JP2000098098A

JP2000098098A - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JP2000098098A
Application number: JP10265887A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Kamitaka; 典明神高; Hiroyuki Kondo; 洋行近藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】飛散粒子の影響を抑制しながら利用するＸ線
への変換効率を上げることができ、なおかつ標的材の長
時間連続供給が可能であって、長期間の連続運転が可能
なＸ線発生装置を提供する。【解決手段】標的材１０１はその端面を露出してお
り、励起レーザーパルス光１１１がその端面に集光・照
射されている。集光径は直径0.1mmであり、標的材１０
１の先端部分の断面より小さな領域に励起レーザーパル
ス光１１１が集光されている。標的材１０１の端面にプ
ラズマ１１２が形成されると標的材１０１は徐々に削ら
れていくが、プラズマ１１２の発生位置が常時検出され
ており、この位置が常に一定になるように、標的材駆動
装置１０３によって標的材１０１がプラズマ生成位置に
送られている。標的材１０１はガイド部材１０２によっ
て励起レーザー光１１１の集光位置に正確に導かれてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線露光装置、Ｘ
線顕微鏡、Ｘ線分析装置などに使用されるＸ線装置に関
するものであり、さらに詳しくは、励起エネルギービー
ムを標的部材に照射してプラズマを発生させ、当該プラ
ズマが発生するＸ線を発生するＸ線発生装置であって、
飛散粒子の影響を抑制しながら利用するＸ線への変換効
率を上げることができ、長期間に亙って連続使用が可能
なものに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体集積回路の微細なパターン
を持つ半導体集積回路の製造には光による縮小投影露光
が広く用いられている。縮小露光に用いられる光の波長
はパターンの微細化に伴い短波長化が進んでいるが、将
来、可視・紫外といった光では原理的に不可能な微細な
パターンの形成に軟Ｘ線を用いようとする試みがなされ
ている。

【０００３】軟Ｘ線の線源としては、シンクロトロン放
射光やレーザープラズマＸ線源が候補に挙げられる。レ
ーザープラズマＸ線源は、パルスレーザー光を物質の表
面に集光して物質をプラズマ化し、そのプラズマが放出
するＸ線を利用するものである。このレーザープラズマ
Ｘ線源は、シンクロトロン放射光を利用する場合にくら
べて非常に小型の線源にすることができるが、プラズマ
を形成しているイオンや、プラズマの生成により吹き飛
ばされたプラズマ近傍の標的材が周囲に飛散粒子として
飛び散ってしまうという問題がある。軟Ｘ線を放出する
プラズマの周囲には、Ｘ線を利用するために軟Ｘ線光学
素子が配置されるが、飛散粒子はこの軟Ｘ線光学素子の
表面に付着・堆積する。軟Ｘ線領域のＸ線はすべての物
質に強く吸収されるため表面の汚れには非常に敏感であ
り、飛散粒子の付着は非常に大きな問題である。

【０００４】この飛散粒子を抑制する方法として、飛散
粒子の少ない物質を標的材としたり、飛散粒子の分布が
少ない角度からＸ線を取り出すなど、飛散粒子発生の特
性を利用することをはじめ多くの提案がなされている。
固体標的材を用いる場合、プラズマ生成に必要となるの
はごく表面近傍の標的材原子だけであり、それ以上の質
量を供給しても軟Ｘ線の発生には寄与せずに飛散粒子の
原因となるだけなので、標的材を薄膜状にすることも効
果がある。また、発生した飛散粒子を阻止する方法とし
て、Ｘ線透過率の高いガスを導入したり、高速シャッタ
ーを用いる試みも多くなされている。ガスを導入した場
合には、散乱した飛散粒子を阻止する部材をＸ線を遮ら
ないように配置することで、飛散粒子阻止効果は飛躍的
に上昇する。さらに、問題となる飛散粒子が発生しない
ように、高圧のガスや極低温で固化させたガスを標的材
とする方法も提案されており、多くの実験結果も報告さ
れている。

【０００５】また、軟Ｘ線を用いた縮小投影露光に求め
られる光源のＸ線発生量はかなり大きなものであるため
少しでも多くのＸ線を発生することが望ましい。レーザ
ープラズマＸ線源の場合、励起パルスレーザーの出力
（パルスエネルギーと繰り返し周波数に依存）を上げる
ことと、利用する波長のＸ線への変換効率を高くするこ
とが求められる。そのため励起レーザーとして、出力が
ｋＷ級のレーザーの開発が進められている。また、プラ
ズマから発生するＸ線のスペクトルは標的材の電子構造
に強く依存しているため、目的とする波長のＸ線への高
い変換効率を持つ元素を標的材として用いることが考え
られている。

【０００６】Mo／Si多層膜によって比較的高い反射率が
得られるためにその利用が有力視されている波長13nmの
軟Ｘ線の場合、ガスではクリプトン（Kr）、キセノン
（Xe）などが、金属では、金（Au）、タンタル（Ta）、
錫（Sn）などが変換効率が高い。

【０００７】標的材の形状と発生するＸ線量についても
いくつかの提案がなされている。励起レーザー光が大き
な質量を持つ金属などの表面に照射された場合、形成し
たプラズマの熱は近接する金属標的材に伝わり逃げてい
くのに対し、標的材を薄い膜材にすれば熱が逃げにくく
なるためプラズマ加熱の効率、ひいてはＸ線発生の効率
が向上する。

【０００８】また、金属表面の同じ位置に繰り返しプラ
ズマを生成した場合、平らな表面に最初にプラズマを形
成したときよりも何度かプラズマを形成した後にプラズ
マを形成したときの方がＸ線の発生量が増えるという報
告がある。これはプラズマの形成により生じた凹みによ
ってプラズマに対して閉じ込め効果がはたらき、ある程
度の温度と密度のプラズマが維持されるためであるとい
われている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】先に述べたように、レ
ーザープラズマＸ線源ではより高い変換効率で目的とす
る波長域の軟Ｘ線を発生させ、かつ、飛散粒子の影響を
小さく抑え込む試みがなされている。

【００１０】また、要求されるＸ線量を達成するために
必要となるｋＷ級（パルス出力〜１Ｊ、繰り返し周波数
〜１ｋHz）のレーザーの開発も行われているが、その開
発は容易ではなく、また、開発されても非常に高価なも
のになるといわれている。一方、利用するＸ線への変換
効率を少しでも高くできれば、励起用レーザー装置に求
める出力を小さくすることができる。変換効率が数十％
上昇すればレーザー出力は数十％小さくてよく、変換効
率が２倍になればレーザー出力は半分でよい。レーザー
出力に対する要求数値の低下はその開発においては大き
な意味を持ち、たとえ数十％の変化といえども、その価
格にも大きく影響する可能性がある。

【００１１】また、数百〜千Hzでプラズマを発生させる
場合には、標的材の供給方法も問題となる。この速度で
は板状の標的材の長時間の連続供給はほぼ不可能で、テ
ープ状の標的材でも秒速１ｍ程度の速度で供給し続ける
ため１時間の連続供給では３ｋｍを越えるテープ状標的
材が必要となる。これに対して液体あるいは気体の標的
材を用いる場合は連続供給という点では有利であるが、
変換効率が固体の場合ほど高くならず、また、制御・耐
久性の点からも高速で長時間の連続供給は決して容易で
はない。

【００１２】Ｘ線の発生量を増加させるために表面に適
度な凹みを持った形状の標的材を用いる場合、プラズマ
の発生によって凹みは大きくなっていくために、常に適
度に凹んだ形状を保つ必要がある。平板上に複数の凹み
を形成した場合は、その位置をプラズマ生成位置に合わ
せる必要があるが、繰り返しプラズマを形成するために
は非常に広い面積の標的材が必要となり、また、プラズ
マを高い繰り返し周波数で発生させる場合にはその位置
合わせを非常に高速に行わなければならない。

【００１３】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、飛散粒子の影響を抑制しながら利用するＸ線へ
の変換効率を上げることができ、なおかつ標的材の長時
間連続供給が可能であって、長期間の連続運転が可能な
Ｘ線発生装置を提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、標的部材に励起エネルギービームを照
射することによってプラズマを発生させ、当該プラズマ
から発生するＸ線を取り出すＸ線発生装置であって、標
的材が直径0.1〜１mmの細線状のものであり、当該標的
材の先端部の、先端部断面より小さな領域に励起エネル
ギービームを照射する照射機構と、励起エネルギービー
ム照射によって消耗した部分に対応するだけの新しい標
的材細線を、励起エネルギービーム照射位置に供給する
標的材供給機構とを有することを特徴とするＸ線発生装
置（請求項１）である。

【００１５】標的材を直径0.1〜１mmの細線状とし、当
該標的材の先端部に、先端部の断面より小さな領域に励
起エネルギービームを照射すると、励起エネルギービー
ムを照射された中心部分がプラズマによって集中的に削
り取られ、標的材の端面には凹みが生ずる。標的材の表
面に凹みが形成されていると、イオンや電子の拡散が制
限されるため、閉じ込め効果によって発生したプラズマ
はある程度の温度と密度を維持でき、そのプラズマ温度
で発生するＸ線がより多くなる。

【００１６】また、標的材が線状であるので、プラズマ
によって削り取られて消耗した部分に対応するだけの新
しい標的材を、標的供給機構によって供給することがで
きる。よって、長期間に亙ってＸ線発生装置を連続使用
することができる。

【００１７】なお、請求項１においては、標的材の直径
を規定しているが、標的材の断面は必ずしも円形である
必要がなく、同等の断面積を有する多角形や円に近い楕
円であってもよい。請求項１の発明の範囲には、このよ
うな標的材を用いたものも含まれる。このことは、請求
項２以下の発明においても同様である。

【００１８】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、標的材が、密度、組成などの
物性が軸対称に変化する直径直径0.1〜１mmの線材から
なることを特徴とするもの（請求項２）である。

【００１９】本手段によれば、線状の標的材の軸に近い
部分にプラズマによって削り取られ易い物性のものを配
置し、軸から遠い部分にプラズマによって削り取られに
くい物性のものを配置することにより、標的材の中心部
分に凹みが生じ易くすることができる。従って、前記第
１の手段が有する効果をさらに高めることができる。

【００２０】前記課題を解決するための第３の手段は、
標的部材に励起エネルギービームを照射することによっ
てプラズマを発生させ、当該プラズマから発生するＸ線
を取り出すＸ線発生装置において、標的材が直径0.01〜
0.1mmの細線状のものであり、当該標的材の先端部に、
後述する第２励起エネルギービームよりエネルギーの小
さい第１励起エネルギービームを照射する第１の照射機
構と、当該標的材の先端部に、先端部の断面にほぼ等し
いかそれより大きな照射面積を持つ第２励起エネルギー
ビームを照射する第２の照射機構と、励起エネルギービ
ーム照射によって消耗した部分に対応するだけの新しい
標的材細線を、励起エネルギービーム照射位置に供給し
続ける標的材供給機構とを有してなり、第１励起エネル
ギービームの照射が始まってから10ns以内に、第２励起
エネルギービームの照射が開始されるようにされている
ことを特徴とするＸ線発生装置（請求項３）である。

【００２１】本手段においては、第１励起エネルギービ
ームにより標的材の先端部にプリプラズマを発生させ
る。このプリプラズマは、10ns以内に、標的部材の断面
に等しいか大きい範囲に広がっている。この状態で、生
成したプリプラズマに第２励起エネルギービームを照射
することにより、Ｘ線を発生させる。

【００２２】本手段においては、第１励起エネルギービ
ームによって標的材の先端部にプリプリズマを発生して
おくことにより、プラズマの加熱が効率よく行われ、第
２励起エネルギービームの照射直後からＸ線を発生させ
ることができる。

【００２３】この際、第１励起エネルギービームの強さ
を第２励起エネルギービームの強さより弱くしておくこ
とが好ましい。始めから強い励起エネルギービームを照
射しても、時間的に最初の部分は反射されなどして、効
率的にプラズマの加熱には寄与しない。よって、第１励
起エネルギービームの強さを第２励起エネルギービーム
の強さより弱くしておくことにより、小さなエネルギー
で効率良く軟Ｘ線を発生させることができる。

【００２４】また、プリプラズマが広がった状態で第２
励起エネルギービームを照射するので、標的材の断面積
を小さくすることができる。よって、標的材の熱伝導に
よりが周囲に逃げるプラズマの熱量を少なくすることが
できる。第２励起エネルギービームの遅延時間は、10ns
以内であれば、プリプラズマの発生状況、拡散状況に応
じて任意に決定することができる。しかし、第２励起エ
ネルギービームを照射する時点を、第１励起エネルギー
ビームを照射した時点より10ns以上遅らせると、プリプ
ラズマが広がりすぎ、温度も低下するので、目的とする
効果を得ることができない。

【００２５】本手段においても、前記第１の手段と同
様、標的材が線状であるので、プラズマによって削り取
られて消耗した部分に対応するだけの新しい標的材を、
標的供給機構によって供給することができる。よって、
長期間に亙ってＸ線発生装置を連続使用することができ
る。なお、標的材を均一に消耗させるためには、第１励
起エネルギービームの照射面積も、先端部の断面にほぼ
等しいかそれより大きなものとすることが好ましい。

【００２６】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、利
用する波長のＸ線の吸収が小さいガスを、Ｘ線発生位置
を含む空間に導入するガス導入機構と、Ｘ線を利用する
取り出し立体角を囲む空間の全部又は一部に、プラズマ
形成位置を頂点とする多角錐、円錐又は楕円錐の一部の
形状を有する部材を有し、導入されたガスが、多角錐の
底面側（Ｘ線取り出し側）から多角錐の頂点側（プラズ
マ側）に向かって流れを形成するようにされていること
を特徴とするもの（請求項４）である。

【００２７】本手段においては、散乱飛散粒子阻止部材
の内部の空間にはプラズマ生成位置の方向に向かって運
動するガス分子の方がその逆向きに運動するガス分子よ
りも多く存在する。プラズマから発生した飛散粒子はガ
ス分子によって散乱されるため、その運動の方向を変化
させて散乱飛散粒子阻止部材の表面に付着し、除去され
る。散乱飛散粒子阻止部材の表面に到達しなかった飛散
粒子もガス分子による散乱によってその運動量を失い、
やがてガス分子の不規則な分子運動の中に混ざり込んで
いき、全体としてプラズマ生成位置に向かう流れに乗っ
て排気口へと向かう。このようにしてプラズマから発生
した飛散粒子はガスと散乱飛散粒子阻止部材によって効
果的に除去され、Ｘ線光学素子の表面に到達することは
ほとんどない。

【００２８】前記課題を解決するための第５の手段は、
利用する波長のＸ線の吸収が小さいガスを、Ｘ線発生位
置を含む空間に導入するガス導入機構と、励起エネルギ
ービームが照射される立体角を囲む空間の全部又は一部
に、プラズマ形成位置を頂点とする多角錐、円錐又は楕
円錐の一部の形状を有する部材を有し、導入されたガス
が、多角錐の底面側（励起エネルギービーム照射側）か
ら多角錐の頂点側（プラズマ側）に向かって流れを形成
するようにされていることを特徴とする請求項１から請
求項４のうちいずれか１項にＸ線発生装置（請求項５）
である。

【００２９】本手段も、前記第４の手段で説明したもの
と同様の作用を有し、その結果、プラズマから発生した
飛散粒子はガスと散乱飛散粒子阻止部材によって効果的
に除去され、励起エネルギービームが通過する窓等の表
面に到達することはほとんどない。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第
１の例であるレーザープラズマＸ線発生部の構成を示す
概略図である。図１において、１０１は標的材、１０２
はガイド部材、１０３は標的材駆動装置、１１１は励起
レーザー光、１１２はプラズマ、１１３はＸ線、１２４
は軟Ｘ線光学素子、１３２は散乱飛散粒子阻止部材であ
る。

【００３１】標的材１０１は直径0.3mmのタンタル線材
である。標的材１０１はその端面を露出しており、励起
レーザーパルス光１１１がその端面に集光・照射されて
いる。集光径は直径0.1mmであり、標的材１０１の先端
部分の断面より小さな領域に励起レーザーパルス光１１
１が集光されている。標的材１０１の端面にプラズマ１
１２が形成されると標的材１０１は徐々に削られていく
が、プラズマ１１２の発生位置が常時検出されており、
この位置が常に一定になるように、標的材駆動装置１０
３によって標的材１０１がプラズマ生成位置に送られて
いる。標的材１０１はガイド部材１０２によって励起レ
ーザー光１１１の集光位置に正確に導かれている。

【００３２】この標的材１０１の端面において生成され
るプラズマについて図２を用いて説明する。図２におい
て、２０６は標的材、２０７は多孔質タンタル部、２０
８は通常のタンタル部、２１１は励起レーザー光、２１
２−ａ、２１２−ｂはプラズマである。

【００３３】本実施の形態で標的材となっているタンタ
ル細線は図２（ｂ）に示されるように、その断面を見る
と中心のφ0.2mm程度の領域２０７が多孔質になってお
り、その外側の部分２０８よりもプラズマによって削り
取られやすい。よって、励起レーザー光２１１が何度か
集光・照射されると、標的材の端面には凹みが生ずる。
図２（ａ）のように平らな表面を持つ標的材２０６に励
起レーザー光２１１が照射されてプラズマ２１２−ａが
生成されると、プラズマ２１２−ａを形成する高温のイ
オンや電子は周囲に拡散しプラズマ２１２−ａは急速に
冷える。これに対し、表面に凹みが形成されていると、
イオンや電子の拡散が制限されるため、図２（ｃ）に示
すように、閉じ込め効果によって発生したプラズマ２１
２−ｂはある程度の温度と密度を維持でき、そのプラズ
マ温度で発生するＸ線はより多くなる。半径0.3mm、深
さ0.3mm程度の凹みの場合、レーザー光の照射強度が10
¹⁰〜10¹²Ｗ／cm²のとき、波長13nm付近の軟Ｘ線につい
て閉じ込め効果によるＸ線発生量の増加、すなわち、変
換効率の上昇が期待できる。

【００３４】プラズマ生成位置の周囲は１Pa以下の圧力
まで排気された後、クリプトン（Kr）ガスが導入されて
いる。図１において、プラズマ生成位置の近傍にはプラ
ズマ生成位置を頂点とした多角錐の一部を組み合わせた
散乱飛散粒子阻止部材１３２が配置されている。クリプ
トンは13nm付近に吸収端を持つため、それよりやや長い
波長のＸ線については高い透過率を有する。さらに、ク
リプトンは分子の質量が比較的大きいため、ヘリウム
（He）ガスよりも効果的に飛散粒子を散乱する。標的部
材であるタンタルは融点が非常に高く、また、硬いため
に、発生するほとんどすべての飛散粒子がクリプトン分
子で散乱可能な程度の大きさである。散乱することによ
って飛散粒子は散乱飛散粒子阻止部材１３２の表面に到
達、吸着される。

【００３５】散乱飛散粒子阻止部材１３２は厚さ0.5mm
以下の薄い板材で構成されており、発生するＸ線はほと
んど遮らないが、散乱した飛散粒子は効率よく吸着す
る。さらに、真空排気装置の引き口（不図示）がプラズ
マ生成位置付近にあるため、散乱飛散粒子阻止部材１３
２内の空間にはプラズマ１１２側に向かってクリプトン
分子の流れが形成されている。このため散乱飛散粒子阻
止部材１３２の表面に吸着されなかった飛散粒子も軟Ｘ
線光学素子１２４の表面にはほとんど到達しない。

【００３６】本発明の実施の形態の第２の例であるレー
ザープラズマＸ線発生部の構成を図３に示す。図３にお
いて、３０１は標的材、３０２はガイド部材、３０３は
標的材駆動装置、３１１は励起レーザー光、３１２はプ
ラズマ、３１３はＸ線、３２４は軟Ｘ線光学素子であ
る。

【００３７】標的材３０１は直径0.05mmのタンタル細線
である。標的材３０１は標的材駆動装置３０３によって
駆動され、ガイド部材３０２に導かれて励起レーザー光
３１１の集光、照射位置に供給されている。標的のタン
タル細線はその端面を露出しており、第１の励起レーザ
ーパルス光３１１が照射される。第１の励起レーザーパ
ルス光はパルス持続時間１ns、照射強度は１０¹⁰Ｗ／cm
²程度であり、これにより標的材のタンタル細線の先端
には比較的低温のプリプラズマが生成される。プリプラ
ズマを形成するイオンの速度は１０⁶cm／s程度であるの
で、10ns後にはプラズマは0.1mm程度拡がっている。こ
の時点で集光径0.1mm、照射強度10¹²Ｗ／cm²程度のパル
ス光（第２の励起レーザーパルス光）が照射されると、
プリプラズマは加熱されて強い軟Ｘ線３１３が発生す
る。

【００３８】プリプラズマが無い場合に大きなエネルギ
ーを持ったパルス光が入射しても、パルスのうち時間的
に前の部分は反射されるなど効率的にプラズマの加熱に
は寄与しないが、プリプラズマの生成によりプラズマの
加熱が効率よくおこなわれる。また、標的材３０１が細
線であるために、大きな質量を持つ板材に比べると、標
的材３０１の熱伝導によりプラズマの熱が周囲に逃げる
割合はずっと小さく、このことによってもプラズマの加
熱が効率よくおこなわれる。プラズマの加熱が効率よく
行われることによって変換効率が上昇する。

【００３９】プラズマ生成位置の周囲には、図１に示し
たものと同様の散乱飛散粒子阻止部材３３２が配置さ
れ、クリプトンガスが導入されている。これによって、
軟Ｘ線光学素子３２４に到達する飛散粒子は非常に少な
く抑えることができ、よって、長時間安定にＸ線を利用
することができる。

【００４０】図４に、本発明の実施の形態の第３の例で
あるレーザープラズマＸ線発生装置の構成図を示す。図
４において、４０１は標的材、４０２はガイド部材、４
０３は標的材駆動装置、４０４は作動排気室、４０５は
Ｏリング、４１１は励起レーザー光、４１２はプラズ
マ、４１３はＸ線、４２１はレンズ、４２２は導入窓、
４２３は導入窓保護板、４２４は軟Ｘ線光学素子、４２
５はＸ線取り出し窓、４３１はガス導入口、４３２は散
乱飛散粒子素子部材、４３３は排気口、４３４はプラズ
マ位置検出器、４４１は真空容器である。

【００４１】真空容器４４１内に、標的材４０１となる
直径0.3mmのタンタル細線が容器外から供給されてい
る。標的材４０１の導入には２段の差動排気室４０４が
用いられており、内径が0.3mmよりやや小さいＯリング
４０５によってシールされている。タンタル細線は、図
２（ｂ）に示すようにその内部に多孔質の部分があり、
エネルギー0.5Ｊ、パルス持続時間10ns、集光径0.1mm程
度のパルス光が断面の中央に連続して照射された場合、
常に直径0.3mm、深さ0.3mm程度の穴が形成されるように
なっている。

【００４２】この穴による閉じ込め効果で波長13nm付近
の軟Ｘ線を輻射する程度の温度のプラズマが持続し、波
長13nm付近の軟Ｘ線が多く輻射される。このようにし
て、この標的材からは金属タンタルの平らな表面にプラ
ズマを生成した場合にくらべてより多くの波長13nm付近
の軟Ｘ線を得ることができ、さらに標的材は連続的かつ
長時間にわたって供給することができる。

【００４３】標的材４０１の先端のプラズマ４１２の位
置は、プラズマ位置検出器４３４によって常時検出され
ており、標的材４０１の端面（プラズマ４１２位置）が
常に同じ位置にあるように、標的材駆動装置４０３によ
って調節されている。

【００４４】励起レーザー光４１１は集光レンズ４２
０、導入窓４２２を通って標的材の端面に集光・照射さ
れる。発生したＸ線は軟Ｘ線光学素子（多層膜反射鏡）
４２４で反射され、Ｘ線取り出し窓４２５を通って取り
出される。

【００４５】真空容器４４１内にはガス導入口４３１か
らクリプトンガスが導入されている。クリプトンは波長
13nm付近に吸収端を持っており、これより僅かに長い波
長の軟Ｘ線に対しては高い透過率を有している。10Paの
場合、距離50cmで透過率は90％程度である。排気口４３
３はプラズマ４２１の生成位置の近傍に配置されてお
り、クリプトンの圧力が常に10Paとなるようにガスの導
入と排気が制御されている。

【００４６】プラズマ４１２と軟Ｘ線光学素子４２４の
間、およびプラズマ４１２と導入窓４２２の間には、Ｘ
線４１３及び励起レーザー光４１１の光路をできるだけ
遮らない形状をした散乱飛散粒子阻止部材４３２が配置
されている。散乱飛散粒子阻止部材４３２はプラズマ生
成位置を頂点とした多角錐の一部が組み合わされた形状
をしており、厚さ0.5mm以下の薄い板材で構成されてい
る。排気口４３３がプラズマ生成位置の近傍に配置され
ているため、散乱飛散粒子阻止部材４３２の内部の空間
にはプラズマ生成位置の方向に向かって運動するクリプ
トン分子の方がその逆向きに運動する分子よりも多く存
在する。プラズマ４１２から発生した飛散粒子はクリプ
トン分子によって散乱されるため、その運動の方向を変
化させて散乱飛散粒子阻止部材４３２の表面に付着し、
除去される。

【００４７】また、散乱飛散粒子阻止部材４３２の表面
に到達しなかった飛散粒子もクリプトンガスとの散乱に
よってその運動量を失い、やがてクリプトン分子の不規
則な分子運動の中に混ざり込んでいき、全体としてプラ
ズマ生成位置に向かう流れに乗って排気口４３３へと向
かう。このようにしてプラズマから発生した飛散粒子は
クリプトンガスと散乱飛散粒子阻止部材によって効果的
に除去され、Ｘ線光学素子４２４、導入窓４２２の表面
に到達することはほとんどない。

【００４８】ここで用いるクリプトンガスは高価なもの
であるが、排気口から排気装置に向かう途中には排気す
るガスを冷却することによってクリプトンガスを液化
（固化）させて回収するクリプトン回収装置（不図示）
が配置されており、クリプトンガスを繰り返し使えるよ
うになっている。励起レーザー光導入窓４２２のプラズ
マ側の位置には、励起レーザー光を透過する導入窓保護
板４２３が配置されており、非常に長時間のＸ線発生に
よって飛散粒子が付着して励起レーザー光の透過率が低
下した場合は、交換できるようになっている。

【００４９】図５に、本発明の実施の形態の第４の例で
あるレーザープラズマＸ線発生装置の構成図を示す。図
５において、５０１は標的材、５０２はガイド部材、５
０３は標的材駆動装置、５０４は作動排気室、５０５は
Ｏリング、５１１は励起レーザー光、５１２はプラズ
マ、５１３はＸ線、５２１はレンズ、５２２は導入窓、
５２３は導入窓保護板、５２４は軟Ｘ線光学素子、５２
５はＸ線取り出し窓、５３１はガス導入口、５３２は散
乱飛散粒子素子部材、５３３は排気口、５３４はプラズ
マ位置検出器、５４１は真空容器である。

【００５０】装置の構成と機能は、標的材５０１の形状
とプラズマ５１２の生成過程を除いて図４に示した実施
の形態と同じである。真空容器５４１内に、標的材５０
１となる直径0.05mmのタンタル細線が導入されている。
標的材５０１の導入には２段の差動排気室５０４が用い
られており、内径が0.05mmよりやや小さいＯリング５０
５によってシールされている。

【００５１】標的材５０１の先端のプラズマ５１２の位
置は、プラズマ位置検出器５３４によって常時検出され
ており、標的材５０１の端面（プラズマ５１２位置）が
常に同じ位置にあるように、駆動装置５０３によって調
節されている。

【００５２】励起レーザー光５１１は先に照射されるプ
リパルス、それにやや遅れて照射されるメインパルスの
２つに分かれている。励起レーザー光発生装置（不図
示）から出射したパルス光（エネルギー１Ｊ、パルス持
続時間８ns程度）はエネルギーが10：１程度の２つのパ
ルスに分ける。この２つのパルスのうち、エネルギーの
小さい方のパルスをレンズ５２１で集光して、プリパル
スとして直ちに標的材５０１の端面に照射し、エネルギ
ーの大きい方のパルスに10nsほどの時間遅延を与えた後
に光路を同軸に戻し、レンズ５２１で集光してメインパ
ルスとして標的部材５０１の端面に照射する。最初にプ
リパルスが照射されると比較的低温のプラズマが生成さ
れ、膨張を始める。プリパルス光が照射されてから10ns
程度後には、プラズマ５１２は直径0.2mm程度に拡がっ
ており、このとき、パルスがこのプラズマ５１２に照射
される。

【００５３】最初の励起レーザー光を弱めるのは、フィ
ルタ等の光学素子を使用すればよいし、第２の励起レー
ザ光を遅延させるのは、最大で３ｍほど余分に光路を迂
回させてから標的部材に照射させるようにすればよい。
なお、前述のように、ひとつの励起レーザー発生装置か
ら出射したパルス光を２分割して使用する場合には、プ
リパルスは、メインパルスが照射されている時間帯にも
照射されつづけることもあるが、このようなことがあっ
ても一向に差し支えない。

【００５４】固体の金属を直接大きなエネルギーのパル
スで加熱すると、最初に生じる反射光や固体金属の大き
な熱伝導の影響によりプラズマの加熱を効果的におこな
うことは難しいが、あらかじめ生成しおいたプラズマを
加熱することで加熱効率は改善される。また、膨張した
プラズマを第２の励起レーザービームで加熱するように
しているために、第２のの集光径である0.1mmに対し
て、標的材５０１の直径は0.05mmと小さくすることがで
き、標的材５０１を伝導して逃げていく熱を少なくする
ことができる。よって、プラズマの加熱効率を高くする
ことができるため、高い軟Ｘ線への変換効率を実現でき
る。本実施の形態に示したクリプトン導入・排気・回収
装置と散乱飛散粒子阻止部材は図４に示したものと同様
であり、飛散粒子を効果的に抑制している。

【００５５】図４、図５に示した本発明の実施の形態で
は、散乱飛散粒子阻止部材４３２、５３２が軟Ｘ線光学
素子（多層膜反射鏡）４２４、５２４で反射した軟Ｘ線
を遮らないようにプラズマ４１２、５１２に近い領域に
のみ配置されている。しかし、反射した軟Ｘ線が通過す
る領域でも、利用するＸ線をほとんど遮ることなく散乱
飛散粒子阻止部材を配置することができる。

【００５６】この様子を図６に示す。図６において、６
０１はプラズマ、６０２はＸ線光学素子、６０３はＸ
線、６０４は散乱飛散粒子阻止部材、６０５はＸ線取り
出し方向を示す。図６に示すように、散乱飛散粒子阻止
部材６０４が、Ｘ線光学素子６０２のＸ線の入射・反射
面内の、利用するＸ線６０３をほとんど遮ることがない
位置に配置されている。このような散乱飛散粒子阻止部
材６０４を配置することによって飛散粒子の除去効果は
更に高まり、軟Ｘ線光学素子を長時間にわたって安定的
に使用することができる。

【００５７】図４、図５に示した２つの実施の形態にお
いては、標的細線の太さを0.3mm、0.05mmとしている
が、標的細線の太さはこれに限定するものではなく、標
的材の材質、励起レーザー光の照射条件などによって最
適化することが望ましい。

【００５８】また、以上の実施の形態では、標的材の材
質はタンタルとしたがこれに限るものではなく、標的材
は単一の材質ではなくて合金でもよい。その場合にも、
断面の半径方向に組成や密度などを変化させることによ
って、プラズマが断面に繰り返し生成された場合に、目
的とする波長の軟Ｘ線を輻射するプラズマに対して閉じ
込め効果を有する凹みが形成され続けるようにしておく
ことが望ましい。

【００５９】図５に示した実施の形態では、プリプラズ
マを生成するプリパルスを、メインパルスと同様な光路
で標的材表面に導いているが、プリパルスの光路は別で
もよく、また、２つ以上の複数方向から照射してもよ
い。また、プリパルスの集光径を標的細線の径と同等に
し、メインパルスの集光径は加熱するプラズマの径と同
等にするとさらに好ましい。プルパルスを発生するレー
ザー発生器とメインパルスを発生するレーザー発生器と
は別のものを用いてもよい。

【００６０】以上の実施の形態においては、標的材を真
空容器外から供給しているが、真空容器内に充分な長さ
の標的材を保持することができれば、真空外から供給し
なくてもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のうち請
求項1にかかる発明においては、標的材が直径0.1〜１mm
の細線状のものであり、当該標的材の先端部に、先端部
の断面より小さな領域に励起エネルギービームを照射す
る照射機構と、励起エネルギービーム照射によって消耗
した部分に対応するだけの新しい標的材細線を、励起エ
ネルギービーム照射位置に供給し続ける標的材供給機構
とを有することを特徴とするものであるので、標的材の
端面には凹みが形成され、イオンや電子の拡散が制限さ
れるため、閉じ込め効果によって発生したプラズマはあ
る程度の温度と密度を維持でき、そのプラズマ温度で発
生するＸ線がより多くなる。また、プラズマによって削
り取られて消耗した部分に対応するだけの新しい標的材
を、標的供給機構によって供給することができる。よっ
て、長期間に亙ってＸ線発生装置を連続使用することが
できる。

【００６２】請求項２に係る発明においては、標的材
が、密度、組成などの物性が軸対称に変化する直径直径
0.1〜１mmの線材からなるので、標的材の中心部分に凹
みが生じ易くすることができる。

【００６３】請求項３に係る発明においては、標的材が
直径0.01〜0.1mmの細線状のものであり、当該標的材の
先端部に、先端部の断面にほぼ等しいかそれより大きな
照射面積を持つ第１励起エネルギービームを照射する第
１の照射機構と、当該標的材の先端部に、先端部の断面
にほぼ等しいかそれより大きな照射面積を持つ第２励起
エネルギービームを照射する第２の照射機構と、励起エ
ネルギービーム照射によって消耗した部分に対応するだ
けの新しい標的材細線を、励起エネルギービーム照射位
置に供給し続ける標的材供給機構とを有してなり、第１
励起エネルギービームの照射が始まってから10ns以内
に、第２励起エネルギービームの照射が開始されるよう
にされているので、第１励起エネルギービームにより標
的材の先端部にプリプリズマを発生しておくことにより
プラズマの加熱が効率よく行われ、第２励起エネルギー
ビームの照射直後からＸ線を発生させることができる。

【００６４】また、プリプラズマが広がった状態で第２
励起エネルギービームを照射するので、標的材の断面積
を小さくすることができる。よって、標的材の熱伝導に
よりが周囲に逃げるプラズマの熱量を少なくすることが
できる。

【００６５】請求項４に係る発明においては、利用する
波長のＸ線の吸収が小さいガスを、Ｘ線発生位置を含む
空間に導入するガス導入機構と、Ｘ線を利用する取り出
し立体角を囲む空間の全部又は一部に、プラズマ形成位
置を頂点とする多角錐、円錐又は楕円錐の一部の形状を
有する部材を有し、導入されたガスが、多角錐の底面側
（Ｘ線取り出し側）から多角錐の頂点側（プラズマ側）
に向かって流れを形成されるようにされているので、プ
ラズマから発生した飛散粒子はガスと散乱飛散粒子阻止
部材によって効果的に除去され、Ｘ線光学素子の表面に
到達するのを防止することができる。

【００６６】請求項５に係る発明においては、利用する
波長のＸ線の吸収が小さいガスを、Ｘ線発生位置を含む
空間に導入するガス導入機構と、励起エネルギービーム
が照射される立体角を囲む空間の全部又は一部に、プラ
ズマ形成位置を頂点とする多角錐、円錐又は楕円錐の一
部の形状を有する部材を有し、導入されたガスが、多角
錐の底面側（励起エネルギービーム照射側）から多角錐
の頂点側（プラズマ側）に向かって流れを形成されるよ
うにされているので、プラズマから発生した飛散粒子は
ガスと散乱飛散粒子阻止部材によって効果的に除去さ
れ、励起エネルギービームが通過する窓等の表面に到達
することを防止することができる。

【００６７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１の例であるレーザー
プラズマＸ線発生部の構成を示す概略図である。

【００６８】

【図２】標的材の端面において発生するプラズマの状態
を示す図である。

【００６９】

【図３】本発明の実施の形態の第２の例であるレーザー
プラズマＸ線発生部の構成を示す図である。

【００７０】

【図４】本発明の実施の形態の第３の例であるレーザー
プラズマＸ線発生装置の構成を示す図である。

【００７１】

【図５】本発明の実施の形態の第４の例であるレーザー
プラズマＸ線発生装置の構成を示す図である。

【００７２】

【図６】散乱飛散粒子阻止部材の配置の例を示す図であ
る。

【００７３】

【符号の説明】

１０１…標的材、１０２…ガイド部材、１０３…標的材
駆動装置、１１１…励起レーザー光、１１２…プラズ
マ、１１３…Ｘ線、１２４…軟Ｘ線光学素子、１３２…
散乱飛散粒子阻止部材、２０６…標的材、２０７…多孔
質タンタル部、２０８…通常のタンタル部、２１１…励
起レーザー光、２１２−ａ、２１２−ｂ、３０１…標的
材、３０２…ガイド部材、３０３…標的材駆動装置、３
１１…励起レーザー光、３１２…プラズマ、３１３…Ｘ
線、３２４…軟Ｘ線光学素子、４０１…標的材、４０２
…ガイド部材、４０３…標的材駆動装置、４０４…作動
排気室、４０５…Ｏリング、４１１…励起レーザー光、
４１２…プラズマ、４１３…Ｘ線、４２１…レンズ、４
２２…導入窓、４２３…導入窓保護板、４２４…軟Ｘ線
光学素子、４２５…Ｘ線取り出し窓、４３１…ガス導入
口、４３２…散乱飛散粒子素子部材、４３３…排気口、
４３４…プラズマ位置検出器、４４１…真空容器、５０
１…標的材、５０２…ガイド部材、５０３…標的材駆動
装置、５０４…作動排気室、５０５…Ｏリング、５１１
…励起レーザー光、５１２…プラズマ、５１３…Ｘ線、
５２１…レンズ、５２２…導入窓、５２３…導入窓保護
板、５２４…軟Ｘ線光学素子、５２５…Ｘ線取り出し
窓、５３１…ガス導入口、５３２…散乱飛散粒子素子部
材、５３３…排気口、５３４…プラズマ位置検出器、５
４１…真空容器、６０１…プラズマ、６０２…Ｘ線光学
素子、６０３…Ｘ線、６０４…散乱飛散粒子阻止部材、
６０５…Ｘ線取り出し方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】標的部材に励起エネルギービームを照射
することによってプラズマを発生させ、当該プラズマか
ら発生するＸ線を取り出すＸ線発生装置であって、標的
材が直径0.1〜１mmの細線状のものであり、当該標的材
の先端部の、先端部の断面より小さな領域に励起エネル
ギービームを照射する照射機構と、励起エネルギービー
ム照射によって消耗した部分に対応するだけの新しい標
的材細線を、励起エネルギービーム照射位置に供給する
標的材供給機構とを有することを特徴とするＸ線発生装
置。
【請求項２】前記標的材が、密度、組成などの物性が
軸対称に変化する直径直径0.1〜１mmの線材からなるこ
とを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。
【請求項３】標的部材に励起エネルギービームを照射
することによってプラズマを発生させ、当該プラズマか
ら発生するＸ線を取り出すＸ線発生装置において、標的
材が直径0.01〜0.1mmの細線状のものであり、当該標的
材の先端部に、後述する第２励起エネルギービームより
エネルギーの小さい第１励起エネルギービームを照射す
る第１の照射機構と、当該標的材の先端部に、先端部の
断面にほぼ等しいかそれより大きな照射面積を持つ第２
励起エネルギービームを照射する第２の照射機構と、励
起エネルギービーム照射によって消耗した部分に対応す
るだけの新しい標的材細線を、励起エネルギービーム照
射位置に供給し続ける標的材供給機構とを有してなり、
第１励起エネルギービームの照射が始まってから10ns以
内に、第２励起エネルギービームの照射が開始されるよ
うにされていることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項４】利用する波長のＸ線の吸収が小さいガス
を、Ｘ線発生位置を含む空間に導入するガス導入機構
と、Ｘ線を利用する取り出し立体角を囲む空間の全部又
は一部に、プラズマ形成位置を頂点とする多角錐、円錐
又は楕円錐の一部の形状を有する部材を有し、導入され
たガスが、多角錐の底面側（Ｘ線取り出し側）から多角
錐の頂点側（プラズマ側）に向かって流れを形成するよ
うにされていることを特徴とする請求項１から請求項３
のうちいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
【請求項５】利用する波長のＸ線の吸収が小さいガス
を、Ｘ線発生位置を含む空間に導入するガス導入機構
と、励起エネルギービームが照射される立体角を囲む空
間の全部又は一部に、プラズマ形成位置を頂点とする多
角錐、円錐又は楕円錐の一部の形状を有する部材を有
し、導入されたガスが、多角錐の底面側（励起エネルギ
ービーム照射側）から多角錐の頂点側（プラズマ側）に
向かって流れを形成するようにされていることを特徴と
する請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の
Ｘ線発生装置。