６０、回折パターン、および、波形６２が異なるフォトダイオードチャネルにわたってシフトする。このことは、横方向の不安定性を適時に能動的に検出できるように質量中心値が変化することを意味する。
【００５８】
また、液滴ターゲット位置がドリフトした時点で波形６２の変化のみを使用して液滴位置を計算するために、相互相関法を使用することもできる。他の小さい粒子が光源動作中にレーザラインを遮る可能性がある。これらの粒子は、電流信号におけるノイズ源であるとともに、液滴ターゲット位置の決定の際のノイズ源である。しかしながら、レーザラインと交差する小粒子に関連付けられる電流信号降下は、液滴ターゲットに対して強度が非常に小さくてそれほど頻繁にセンサと交差しない。分散および質量中心の計算は、電流信号振幅に対するこれらの粒子の影響を最小にする。
【００５９】
液滴ターゲット４ｂは、図５および図６に詳しく示されるシステムを用いて垂直方向に沿って監視される。フォトダイオード信号の並列読み出しが使用される場合、液滴ターゲットの重心位置が配置されるフォトダイオードアレイを構成する単一のフォトダイオードの信号は、液滴トレースを記録するために使用される。
【００６０】
信号の並列読み出しが選択される場合には、液滴トレースを記録するために２つのシングルチャネルフォトダイオード３４，３９が使用される。この場合、２つのビームスプリッタ３０，３５は、レーザラインの一部を２つのダイヤフラム（または２つの合焦レンズ）３１，３６へ送る。２つのレーザラインは２つのビーム３２，３７に減少される。ビームは２つの光学フィルタ３３，３８へ送られる。これらの光学フィルタは、光学フィルタ１４，１８と同じ機能を有する。
【００６１】
アレイを構成する単一のフォトダイオードまたはシングルチャネルフォトダイオードは、液滴列の周波数よりも高い周波数のレーザビームの電流信号を記録する。単一の液滴がレーザラインと交差した時点で、レーザ出力の減少が電流信号の変化として記録される。電流信号構造の形態が図６に詳しく示される。単一のフォトダイオードにより記録される電流信号が７０，７１によって示される。２つのレーザライン８，１２間の垂直距離がｄ１によって示される。それぞれの単一液滴は、最初に、アレイ１６を構成する単一のフォトダイオードであるいはシングルチャネルフォトダイオード３４で検出され、ｔ１により示される特定の時間遅延の後、アレイ１９を構成する単一のフォトダイオードであるいはシングルチャネルフォトダイオード３９で検出される。ｄ１が既知であり、また、ｔ１を計算できるため、ｄ１とｔ１との間の比率は、液滴ターゲットを構成する各液滴の速度を計算できるようにする。
【００６２】
この速度が知られた時点で、高出力レーザ焦点位置２ｂに達するために必要とされる正確な時間ｔ２をそれぞれの単一の液滴から決定することができる。この焦点位置は、レーザライン１２から所定の垂直距離ｄ２にある。ｄ２と予め計算された速度との間の比率は、時間遅延ｔ２を計算できるようにする。この時間ｔ２は、レーザ周波数を液滴周波数に適合させて全ての液滴とぶつかるべく高出力レーザトリガ信号における遅延を計算するために使用される。２つの液滴間の間隔が変化する場合、速度ｖは、軸方向の不安定性を経時的に検出できるように変化する。
【００６３】
一定の液滴速度がそれぞれの液滴において仮定されれば（真空中で抵抗がなく、重力加速度が低い）、時間ｔ２を計算するために１つの単一の定数のみを決定すれば済む。我々がｃと呼ぶこの定数は、ｄ１／ｄ２間の比率である。この定数は、時間ｔ２を得るために時間ｔ１に乗じる。式中、ｖ＝ｄ１／ｔ１＝ｄ２／ｔ２であり、また、ｃ＝ｄ１／ｄ２であるため、ｔ２＝ｃ×ｔ１である。定数ｃは、距離ｄ１，ｄ２を正確に測定することによって得ることができる。ｃを決定するための他の方法は、（単一のフォトダイオードのために使用されるのと同様のセットアップにより）第３の単一のフォトダイオードおよび第３の（ＨｅＮｅ）レーザをプラズマ点火ポイントに配置することによって得られる。プラズマ点火ポイントで液滴タイミングを測定することにより、高出力レーザトリガ信号が時間的に液滴タイミング信号と（最小のエラーを伴って）一致するまで定数ｃが変えられる。
【００６４】
横方向および軸方向の不安定性を補償するために、制御ユニット２０は、センサ信号を処理する必要がある。制御ユニット２０が図７に詳しく示される。取得システム２７は、全てのフォトダイオードからくる電流信号および放射線センサ４１からくる電流信号を連続的に記録する。解析システム２３は、電流信号を解析して、液滴位置および液滴速度を計算する。液滴がレーザラインと交差しないときにセンサで得られる電流信号がバックグラウンド信号として解釈されるようにアルゴリズムが実施される。このバックグラウンド信号は、液滴がレーザラインと交差した時点で得られる電流信号に正規化される。記憶ユニット２６は液滴ターゲット位置および液滴ターゲット速度を記憶する。フィードバックシステム２２は、液滴位置が設定位置に対応するかどうかを連続的にチェックするために使用される。横方向の不安定性が生じる場合には、フィードバックシステム２２がモータコントローラ１７ｂへ電子的にコマンドを与え、引き続いて、モータコントローラ１７ｂは、液滴分配器４の並進移動または回転移動によって液滴ターゲット４ｂを設定位置へ機械的に戻すために電子的なコマンドをモータ１７へ与える。記憶された液滴速度から、フィードバックシステム２２は、高出力レーザのＴＴＬパルスのための時間遅延ｔ２を設定することができる。液滴速度が変化する場合には、制御システムがＴＴＬ信号を変更する。高出力レーザ周波数を実際の液滴周波数に適合させるために、新たな時間遅延ｔ２をもってトリガ信号が設定され、このトリガ信号は軸方向の不安定性を補償する。
【００６５】
光源が起動し始めた時点で、焦点位置、すなわち、コントローラのための設定位置を決定するために、コントローラは、図８に描かれるＥＵＶまたはＵＶ〜軟Ｘ線放射線走査機能を伴って実施される。放射線電流信号が所定の液滴ターゲット開始位置８１または８１ｂに関して記録される。この開始位置は、特定の焦点深度８０を有する高出力レーザビーム２の公称焦点であることが好ましい。液滴ターゲット４ｂの位置は、空間トレースを構成する所定数のポイント上で変えられる。２つの想定し得る空間トレース８２，８２ｂが図８に示される。空間トレースは、所定のトレース上で移動するためにコマンドをモータコントローラ１７ｂへ送るコントローラユニット２４を用いてプログラミングされ得る。空間トレース８２または８２ｂを構成する所定のポイントのそれぞれで放射線信号が絶えず記録される。走査される領域は、主レーザビーム焦点深度８０よりも大きい。ユニット２４は、異なる放射線信号を比較して、放射線放出の最大値を見つけ、また、この最大値は、フィードバックシステムのための設定位置を規定する。このようにすると、レーザ焦点位置に対する液滴位置の自動的な最適化を得ることができる。放射線走査機能は光源動作中にも起動させることができる。すなわち、放射線センサは、焦点の決定において、特にＥＵＶ放射線センサの場合には位置の決定において、高い精度を有するため、光源動作中に信号が減少すれば、それは、不安定性が液滴ターゲットにおいて生じたことを意味する。この場合には、フォトダイオードアレイの使用だけでは到達できない、いわゆる微調整空間形態（ｆｉｎｅ  ｔｕｎｉｎｇ  ｓｐａｔｉａｌ  ｒｅｇｉｍｅ）で液滴ターゲット位置を更に調整するために、走査機能を起動させることができる。走査機能が焦点位置を再規定するために特定の時間を要することは明らかである。そのため、光源動作中に走査機能を頻繁に起動させないことが好ましい。さもなければ、追跡システムの高い応答時間が損なわれる。
【００６６】
制御ユニット２０は、フォトダイオードチャネル座標を例えばデカルト座標のような座標の異なる組に変えるオンライン較正のためにプログラミングすることもできる。コントローラユニット２４は、モータ１７が両方の空間軸上の所定数のチャネルに沿って所定の直線状の空間トレース上で移動するようにプログラミング可能であり、それにより、例えば、チャネル／ミクロン較正を得ることができる。
【００６７】
コントローラ全体は、ユーザが液滴ターゲットの液滴を図形的に検出して追跡できるようにするグラフィカルインタフェースユニット２５を用いて更に実施される。ユニット２５は、ターゲット位置が例えば２Ｄデカルト座標内および単一水平軸線対時間内に図形的にプロットされるように実施され得る。ユニット２５により、ユーザは、液滴ターゲット分配器４を所望の位置へ操向することができ、液滴ターゲット４ｂを所望の位置に自動または手動で維持できるとともに、ＥＵＶシグナルの監視や液滴速度の監視などを行なうことができる。
【００６８】
コントローラの応答時間は、追跡システムを構成する異なる構成要素の応答時間から依存する。この応答時間は、主に、フォトダイオードセンサの読み出し時間と、モータの動きとに依存する。信号の処理は、リアルタイムコントローラ、例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）集積回路の使用によって最適化され得る。このようにすると、センサの読み出し時間およびデータの処理をマイクロ秒程度のタイムスケールで減らすことができる。センサのサンプリングレートは、常に、圧電変調器の周波数の少なくとも２倍高くなければならない。これらの２つの周波数が適切に適合されなければ、センサ１６または１９がその後の信号をいつでも読み出すことができる状態にないときに液滴ターゲットがレーザラインと交差する可能性がある。これは、移動分散の計算のために特定の時間間隔において取得される信号の数を減少させ、また、追跡システムの空間分解能が構成される（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）可能性がある。モータが特定の距離にわたって行なう必要がある時間は、データを処理するために必要とされる時間よりも少なくとも大きさ１つ分高い。システムの全体の応答時間は、ミリ秒程度のタイムスケールである。空間分解能は１ミクロン未満程度である。２つの拡大レンズ１３，１５を用いたフォトダイオードアレイ１６，１９と限られた数のチャネルとの組み合わせは、この発明にとって重要である。高いサンプリングレートと高い空間分解能とを同時に達成することができる。
【００６９】
図９には、水平面内で追跡システムを用いて得ることができる実際の実験データが示される。補正された液滴ターゲットトレースは、モータトレース対時間と共に報告される。モータトレースは、閉ループ位置決めシステムがＯＦＦされる場合の液滴ターゲットの正反射移動を表わす。図９（ａ）および図９（ｂ）にはそれぞれ、補正された液滴ターゲットトレースが両方の空間水平軸ｘ，ｙに関して示される。自動制御システムを用いると、液滴位置に関する標準偏差は、ｘ軸に関してはσ＝２６０．８５μｍ（コントローラＯＦＦ）からσ＝６．８６μｍ（コントローラＯＮ）に減少され、また、ｙ軸に関してはσ＝４３８．０２μｍ（コントローラＯＦＦ）からσ＝６．７０μｍ（コントローラＯＮ）に減少される。この特定のケースでは、同時データ取得（ＤＡＱ）を実現するリアルタイム制御ユニットによって信号処理が得られる。すなわち、フォトダイオード信号が並列モードで読み出される。
【００７０】
図１０には、垂直面内で得られ得る実際の実験データの例が示される。並列モードで読み出される２つのフォトダイオードアレイを構成する単一のフォトダイオードを用いて液滴トレースを記録することにより、２つの方形信号が生成される（ａ）。焦点位置で液滴トレースが記録される（ｂ）。フォトダイオードアレイから生成される信号を適時に組み合わせることにより、高出力レーザのためのトリガ信号（ｃ）を生成することができる。この特定のケースでは、トリガ信号（ｃ）を生成する時間遅延を計算する高速ＦＰＧＡカードにパルス列（ａ）が供給される。図から分かるように、液滴トレース（ａ）はトリガ信号（ｃ）と適時に同期され、このことは、液滴速度、結果として高出力レーザのための遅延が正確に計算されることを意味する。
【００７１】
以前のステアリングシステムとは異なり、本発明は、２つの感光センサと２つの光源のみの使用を提案する。異なる光学素子のセットアップを異なって配置できることが理解される。好ましい実施形態では、全ての追跡機器（放射線センサ４１を除く）が図１に示される真空チャンバ５０の外側に配置される。レーザラインは、真空チャンバ内に配置される液滴ターゲットを照らすとともに、光学真空ポートを用いて真空チャンバから送り出される。これにより、異なる追跡構成要素間の位置合わせのための高い柔軟性を得ることができる。また、それにより、プラズマデブリまたは他の光源によりもたらされるステアリングシステムを構成する収集光学素子およびセンサの任意のタイプの損傷も回避される。
【００７２】
要約すると、本発明は、空間的および時間的な安定化が液滴ターゲットのために必要とされる任意の領域で液滴ターゲットの位置を連続的に検出する、追跡する、および、最終的に調整するためのシステムを教示する。特に、このシステムは、ＥＵＶ光源からのＥＵＶ放射線の発生を最適化するために使用され得る。すなわち、システムは以下を含む。
−  プラズマを発生させる高出力・高反復レーザと相互に作用する電動液滴ターゲット分配器を用いた液滴ターゲットの発生。
−  ＥＵＶ波長領域またはＵＶ範囲または軟Ｘ線範囲の領域などのＥＵＶ放射のうちの１つの付近の他の波長領域のプラズマからの光放射を検出できるＥＵＶ放射線センサまたは任意の他のセンサ。
−  液滴ターゲットを照らす少なくとも２つのレーザビームのシステム。
−  液滴ターゲット中の液滴がレーザビームと交差する前、交差する最中、および、交差した後にレーザ電流信号を絶えず収集して記録することができる少なくとも２つのフォトダイオードのシステム。
−  光源動作中にＥＵＶセンサの電流信号および２つのフォトダイオードの電流信号を記録して処理するとともに、高出力レーザ焦点位置、液滴ターゲット位置、および、液滴ターゲット速度のそれぞれを決定する取得・解析システム。
−  実際の液滴ターゲット位置と所定の設定位置とを比較するとともに、最終的には、横方向の不安定性が生じる場合に、すなわち、設定位置からの空間的な偏位が生じる場合に、液滴ターゲットを設定位置に機械的に戻す電動液滴ターゲット分配器へ電子的にコマンドを与えるフィードバックシステム。
−  実際の液滴ターゲット速度から、液滴が高出力レーザによって打たれる時間を計算するとともに、最終的には、液滴ターゲット速度が変化する場合に、すなわち、液滴ターゲット中の２つの液滴間の間隔が変化する場合に、高出力レーザパルスを適時に遅延させるフィードバックシステム。
【００７３】
特に、２つのレーザビームは、水平面上の２つの異なる方向から垂直面上の２つの異なる高さで液滴ターゲットを照らす。
【００７４】
２つのレーザビームは、水平面内で互いに直交するとともに、垂直面内で異なる距離を隔てることが好ましい。
【００７５】
また、液滴ターゲットを照らす２つのレーザビームのシステムは、ビームを拡大するために各レーザビームの前方に配置される望遠鏡システムまたはビーム拡大器などの拡大光学素子である異なる光学素子を更に備え、それにより、大きな空間領域内で液滴ターゲット位置を監視できる。
【００７６】
更に、液滴ターゲット位置付近の大きな領域を照らして監視できるようにする２つの水平なレーザラインを得るために、拡大光学素子の前方には、レーザビームを液滴ターゲット位置で垂直軸線上にのみ合焦させる２つの円柱レンズが配置される。
【００７７】
また、２つのビームスプリッタが２つのレーザラインに位置合わせされ、レーザラインが液滴ターゲットを照らした後に、各ビームスプリッタは、１つのレーザラインを２つのレーザラインに分割し、それにより、全部で４つのレーザラインが得られる。
【００７８】
更に、システムが４つのレーザラインを有してもよく、その場合、２つのレーザラインは、空間領域内での液滴位置の決定のために２つのマルチチャネルフォトダイオードセンサへ送られ、また、２つのレーザラインは、時間領域内での液滴位置の決定のために２つのシングルチャネルフォトダイオードセンサへ送られる。
【００７９】
また、２つのレーザラインの所定の波長の光放射のみが記録されるように各センサの前方に４つのスペクトルフィルタが配置されてもよく、それにより、他の光源からくる異なる波長の放射線を収集することが回避される。
【００８０】
具体的には、２つのマルチチャネルフォトダイオードセンサは、センサ信号の高速読み出し時間を得るために限られた数のフォトダイオードを有する２つのフォトダイオードアレイであってもよい。
【００８１】
更に、２つのフォトダイオードアレイへ照らす２つのレーザラインは、各センサの前方に配置されてレーザラインを更に拡大する２つの拡大レンズを有してもよい。
【００８２】
フォトダイオードアレイ中の限られた数のフォトダイオードおよび更なる拡大光学素子は、センサ信号の高速読み出し時間と、液滴空間位置の決定における高い精度とを確保する。
【００８３】
２つのシングルチャネルフォトダイオードは、液滴ターゲットを構成する各液滴の信号を記録するために、少なくとも液滴列の周波数よりも高いセンサ信号の読み出し時間を与える。
【００８４】
更に、２つのダイヤフラムまたは２つの合焦レンズが各センサの前に配置される。
【００８５】
記録・解析システムは、光源動作中にＥＵＶ波長領域または他の波長領域でフォトダイオードおよびプラズマ放射線センサの電流信号を記録して記憶し、液滴ターゲットがレーザラインと交差した時点で電流信号の変化を解析して、２つのフォトダイオードアレイの電流信号の解析から、液滴ターゲット空間位置を決定するとともに、シングルチャネルフォトダイオードセンサの電流信号の解析から、液滴ターゲット速度を決定し、また、液滴ターゲット位置を高い精度をもって決定するために記憶ステップおよび解析ステップを所定回数繰り返す。
【００８６】
液滴位置の決定は、レーザラインと交差する液滴ターゲットにより形成される回折パターンを解析するステップと、センサ信号に対する回折パターンの影響を制限するためにフォトダイオードアレイを垂直軸線において特定の角度回転させるステップと、相互相関法を用いて液滴ターゲットの位置を決定するステップとを更に備える。
【００８７】
能動フィードバックシステムは、高い時間分解能をもってシステムの動作を電気的に制御するための命令を実行するためのメモリを有するコントローラを伴う閉ループ制御システムである。
【００８８】
システムは、コマンドの組を受けて該コマンドの組にしたがって液滴ターゲットを移動させるための電動並進・回転システムを更に備える。
【００８９】
更なるステップは、チャネル−ミクロン較正を用いて、例えばデカルト座標のような異なる座標の組内の液滴ターゲットのフォトダイオードチャネル座標を変えるステップ、実際の液滴ターゲット空間座標と実際の液滴ターゲット速度とを決定するための第１の実行可能な命令の組を与えるステップ、実際の液滴ターゲット空間座標と所定の設定位置とを比較するための第２の実行可能な命令の組を与えるステップ、液滴ターゲットを構成する各液滴を高出力レーザで打つために液滴列周波数を用いて高出力レーザ周波数をトリガするためのコマンドの組を生成するための第３の実行可能な命令の組を与えるステップ、発生された液滴ターゲットの空間位置が設定位置にない場合に、すなわち、横方向の不安定性が生じる場合に、発生された液滴ターゲットの空間位置を補正するためのコマンドの組を生成するための第４の実行可能な命令の組を与えるステップ、および、液滴／レーザパルス非同期化を回避するために、２つの液滴間の間隔が変化する場合に、すなわち、軸方向の不安定性が生じる場合に、高出力レーザ周波数を補正するためのコマンドの組を生成するための第５の実行可能な命令の組を与えるステップである。
【００９０】
特に、フォトダイオードアレイを構成する各フォトダイオードの各信号が並列モードで読み出される場合には、アレイを構成するフォトダイオードのうちの１つがシングルチャネルフォトダイオードが行なうように液滴信号も読み出すことができるように、２つのフォトダイオードアレイだけを使用して、空間領域および時間領域の両方において液滴ターゲット位置を検出し、追跡し、および、補正することができる。
【００９１】
更に、電動並進システムは、コマンドの組にしたがって所定の空間トレースに沿って移動されるとともに、このトレースに沿って所定数の位置に関して好ましくはＥＵＶ放射線波長領域のプラズマ放射線信号を取得してもよく、ＥＵＶ信号は記録されて処理されてもよく、また、突然の信号の最大値を見つけるために異なるＥＵＶ信号が組み合わされてもよく、これは、主レーザ焦点位置を見つけることを意味する。
【００９２】
また、主レーザ焦点位置は、フィードバックシステムのための設定位置として設定されてもよく、また、横方向の不安定性が生じた場合に液滴ターゲット位置を焦点位置へ戻すことによって液滴位置を自動的に最適化するためのコマンドの組を実行する実行可能な命令の組が与えられてもよい。
【００９３】
横方向の不安定性は、１ミクロン未満の空間分解能の範囲内を意味する、いわゆる微調整空間形態で更に補正され得る。
【００９４】
最後に、グラフィカルインタフェースにより、ユーザは、焦点位置に対する水平空間内の液滴位置を検出して追跡することができ、各水平軸線対時間において液滴を別々に検出して追跡することができ、液滴ターゲット分配器を所望の位置へ操向することができ、液滴ターゲットを所望の位置に自動であるいは手動で維持することができ、ＥＵＶ信号またはＥＵＶ放射領域付近の波長領域で放射される任意の他のプラズマ放射線信号を監視することができ、および、液滴速度を監視することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１  レーザ（高反復、高出力）
２  レーザビーム
２ｂ  レーザ焦点位置
３  レンズ
４  液滴発生器（液体スズ分配器）
４ｂ  液滴ターゲット
５，９  レーザ（連続）
６，１０  ビーム拡大器
７，１１  レンズ（円柱）
８，１２  水平レーザライン
８ａ，１２ａ  レーザビーム
８ｂ，１２ｂ  拡大されたビーム
１３，１５  レンズ（光学）
１４，１８  帯域通過光学フィルタ
１６，１９  リニアフォトダイオードアレイ
１７  モータ
１７ｂ  モータコントローラ
２０  制御ユニット
２２  フィードバックシステム
２３  解析システム
２４  コントローラユニット
２５  グラフィカルインタフェースユニット
２６  記憶ユニット
２７  取得システム
３０，３５  ビームスプリッタ
３１，３６  ダイヤフラム（または、合焦レンズ）
３２，３７  ビーム
３３，３８  光学フィルタ
３４，３９  シングルチャネルフォトダイオード
４０  ＥＵＶ放射線
４１  放射線センサ（例えばＥＵＶ）
５０  真空チャンバ
６０  影（液滴）
６１  電流信号
６２  波形
７０，７１  電流信号
８０  焦点深度
８１，８１ｂ  開始位置（液滴ターゲット）
８２，８２ｂ  空間トレース
ｄ１，ｄ２  垂直距離
ｔ１，ｔ２  時間遅延
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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