JP2010205651A - Plasma generation method, and extreme ultraviolet light source device using the same - Google Patents

Plasma generation method, and extreme ultraviolet light source device using the same Download PDF

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JP2010205651A JP2009051968A JP2009051968A JP2010205651A JP 2010205651 A JP2010205651 A JP 2010205651A JP 2009051968 A JP2009051968 A JP 2009051968A JP 2009051968 A JP2009051968 A JP 2009051968A JP 2010205651 A JP2010205651 A JP 2010205651A
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Tomonao Hosogai
知直 細貝
Hideyoshi Hotta
栄喜 堀田
Kazuhiko Horioka
一彦 堀岡
Takuma Yokoyama
拓馬 横山
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Tokyo Institute of Technology NUC
Ushio Denki KK
Ushio Inc
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Tokyo Institute of Technology NUC
Ushio Denki KK
Ushio Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To supply plasma generated by irradiation of an energy beam to a zone separated from a generating point of the plasma at a condition maintaining high density. <P>SOLUTION: A laser beam is concentrated and irradiated to a target 13 in a target chamber 11 in order to generate plasma from the target 13. The generated plasma is extended to a direction wherein the laser beam is irradiated, and the plasma is accelerated by supply to an acceleration cavity 21. The surface of the target 13 is arranged by shifting at an incident side rather than a light-concentrating point of the laser beam, and the plasma is transported to a zone separated from the generating point of the plasma while the plasma keeps high density at good directivity. Furthermore, a plasma generation method can be applied to an extreme ultraviolet light source device for generating extreme ultraviolet light (EUV) while the laser beam is irradiated to an extreme ultraviolet light emissive species arranged outside a discharge zone and the generated plasma is supplied to the discharge zone, and the plasma can be supplied to the discharge zone while it maintains the high density. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ターゲット(原料)にエネルギービームを照射してプラズマを発生させ、このプラズマ状態のターゲット物質を、密度が高い状態で、電界が印加される領域(例えば加速領域や放電領域)に供給するプラズマ発生方法、および、このプラズマ発生方法を利用し、原料ガスを密度が高い状態で放電領域に供給し、放電させることにより極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置に関する。   In the present invention, plasma is generated by irradiating a target (raw material) with an energy beam, and the target material in a plasma state is supplied to a region to which an electric field is applied (for example, an acceleration region or a discharge region) in a high density state The present invention relates to a plasma generation method, and an extreme ultraviolet light source device that uses this plasma generation method to supply a source gas to a discharge region in a high-density state and discharge it to generate extreme ultraviolet light.

従来から、ターゲットにエネルギービームを照射して気化させることによりプラズマを発生させ、このプラズマ状態のターゲット物質を電界が印加される領域に送りこんで、加速等をして利用する技術が研究されている。
例えば、癌の放射線治療の分野においては、真空中に配置された炭素などの固体ターゲットに、レーザビームを照射することにより、炭素のプラズマを生成し、これを高電圧ステージに供給して多価イオンを引き出し、強度の強いイオンビームを発生させ、これを癌細胞に照射することが研究されている(例えば非特許文献1,2参照)。
また、特許文献1では、放電領域を除く空間に供給された原料(ターゲット)に対しエネルギービームを照射してプラズマを発生させ、プラズマ状態のターゲット物質を電界が印加される放電領域に送りこみ、極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置が提案されている。
Conventionally, a technique for generating plasma by irradiating an energy beam to a target to generate plasma, sending the target material in a plasma state to a region to which an electric field is applied, and accelerating it has been studied. .
For example, in the field of cancer radiotherapy, a carbon plasma is generated by irradiating a solid target such as carbon placed in a vacuum with a laser beam, and this is supplied to a high-voltage stage to generate multivalent charges. It has been studied to extract ions, generate a strong ion beam, and irradiate it with cancer cells (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).
Moreover, in patent document 1, it irradiates with an energy beam with respect to the raw material (target) supplied to the space except a discharge area | region, a plasma is generated, the target substance of a plasma state is sent to the discharge area | region to which an electric field is applied, An extreme ultraviolet light source device for generating extreme ultraviolet light has been proposed.

非特許文献1のFig.1とFig.2を用いて、従来の装置について説明する。
図6は、非特許文献1のFig.1に相当する図、図7はFig.2に相当する図であり、同図は、癌治療用として研究されているプラズマ生成して加速する装置の基本的な構成を示す図であり、図7は図6のターゲットチャンバーの部分を拡大して示した図である。
図6に示すように、プラズマ生成装置はターゲットチャンバー11とターゲット加速用の高周波(RFQ)発生器20とから構成され、ターゲットチャンバー11の内部には、図7に示すように、ターゲット支持体12により支持されたターゲット13(例えば炭素)およびレーザビームを反射して集光する集光ミラー14が置かれる。ターゲットチャンバー11内は、排気装置(不図示)により真空にされている。
タ一ゲットチャンバー11にはレーザビームが通過する窓15が形成されており、ターゲットチャンバー11の外からレーザビームが照射される。照射されたレーザビームは、レーザ通過窓15を通過し、集光ミラー14により反射されて、ターゲット13(炭素)に集光照射される。
FIG. 1 and FIG. A conventional apparatus will be described with reference to FIG.
FIG. 6 shows FIG. 1 corresponds to FIG. FIG. 7 is a diagram showing a basic configuration of an apparatus for generating and accelerating plasma, which has been studied for cancer treatment, and FIG. 7 is an enlarged view of a target chamber portion of FIG. FIG.
As shown in FIG. 6, the plasma generating apparatus is composed of a target chamber 11 and a target accelerating radio frequency (RFQ) generator 20, and inside the target chamber 11, as shown in FIG. And a focusing mirror 14 that reflects and focuses the laser beam. The target chamber 11 is evacuated by an exhaust device (not shown).
A window 15 through which the laser beam passes is formed in the target chamber 11, and the laser beam is irradiated from outside the target chamber 11. The irradiated laser beam passes through the laser passing window 15, is reflected by the condensing mirror 14, and is condensed and irradiated onto the target 13 (carbon).

レーザビームが照射されたターゲット13からは、ターゲット物質によるプラズマ(本例の場合炭素プラズマ)が発生する。発生したプラズマは、レーザビームが照射される方向に広がる性質を持つ。
炭素プラズマが広がる方向には、高周波(RFQ)発生器を備えた加速領域(加速空洞)21が形成されている。発生した炭素プラズマは、加速空洞21の入射側に形成されているアイソレータ22のスリット23を介してこの加速空洞21に入射する。プラズマ状態の炭素は、加速空洞21内において、高周波発生器からの高周波電界が印加されることにより加速され、加速空洞21から出射し、例えば体内の癌細胞に照射される。
From the target 13 irradiated with the laser beam, plasma (carbon plasma in this example) is generated by the target material. The generated plasma has the property of spreading in the direction of irradiation with the laser beam.
An acceleration region (acceleration cavity) 21 having a radio frequency (RFQ) generator is formed in the direction in which the carbon plasma spreads. The generated carbon plasma is incident on the acceleration cavity 21 through the slit 23 of the isolator 22 formed on the incident side of the acceleration cavity 21. The carbon in the plasma state is accelerated by applying a high-frequency electric field from a high-frequency generator in the acceleration cavity 21, exits from the acceleration cavity 21, and is irradiated to, for example, cancer cells in the body.

特開2008ー53696号JP 2008-53696 A

T.Takeuchi,et.al.Review of Instruments Vol.73,No.2,P764(2002).T.A. Takeuchi, et. al. Review of Instruments Vol. 73, no. 2, P764 (2002). T.Takeuchi,et.al.Review of Instruments Vol.73,No,2,P767(2002).T.A. Takeuchi, et. al. Review of Instruments Vol. 73, No, 2, P767 (2002).

上記のように、エネルギービームであるレーザビームの照射により発生したプラズマは、加速空洞21に供給されて加速される。ターゲットと加速空洞とは離れているので、ターゲットから発生した炭素プラズマを効率よく利用する、即ちより多くの炭素プラズマを加速空洞21に入射させるためには、加速空洞21に、炭素プラズマをできるだけ高い密度の状態で(局在化させて)供給しなければならない。
しかし、レーザビームがターゲット13に照射されて発生した炭素プラズマは、自由膨張して広がるので、炭素プラズマの密度は、プラズマ発生点、即ちターゲット13が配置された位置からの距離の2乗から3乗に比例して急激に低下していく。
そのため、より多くの炭素を加速空洞21に入射させるためには、プラズマ発生点(ターゲット13を配置する位置)と加速空洞21とを接近させなければならない。
As described above, the plasma generated by the irradiation of the laser beam which is an energy beam is supplied to the acceleration cavity 21 and accelerated. Since the target and the acceleration cavity are separated from each other, in order to efficiently use the carbon plasma generated from the target, that is, to make more carbon plasma enter the acceleration cavity 21, the carbon plasma is made as high as possible in the acceleration cavity 21. It must be supplied in a density state (localized).
However, since the carbon plasma generated by irradiating the target 13 with the laser beam expands freely, the density of the carbon plasma is 3 to 3 from the square of the distance from the plasma generation point, that is, the position where the target 13 is disposed. It decreases rapidly in proportion to the power.
Therefore, in order to allow more carbon to enter the acceleration cavity 21, the plasma generation point (position where the target 13 is disposed) and the acceleration cavity 21 must be brought close to each other.

しかし、加速空洞21を形成する高周波発生器20には、高周波を発生させるための高電圧が加えられている。そのため、ターゲット13と加速空洞21を接近させると、加速空洞21とグランド電位であるターゲット13の間で絶縁破壊が生じることがある。
したがって、ターゲット13は加速空洞21に対して、ある距離以下には近づけることができない。
そのため、レーザビームを照射して発生させた炭素プラズマにおいて、加速空洞21に入射しない成分が多く発生し、炭素プラズマの利用効率を上げることができないという問題があった。
以上の説明は、プラズマを生成して、電界が印加される領域である加速領域(加速空洞)に供給する場合であるが、生成したプラズマを、電界が印加される領域である放電領域に供給して加熱し極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置についても、同様な問題がある。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明は、エネルギービームの照射によって発生させたプラズマを、高い密度を維持した状態で、プラズマの発生地点よりもやや離れた所望の領域である、電界が印加される領域に供給できるようにすることを目的とする。
However, a high voltage for generating a high frequency is applied to the high frequency generator 20 forming the acceleration cavity 21. Therefore, when the target 13 and the acceleration cavity 21 are brought close to each other, a dielectric breakdown may occur between the acceleration cavity 21 and the target 13 having the ground potential.
Therefore, the target 13 cannot approach the acceleration cavity 21 below a certain distance.
For this reason, in the carbon plasma generated by irradiating the laser beam, many components that do not enter the acceleration cavity 21 are generated, and the utilization efficiency of the carbon plasma cannot be increased.
The above description is a case where plasma is generated and supplied to an acceleration region (acceleration cavity) that is a region to which an electric field is applied. The generated plasma is supplied to a discharge region that is a region to which an electric field is applied. The same problem occurs in the extreme ultraviolet light source device that generates extreme ultraviolet light by heating.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in the present invention, the plasma generated by the irradiation of the energy beam is maintained in a desired region slightly away from the plasma generation point while maintaining a high density. An object is to enable supply to a certain region to which an electric field is applied.

発明者らが、鋭意検討の結果、エネルギービーム(例えばレーザビーム)の集光点より、エネルギービームの入射側にずれた位置にターゲットの表面を配置すると、指向性のよいアブレーションプラズマジェットを発生させることができることを見出した。
これにより、プラズマを、高い密度を維持した状態で、従来よりも遠い位置にまで送ることができる。
ターゲットの表面をエネルギービームの集光点より入射側にずれた位置に配置すると、指向性のよいプラズマが発生するのは、次のような理由であると考えられる。
図2を用いて説明する。
一般的に、ターゲットに、ある闘値を超えた強度のレーザビーム(ii)が照射されると、ターゲット表面(i) の法線方向に、アブレーションプラズマ(iii) が噴出する。
その際、レーザビームが照射されるターゲット表面1の近傍には、高い密度勾配をもつプラズマ(iii) が存在し、このプラズマ(iii) 中には照射されるレーザビームに対する臨界密度面(電磁波がこれ以上進入できない面)(iv)が形成される。
As a result of intensive studies, the inventors generate an ablation plasma jet with good directivity when the surface of the target is arranged at a position shifted from the condensing point of the energy beam (for example, laser beam) to the incident side of the energy beam. I found that I can do it.
Thereby, it is possible to send the plasma to a position farther than in the past while maintaining a high density.
If the surface of the target is disposed at a position shifted to the incident side from the condensing point of the energy beam, it is considered that the plasma having good directivity is generated for the following reason.
This will be described with reference to FIG.
In general, when the target is irradiated with a laser beam (ii) having an intensity exceeding a certain threshold value, ablation plasma (iii) is ejected in the normal direction of the target surface (i).
At that time, a plasma (iii) having a high density gradient exists in the vicinity of the target surface 1 irradiated with the laser beam, and a critical density surface (electromagnetic wave is generated in the plasma (iii) with respect to the irradiated laser beam. Surface (iv) that cannot enter any more is formed.

上記したように、集光点より入射側にずれた位置にターゲットの表面(i) を配置し、レーザビーム(ii)を照射すると凹面形状(椀型形状)の臨界密度面(iv)をもつプラズマ(iii) がターゲット表面(i) 近傍に形成される。
凹面形状の臨界密度面(iv)が形成された後も、レーザ照射は継続しており,レーザ照射によるエネルギーは、臨界密度面(iv)近傍のプラズマ(iii) に吸収する。そのため、プラズマジェット(v) は、この凹面形状の臨界密度面(iv)を形成するプラズマ(iii) の表面付近からが発生するようになる。
プラズマジェット(v) は、凹面状の臨界密度表面に垂直方向に発生するために集束される。
プラズマは、この凹面により集束されながら移動するので、指向性がよくかつ高い密度を保ちながら、遠くまで輸送される。なお、集束距離は椀型形状プラズマの曲率半径に依存する。
ターゲットの表面(i) を、レーザビーム(ii)の集光点位置や、集光点より後ろにずれた位置に配置した場合、ターゲットの照射表面近傍に生じるプラズマの臨界密度面の形状は、凹面(椀型)にはならない。そのため、ターゲットの表面をレーザビームの集光点より入射側にずれた位置に配置した場合ほどには指向性のよいプラズマが得られない。
As described above, when the surface (i) of the target is placed at a position shifted to the incident side from the condensing point and irradiated with the laser beam (ii), it has a concave-shaped (saddle-shaped) critical density surface (iv). Plasma (iii) is formed near the target surface (i).
Laser irradiation continues even after the concave critical density surface (iv) is formed, and the energy by the laser irradiation is absorbed by the plasma (iii) in the vicinity of the critical density surface (iv). Therefore, the plasma jet (v) is generated from the vicinity of the surface of the plasma (iii) forming the concave critical density surface (iv).
The plasma jet (v) is focused for generation in a direction perpendicular to the concave critical density surface.
Since the plasma moves while being focused by the concave surface, the plasma is transported far while maintaining high directivity and high density. The focusing distance depends on the radius of curvature of the saddle-shaped plasma.
When the target surface (i) is placed at the focal point of the laser beam (ii) or at a position shifted behind the focal point, the shape of the critical density surface of the plasma generated near the irradiation surface of the target is It will not be concave. For this reason, plasma having a higher directivity cannot be obtained as much as the case where the surface of the target is arranged at a position shifted to the incident side from the condensing point of the laser beam.

以上に基づき、本発明は前記課題を次のように解決する。
(1)電界が印加される領域外に配置されたプラズマターゲットに対して集光したエネルギービームを照射してプラズマを発生させ、発生したプラズマを上記電界が印加される領域に送り込むプラズマ発生方法において、プラズマターゲットの表面を、照射するエネルギービームの集光点より入射側にずれた位置とする。
(2)対向して配置された一対の放電電極と、上記放電電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段と、上記放電電極による放電領域外に配置された極端紫外光放射種と、上記極端紫外光放射種に対し集光したエネルギービームを照射してプラズマを発生させ、電圧が印加された上記一対の放電電極間で放電を開始させるエネルギービーム照射手段とを備えた極端紫外光光源装置において、上記極端紫外光放射種の表面を、上記エネルギービームの集光点より入射側にずれた位置に配置する。
Based on the above, the present invention solves the above problems as follows.
(1) In a plasma generation method in which a plasma target is generated by irradiating a focused energy beam to a plasma target disposed outside a region to which an electric field is applied, and the generated plasma is sent to the region to which the electric field is applied. The surface of the plasma target is shifted to the incident side from the condensing point of the irradiated energy beam.
(2) A pair of discharge electrodes arranged opposite to each other, pulse power supply means for supplying pulse power to the discharge electrodes, extreme ultraviolet light radiation species arranged outside a discharge region by the discharge electrodes, and the extreme In an extreme ultraviolet light source device comprising an energy beam irradiation means for irradiating a focused energy beam to an ultraviolet light radiation species to generate plasma and starting discharge between the pair of discharge electrodes to which a voltage is applied The surface of the extreme ultraviolet light radiation species is disposed at a position shifted to the incident side from the condensing point of the energy beam.

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
(1)プラズマターゲットの表面を、照射するエネルギービームの集光点より入射側にずれた位置としたので、エネルギービーム(レーザビーム)によって発生させたプラズマを、従来よりも遠い領域にまで、高い密度を維持した状態で送ることができる。
このため、発生したプラズマを電界が印加される領域に送りこんで、効果的に利用することができる。
(2)放電領域外に配置された極端紫外光放射種にエネルギービームを照射してプラズマを発生させ、該プラズマを放電領域に送り込んで極端紫外光を発生させる極端紫外光光源装置において、上記極端紫外光放射種の表面を、上記エネルギービームの集光点より入射側にずれた位置に配置しているので、発生したプラズマを、高い密度を維持した状態で放電領域に送りこむことができ、効果的に極端紫外光を生成することができる。
In the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Since the surface of the plasma target is shifted to the incident side from the focal point of the energy beam to be irradiated, the plasma generated by the energy beam (laser beam) is high up to a region farther than before. It can be sent while maintaining the density.
For this reason, the generated plasma can be sent to a region to which an electric field is applied and effectively used.
(2) In an extreme ultraviolet light source device that generates an extreme ultraviolet light by irradiating an extreme ultraviolet light radiation species arranged outside the discharge region to generate an energy beam and sending the plasma into the discharge region. Since the surface of the ultraviolet light radiation species is placed at a position shifted from the condensing point of the energy beam to the incident side, the generated plasma can be sent to the discharge region while maintaining a high density. In particular, extreme ultraviolet light can be generated.

本発明の実施例のプラズマ生成装置のターゲットチャンバーの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the target chamber of the plasma production apparatus of the Example of this invention. ターゲットの表面をエネルギービームの集光点より入射側にずれた位置とすることにより、指向性のよいプラズマが発生する理由を説明する図である。It is a figure explaining the reason why the plasma with good directivity is generated by setting the surface of the target to a position shifted to the incident side from the condensing point of the energy beam. 本発明の実験例を説明する図である。It is a figure explaining the experiment example of this invention. 実験結果であるプラズマの形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the plasma which is an experimental result. 本発明の実施例のEUV光源装置の基本構成例を示す図である。It is a figure which shows the basic structural example of the EUV light source device of the Example of this invention. 従来のプラズマ生成装置の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the conventional plasma generator. 図6のターゲットチャンバーを示す図である。It is a figure which shows the target chamber of FIG.

図1は、本発明の実施例のプラズマ生成装置のターゲットチャンバーの構成例を示す図であり、基本的な構成は、図6に示したものと同様である。
すなわち、プラズマ生成装置は、前記図6に示したように、ターゲットチャンバー11と高周波(RFQ)発生器20とから構成される。
ターゲットチャンバー11の内部には、図1に示すように、ターゲット支持体12により支持されたターゲット13(例えば炭素)およびレーザビームを反射して集光する集光ミラー14が置かれる。ターゲットチャンバー11内は、排気装置(不図示)により真空にされている。
タ一ゲットチャンバー11にはレーザビームが通過する窓15が形成されており、ターゲットチャンバー11の外からレーザビームが照射される。
照射されたレーザビームは、レーザ通過窓15を通過し、集光ミラー14により反射されて、ターゲット13に集光照射されるが、本実施例では、従来例で示した図7に比べて、ターゲット13(炭素)の表面が、レーザビームの集光点よりも入射側にずらして配置されている。このため、前記図2で説明したように、プラズマは、指向性がよくかつ高い密度を保ちながら、遠くまで輸送される。
プラズマが広がる方向には、電解が印加される領域である加速領域(加速空洞)21が形成されており、発生した炭素プラズマは、高い密度を保ったままアイソレータ22のスリット23を介してこの加速空洞21に入射し、加速空洞21内において加速され、加速空洞21から出射する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a target chamber of a plasma generation apparatus according to an embodiment of the present invention, and the basic configuration is the same as that shown in FIG.
That is, the plasma generating apparatus is configured by the target chamber 11 and the high frequency (RFQ) generator 20 as shown in FIG.
As shown in FIG. 1, a target 13 (for example, carbon) supported by a target support 12 and a condensing mirror 14 for reflecting and condensing a laser beam are placed inside the target chamber 11. The target chamber 11 is evacuated by an exhaust device (not shown).
A window 15 through which the laser beam passes is formed in the target chamber 11, and the laser beam is irradiated from outside the target chamber 11.
The irradiated laser beam passes through the laser passing window 15, is reflected by the condensing mirror 14, and is condensed and irradiated onto the target 13. In this embodiment, compared with FIG. 7 shown in the conventional example, The surface of the target 13 (carbon) is arranged so as to be shifted to the incident side from the condensing point of the laser beam. Therefore, as described with reference to FIG. 2, the plasma is transported far away with good directivity and high density.
An acceleration region (acceleration cavity) 21 which is a region to which electrolysis is applied is formed in the direction in which the plasma spreads, and the generated carbon plasma is accelerated through the slit 23 of the isolator 22 while maintaining a high density. The light enters the cavity 21, is accelerated in the acceleration cavity 21, and exits from the acceleration cavity 21.

図3は、本発明の実験例を説明する図である。この実験においては、図3に示すように、レーザ源30から出射する波長(λ)532nm(1.06μmのYAGレーザビームの2倍波)、パルスエネルギー60mJ、パルス幅10ns、直径(D)10mmのレーザビームを、焦点距離fが600mmのレンズ31で100μmに集光した。
そして、厚さ(t)3mmの錫(Sn)のプレート33に対して、図3(a)(b)(c)に示すように、その表面をレーザビームの集光点およびその前後に配置して、CCDカメラ32により発生するプラズマの形状を撮像した。
図4(a)は、錫プレート33の表面をレーザビームの集光点の手前7mmの位置に配置した場合、図4(b)は、集光点に配置した場合、図4(c)は、集光点の7mm後に配置した場合のプラズマの形状である。
なお、レーザビームは、各図の上側から照射されており同図では点線で示している。また、図のハッチングを付した部分が発生したプラズマの密度の高い部分である。
錫プレ一トの表面を集光点の手前に配置した(a)の場合、レーザビーム照射によって発生するプラズマは、レーザビームが照射される方向(図面上側)に向かって収束し、プラズマの密度が高い部分が長く伸びている。したがって、気化したターゲット物質を、高い密度を維持した状態で遠くの領域にまで供給することができる。
これに対して、錫プレート33の表面を集光点に配置した(b)の場合や、集光点の後に配置した(c)の場合は、プラズマの密度の高い部分は丸い形をしており、気化したターゲット物質を、高い密度を維持した状態で遠くまで供給することができない。
FIG. 3 is a diagram for explaining an experimental example of the present invention. In this experiment, as shown in FIG. 3, the wavelength (λ) emitted from the laser source 30 is 532 nm (twice the 1.06 μm YAG laser beam), the pulse energy is 60 mJ, the pulse width is 10 ns, and the diameter (D) is 10 mm. Was focused to 100 μm by a lens 31 having a focal length f of 600 mm.
Then, with respect to a tin (Sn) plate 33 having a thickness (t) of 3 mm, as shown in FIGS. 3 (a), (b) and (c), the surface thereof is arranged at the condensing point of the laser beam and at the front and rear thereof. The shape of the plasma generated by the CCD camera 32 was imaged.
4A shows a case where the surface of the tin plate 33 is arranged at a position 7 mm before the condensing point of the laser beam, FIG. 4B shows a case where the surface is arranged at the condensing point, and FIG. The shape of the plasma when placed 7 mm after the focal point.
The laser beam is irradiated from the upper side of each figure, and is indicated by a dotted line in the figure. Further, the hatched portion in the figure is a portion where the density of the generated plasma is high.
In the case of (a) in which the surface of the tin plate is disposed in front of the condensing point, the plasma generated by the laser beam irradiation converges in the direction of irradiation with the laser beam (upper side of the drawing), and the plasma density The high part is long. Therefore, the vaporized target material can be supplied to a far region while maintaining a high density.
On the other hand, in the case of (b) where the surface of the tin plate 33 is arranged at the condensing point, or in the case of (c) arranged after the condensing point, the high plasma density portion has a round shape. Therefore, the vaporized target material cannot be supplied far away while maintaining a high density.

ターゲットにレーザビームを照射しプラズマを発生させる(気化させる)場合、レーザビームのパワー密度が最も高くなる位置は集光点である。そのため、今までは、レーザビームの集光点にターゲットの表面を配置するのが常識であり、ここに置けば最も効率よくプラズマを生成できると考えていた。
しかし、プラズマを利用する装置においては、プラズマを発生させることはいわば手段であり、最終的な目的のためには、生じたプラズマを密度が高い状態で次の工程(ステージ)、すなわち電界が印加される領域である加速領域あるいは放電領域、に輸送することが重要である。発明者らはこの点に着目し本発明に至った。
本発明を前記図1に示したプラズマ生成装置に適用することにより、加速領域に炭素プラズマを高い密度の状態で供給することができ、効果的にイオンビームを発生させることができる。
When the target is irradiated with a laser beam to generate plasma (vaporize), the position where the power density of the laser beam is the highest is the focal point. For this reason, until now, it has been common knowledge to place the surface of the target at the condensing point of the laser beam, and it has been thought that plasma can be generated most efficiently if placed here.
However, in an apparatus using plasma, it is a means to generate plasma. For the final purpose, the generated plasma is applied to the next process (stage) in a high density state, that is, an electric field is applied. It is important to transport to an acceleration region or a discharge region, which is a region to be generated. The inventors focused on this point and reached the present invention.
By applying the present invention to the plasma generation apparatus shown in FIG. 1, carbon plasma can be supplied to the acceleration region in a high density state, and an ion beam can be generated effectively.

上記プラズマ発生方法は、極端紫外光光源装置(以下EUV光源装置)にも適用することができ、以下本発明を極端紫外光光源装置へ適用した場合について説明する。
図5に、本発明の実施例のEUV光源装置の基本構成例を示す。
同図において、放電容器であるチャンバー1の内部に、第1の電極2aおよび第2の電極2bが設置されている。第1の電極2aはカソードであり、第2の電極2bはアノードであって、第2の電極2bは接地される。すなわち、両電極間には、負極性の高電圧が印加される。
両電極2a,2bには、パルス電力供給手段3が接続される。パルス電力供給手段3は、両電極間にパルス幅の長い電流を流すために、例えば、PFN(Pulse Forming Network)回路方式が採用される。
電極2a,2b間にプラズマ原料が送り込まれ,電極2a,2b間に高電圧が印加されると電極間には放電が発生する。この放電が発生する領域を放電領域と呼ぶ。なお、放電は電界が印加されることにより生じるものであり、放電領域は、すなわち、電界印加領域に相当する。
The plasma generation method can also be applied to an extreme ultraviolet light source device (hereinafter referred to as EUV light source device), and the case where the present invention is applied to an extreme ultraviolet light source device will be described below.
FIG. 5 shows a basic configuration example of the EUV light source apparatus according to the embodiment of the present invention.
In the figure, a first electrode 2a and a second electrode 2b are installed inside a chamber 1 which is a discharge vessel. The first electrode 2a is a cathode, the second electrode 2b is an anode, and the second electrode 2b is grounded. That is, a negative high voltage is applied between both electrodes.
A pulse power supply means 3 is connected to both the electrodes 2a and 2b. The pulse power supply means 3 employs, for example, a PFN (Pulse Forming Network) circuit system in order to flow a current having a long pulse width between both electrodes.
When a plasma raw material is fed between the electrodes 2a and 2b and a high voltage is applied between the electrodes 2a and 2b, a discharge is generated between the electrodes. A region where this discharge occurs is called a discharge region. The discharge is generated by applying an electric field, and the discharge region corresponds to the electric field application region.

上記した一対の電極2a,2bの近傍ではあるが放電領域外に、高温プラズマ原料8が設置される。高温プラズマ原料8としては、例えば、スズ(Sn)、リチウム(Li)等の金属が用いられる。これらは、固体であっても液体であってもよい。前記図2では、高温プラズマ原料8が固体金属である例を模式的に示している。
高温プラズマ原料8を気化させた低温プラズマを生成するために、レーザ源7が用いられる。レーザ源7から放出されるレーザビームL1は、集光レンズ6で集光されてチャンバ1内部に導光され、固体もしくは液体の高温プラズマ原料8に照射される。
レーザビームの照射エネルギーは、固体または液体状の高温プラズマ原料を気化させるが、電子温度をあまり上昇させない程度のエネルギーであり、例えば105 W/cm2 〜1016W/cm2 の範囲である。
Although near the pair of electrodes 2a and 2b, the high temperature plasma raw material 8 is installed outside the discharge region. For example, a metal such as tin (Sn) or lithium (Li) is used as the high temperature plasma raw material 8. These may be solid or liquid. FIG. 2 schematically shows an example in which the high-temperature plasma raw material 8 is a solid metal.
A laser source 7 is used to generate a low temperature plasma obtained by vaporizing the high temperature plasma raw material 8. The laser beam L1 emitted from the laser source 7 is condensed by the condenser lens 6, guided into the chamber 1, and irradiated onto the solid or liquid high-temperature plasma raw material 8.
The irradiation energy of the laser beam vaporizes the solid or liquid high-temperature plasma raw material but does not increase the electron temperature so much, for example, in the range of 10 5 W / cm 2 to 10 16 W / cm 2. .

高温プラズマ原料8にレーザビームが照射されると、高温プラズマ原料8の少なくとも一部が気化し、低温プラズマガス8’となって噴出する。照射するレーザビームの条件を適宜設定することにより、例えば、固体状の高温プラズマ原料8から10μs程度の期間、連続的に気化した高温プラズマ原料(低温プラズマガス8’)が噴出され、第1の電極2aと第2の電極2bの間の放電領域に送られる。
放電領域に送られた低温プラズマガス8’は、パルス電力供給手段3から供給された電力によって第1の電極2aと第2の電極2bの間で発生する放電により、その電子温度が上昇(20〜30eV)して高温プラズマとなり,この高温プラズマからEUV光が放射される。放射されたEUV光は、EUV集光鏡4により反射されて集光され、EUV取出し部5より図示しない照射部に出射される。
When the high temperature plasma raw material 8 is irradiated with the laser beam, at least a part of the high temperature plasma raw material 8 is vaporized and ejected as a low temperature plasma gas 8 ′. By appropriately setting the conditions of the laser beam to be irradiated, for example, the high-temperature plasma raw material (low-temperature plasma gas 8 ′) continuously vaporized from the solid high-temperature plasma raw material 8 for a period of about 10 μs is ejected. It is sent to the discharge region between the electrode 2a and the second electrode 2b.
The electron temperature of the low-temperature plasma gas 8 ′ sent to the discharge region rises due to the discharge generated between the first electrode 2 a and the second electrode 2 b by the power supplied from the pulse power supply means 3 (20 ˜30 eV) to form high temperature plasma, and EUV light is emitted from this high temperature plasma. The emitted EUV light is reflected and collected by the EUV collector mirror 4 and emitted from the EUV extraction unit 5 to an irradiation unit (not shown).

放電領域に送られる低温プラズマのガスは、プラズマ内のイオン密度が所定の範囲、例えば、1017〜1020cm-3程度でないと、効率よくEUV光を放射する高温プラズマが生成されにくい。したがって、高温プラズマ原料8を気化させて生成した低温プラズマは、所望のイオン密度範囲で放電領域に供給されなければならない。
高温プラズマ原料8を放電領域外に配置しているのは、放電領域内に配置すると、次に示すような問題が生じることが考えられるからである。
(1)放電電極は、放電の進展に伴う駆動電流により温度が上昇する。高温プラズマ原料8が電極に近い位置に配置されていると、高温になった電極からの輻射熱により、高温プラズマ原料8が気化し、プラズマガスのイオン密度が変化する。放電領域に供給するプラズマガスを所望のイオン密度範囲に制御することが困難になる。
(2)さらに、放電領域で発生する高温プラズマからの輻射熱によっても、高温プラズマ原料8が気化するので、ますますプラズマガスのイオン密度を制御することが困難になる。
If the ion density in the plasma is not within a predetermined range, for example, about 10 17 to 10 20 cm −3 , the high temperature plasma that efficiently emits EUV light is not easily generated. Therefore, the low temperature plasma generated by vaporizing the high temperature plasma raw material 8 must be supplied to the discharge region in a desired ion density range.
The reason why the high-temperature plasma raw material 8 is disposed outside the discharge region is that the following problems may occur when the high-temperature plasma raw material 8 is disposed within the discharge region.
(1) The temperature of the discharge electrode rises due to the drive current accompanying the progress of discharge. When the high temperature plasma raw material 8 is disposed at a position close to the electrode, the high temperature plasma raw material 8 is vaporized by the radiant heat from the electrode that has become high temperature, and the ion density of the plasma gas changes. It becomes difficult to control the plasma gas supplied to the discharge region within a desired ion density range.
(2) Furthermore, since the high temperature plasma raw material 8 is vaporized also by radiant heat from the high temperature plasma generated in the discharge region, it becomes more difficult to control the ion density of the plasma gas.

そのため、本実施例においては、高温プラズマ原料8は放電領域(放電電極間)から、ある程度、例えば1mm以上離して配置している。そこで、レーザビームによって生成した原料8による低温プラズマを、1mm以上離れた位置にある放電領域にまで、高い密度を保った状態で送ることができるように、本発明の技術を利用する。
すなわち、高温プラズマ原料8の表面を、高温プラズマ原料8を気化させるために照射するレーザビームの集光点の位置よりも、レーザビームの入射側にずらして配置する。
このように構成することで、高温プラズマ原料8が放電領域から1mm以上離れていても、レーザ照射により発生した原料8による低温プラズマを、高い密度を保った状態で放電領域(電極間)にまで送ることができ、効率よくEUV光を放射する高温プラズマを得ることができる。
Therefore, in this embodiment, the high temperature plasma raw material 8 is arranged at a certain distance, for example, 1 mm or more from the discharge region (between the discharge electrodes). Therefore, the technology of the present invention is used so that low temperature plasma generated by the raw material 8 generated by the laser beam can be sent to the discharge region located at a distance of 1 mm or more while maintaining a high density.
That is, the surface of the high-temperature plasma raw material 8 is arranged so as to be shifted to the incident side of the laser beam from the position of the condensing point of the laser beam irradiated for vaporizing the high-temperature plasma raw material 8.
By configuring in this way, even if the high temperature plasma raw material 8 is separated from the discharge region by 1 mm or more, the low temperature plasma generated by the raw material 8 generated by laser irradiation reaches the discharge region (between the electrodes) while maintaining a high density. It is possible to obtain a high-temperature plasma that can be sent and efficiently emit EUV light.

1 チャンバー
2a 第1の電極
2b 第2の電極
3 パルス電力供給手段
4 EUV集光鏡
5 EUV光取出部
6 集光レンズ
7 レーザ源
8 高温プラズマ原料
8’ 低温プラズマガス
11 ターゲットチャンバー
12 ターゲット支持体
13 ターゲット
14 集光ミラー
15 レーザビームが通過する窓
20 高周波(RFQ)発生器
21 加速空洞(加速領域)
22 アイソレータ
23 スリット
30 レーザ源
31 レンズ
32 CCDカメラ
33 錫(Sn)プレート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2a 1st electrode 2b 2nd electrode 3 Pulse power supply means 4 EUV condensing mirror 5 EUV light extraction part 6 Condensing lens 7 Laser source 8 High temperature plasma raw material 8 'Low temperature plasma gas 11 Target chamber 12 Target support body 13 Target 14 Condensing mirror 15 Window through which laser beam passes 20 High frequency (RFQ) generator 21 Acceleration cavity (acceleration region)
22 Isolator 23 Slit 30 Laser source 31 Lens 32 CCD camera 33 Tin (Sn) plate

Claims (2)

電界が印加される領域外に配置されたプラズマターゲットに対して集光したエネルギービームを照射してプラズマを発生させ、発生したプラズマを上記電界が印加される領域に送り込むプラズマ発生方法において、
プラズマターゲットの表面が、照射するエネルギービームの集光点より入射側にずれた位置である
ことを特徴とするプラズマ発生方法。
In a plasma generation method of generating plasma by irradiating a focused energy beam to a plasma target disposed outside a region to which an electric field is applied, and sending the generated plasma to a region to which the electric field is applied,
A plasma generation method, wherein the surface of the plasma target is at a position shifted from the condensing point of the irradiated energy beam toward the incident side.
対向して配置された一対の放電電極と、上記放電電極にパルス電力を供給するパルス電力供給手段と、上記放電電極による放電領域外に配置された極端紫外光放射種と、上記極端紫外光放射種に対し集光したエネルギービームを照射してプラズマを発生させ、電圧が印加された上記一対の放電電極間で放電を開始させるエネルギービーム照射手段とを備えた極端紫外光光源装置において、
上記極端紫外光放射種の表面は、上記エネルギービームの集光点より入射側にずれた位置に配置される
ことを特徴とする極端紫外光光源装置。
A pair of discharge electrodes arranged opposite to each other, pulse power supply means for supplying pulse power to the discharge electrodes, an extreme ultraviolet light radiation species disposed outside a discharge region by the discharge electrodes, and the extreme ultraviolet light radiation In an extreme ultraviolet light source device comprising energy beam irradiation means for irradiating a condensed energy beam to a seed to generate plasma and starting discharge between the pair of discharge electrodes to which a voltage is applied,
The extreme ultraviolet light source device, wherein the surface of the extreme ultraviolet light emitting species is disposed at a position shifted to the incident side from the condensing point of the energy beam.
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