JP2017528764A - 極紫外（ｅｕｖ）線源 - Google Patents

Abstract

【課題】 極紫外（ＥＵＶ）線源及びＥＵＶ線を発生させるための装置を提供する。【解決手段】 極紫外（ＥＵＶ）線源ペレット（８）は、希ガスシェルクラスタ（１０）内に収容された重質希ガスクラスタ（２０）内に埋め込まれた少なくとも１つの金属粒子（３０）を含む。ＥＵＶ線源組立体は、少なくとも１つの第１のレーザパルス及び少なくとも１つの第２のレーザパルスの逐次的な照射によって活性化することができる。各第１のレーザパルスは、少なくとも１つの金属粒子（３０）から外軌道電子を解離し、これら電子を重質希ガスクラスタ（２０）内に解放することによって、プラズマを発生させる。各第２のレーザパルスは、重質希ガスクラスタ（２０）内に埋め込まれたプラズマを増幅してレーザ駆動自己増幅プロセスをトリガする。増幅されたプラズマは、重質希ガス及び他の構成原子内で軌道間電子遷移を誘導してＥＵＶ線の放出をもたらす。該レーザパルシング・ユニットを線源ペレット発生ユニットと組み合わせて統合ＥＵＶ源システムを形成することができる。【選択図】 図４

Description

本発明の実施形態は、極紫外（ＥＵＶ）線源及びＥＵＶ線を発生させるための装置に関する。

極紫外（ＥＵＶ）技術は、極紫外（ＥＵＶ）波長を用いたリソグラフィ技術を指す。現在のＥＵＶ技術は、約１３．５ｎｍの波長を有する狭帯域電磁放射線の発生に集中している。あるいは、ＥＵＶ線は、ｘ線帯域と紫外線帯域との間に入るので軟ｘ線と呼ばれることがある。軌道間原子及び分子発光は、このような電磁放射線の潜在的な発生源である。

理論的には、線源ターゲットは、固体、液体小滴、又は気体とすることができる。既知のＥＵＶ源型式として、放電生成プラズマ（ＤＰＰ）システム、レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）システム、及びシンクロトロン源システムが挙げられる。これらのシステムの中でもとりわけＬＰＰ系は高強度のＥＵＶ線を与えることが知られており、現在、広範な研究活動の対象となっている。

本発明は、極紫外（ＥＵＶ）線源及びＥＵＶ線を発生させるための装置を提供する。

極紫外（ＥＵＶ）線源ペレットは、希ガスシェルクラスタ内に収容された重質希ガス（ｈｅａｖｙ ｎｏｂｌｅ ｇａｓ）クラスタ内に埋め込まれた少なくとも１つの金属粒子を含む。このＥＵＶ線源組立体は、少なくとも１つの第１のレーザパルス及び少なくとも１つの第２のレーザパルスの逐次的な照射によって活性化することができる。各第１のレーザパルスは、少なくとも１つの金属粒子から外軌道電子を解離し、これら電子を重質希ガスクラスタ内に解放することによって、プラズマを発生させる。各第２のレーザパルスは、重質希ガスクラスタ内に埋め込まれたプラズマを増幅してレーザ駆動自己増幅プロセスをトリガし、ここで、より大きいプラズマエネルギーはより多くの自由電子を誘導し、逆もまた同様である。増幅されたプラズマは、重質希ガス及び他の構成原子内で軌道間電子遷移を誘導してＥＵＶ線の放出をもたらす。このレーザパルシング・ユニットを線源ペレット発生ユニットと組み合わせて統合ＥＵＶ源システムを形成することができる。

本開示の態様によれば、極紫外（ＥＵＶ）線を発生するための装置が提供される。該装置は、ＥＵＶ線ペレットを発生するように構成された極紫外（ＥＵＶ）線源ペレット発生器を含む。各ＥＵＶ線ペレットは、少なくとも１つの金属粒子を含み、これは金属元素の原子又は金属元素の複数の原子の凝集体であり、重質希ガスクラスタは、該少なくとも１つの金属粒子を埋め込み、希ガスシェルクラスタは、この重質希ガスクラスタを埋め込む。希ガスクラスタは、Ｈｅ、Ｎｅ及びＡｒから選択された軽質希ガス（ｌｉｇｈｔ ｎｏｂｌｅ ｇａｓ）原子の固相又は液相凝集体である。装置は、少なくとも１つの照射源をさらに含む。各照射源は、ＥＵＶ線ペレットの経路に向かってレーザビームを照射するように構成される。

本開示の別の態様によれば、極紫外（ＥＵＶ）線源ペレットが提供され、これは少なくとも１つの金属粒子と、少なくとも１つの金属粒子を埋め込んだ重質希ガスクラスタと、重質希ガスクラスタを埋め込み、かつＨｅ、Ｎｅ及びＡｒから選択された軽質希ガスのクラスタを収容した、希ガスシェルクラスタとを含む。

本発明の態様は、二重レーザパルスによって活性化される極紫外（ＥＵＶ）線源、並びにこれを発生させ活性化することによってＥＵＶ線を発生させるための装置に関する。

ここで添付図面を参照して本発明の実施形態を単なる例示のために説明する。

本開示の実施形態による第１の例示的な極紫外（ＥＵＶ）源ペレットの模式図である。 本開示の実施形態による第２の例示的な極紫外（ＥＵＶ）源ペレットの模式図である。 本開示の実施形態による第３の例示的な極紫外（ＥＵＶ）源ペレットの模式図である。 本開示の第１の実施形態によるＥＵＶ線を発生させるための第１の例示的な装置の模式図である。 本開示の実施形態による第１のレーザビームによる照射後の例示的なＥＵＶ線源ペレットの模式図である。 本開示の実施形態による第２のレーザビームによる照射後の例示的なＥＵＶ線源ペレットの模式図である。 本開示の第２の実施形態によるＥＵＶを発生させるための第２の例示的な装置の模式図である

上述のように、本開示は、二重レーザパルスによって活性化される極紫外（ＥＵＶ）線源、並びにこれを発生させ及び活性化することによってＥＵＶ線を発生させるための装置に関する。本開示の態様をここで添付図面と共に詳細に説明する。図面全体を通じて、同じ参照番号又は符号は、同様の又は均等な要素を示すために用いられる。図面は必ずしも縮尺通りには描かれていない。

図１、図２、及び図３参照すると、例示的な極紫外（ＥＵＶ）線ペレット８が模式的に描かれている。図１は、第１の例示的なＥＵＶ線源ペレット８の模式図であり、図２は第２の例示的なＥＵＶ線源８の模式図であり、図３は、第３の例示的なＥＵＶ線源ペレット８の模式図である。本明細書で用いる場合、「ペレット」は、少なくとも２つの成分材料を含み、最大寸法が１００μｍを超えない球形又は非球形の複合粒子を指す。

各々の例示的ＥＵＶ線源ペレット８は、希ガスシェルクラスタ１０を含む。本明細書で用いる場合、「クラスタ」は、物理的に隣接した原子又は分子の集合を指す。本明細書で用いられる場合、「シェルクラスタ」は、シェル構造のクラスタを指し、これは内部に物体を埋め込んで該物体がシェルクラスタの外部の他の要素から該シェルクラスタによって物理的に分離されるようになっている。本明細書において、「希ガスシェルクラスタ」は、少なくとも１つの軽質希ガスから本質的に成るシェルクラスタを指す。従って、希ガスシェルクラスタ１０の組成は、少なくとも１つの希ガスから成るものとすることができ、又は少なくとも１つの軽質希ガスと微量レベルの不純物原子とから成るものとすることができる。微量レベルの不純物原子は、存在する場合、当該分野で知られた不純物レベルを超えず、例えば１０ｐ．ｐ．ｍ未満、好ましくは１ｐ．ｐ．ｍ未満である。本明細書で用いる場合、軽質希ガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、及びＡｒのいずれか１つを指す。

１つの実施形態において、希ガスシェルクラスタ１０は、Ｈｅ、Ｎｅ、及びＡｒから選択された単一の希ガスから本質的に成るものとすることができる。１つの実施形態において、希ガスシェルクラスタ１０中の軽質希ガスの原子の総数は、１０^４乃至１０^１６の範囲内とすることができるが、それより少数又は多数の軽質希ガス原子が希ガスシェルクラスタ１０内に存在してもよい。別の実施形態において、希ガスシェルクラスタ１０内の軽質希ガスの原子の総数は、１０^１０乃至１０^１５の範囲内とすることができる。

各々の例示的なＥＵＶ線源ペレット８は、希ガスシェルクラスタ１０内に埋め込まれた重質希ガスクラスタ２０をさらに含む。本明細書で用いる場合、「重質希ガス」は、Ｘｅ、Ｋｒ、及びＲｎのいずれかを指す。１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ線の発生にはＸｅ原子が適しているが、Ｋｒ又はＲｎのような他の重質希ガスもまた別の選択肢として使用することができる。１つの実施形態において、重質希ガスはキセノンである。重質希ガスクラスタ２０の組成は、重質希ガス原子、又は重質希ガス原子と微量レベルの不純物原子との組合せから成るものとすることができる。微量レベルの不純物原子は、存在する場合、当該分野で知られた不純物レベルを超えず、例えば１０ｐ．ｐ．ｍ未満、好ましくは１ｐ．ｐ．ｍ未満である。

重質希ガスクラスタ２０の最大寸法は、希ガスシェルクラスタ１０の最大寸法より小さい。重質希ガス原子の付着力が希ガスシェルクラスタ１０内の軽質希ガス原子よりも本質的に強いことに起因して重質希ガスクラスタ２０はより高密度を維持するので、重質希ガスクラスタ２０は、希ガスシェルクラスタ１０のほぼ幾何学的中心に位置することになる。重質希ガス原子はクラスタの中心に向かって拡散して重質希ガス中心凝集体を形成するのに十分な時間を有することがさらに注目される。シェルクラスタ１０内での重質希ガスの拡散速度は、クラスタの希ガスに依存する。より軽質の希ガスを選択すると、シェルクラスタ１０内での重質希ガスの拡散はより速くなる。従って、Ｈｅに基づくシェルクラスタ１０が好ましい。

１つの実施形態において、希ガスシェルクラスタ１０内の軽質希ガスの原子の総数は、重質希ガスクラスタ内の重質希ガス原子の総数よりも少なくとも２倍多いものとすることができる。別の実施形態において、希ガスシェルクラスタ１０内の軽質希ガスの原子の総数は、重質希ガスクラスタ内の重質希ガス原子の総数よりも少なくとも１００倍多いものとすることができる。さらに別の実施形態において、重質希ガスクラスタ２０内の重質希ガス原子の総数は、１０^３乃至１０^１５の範囲内にあるものとすることができる。

各々の例示的なＥＵＶ線源ペレット８は、少なくとも１つの金属粒子３０をさらに含む。少なくとも１つの金属粒子３０は、重質希ガスクラスタ２０内に埋め込まれる。１つの実施形態において、複数の金属粒子３０を重質希ガスクラスタ２０内に埋め込むことができる。１つの実施形態において、複数の金属粒子３０は、図１に示す第１の例示的なＥＵＶ線源ペレット８の場合のように金属粒子３０のクラスタとして存在することができる。この場合、複数の金属粒子３０は、金属粒子３０同士が互いに物理的に接触したクラスタの構成にあるものとすることができる。別の実施形態において、複数の金属粒子３０は、図２に示す第２の例示的なＥＵＶ線源ペレット８の場合のように、重質希ガスクラスタ２０内で散乱した互いに接触しない分散した金属粒子３０として存在することができる。さらに別の実施形態において、複数の金属粒子３０は、図３に示すように、重質希ガスクラスタ２０と外側シェル１０との界面で散乱した、分散した金属粒子３０として存在することができる。

各金属粒子３０は、金属元素の単原子粒子とすることができ、又は金属元素の複数の原子を含むナノ粒子を含むことができる。本明細書で用いる場合、ナノ粒子は、１００ｎｍを超えない最大寸法を有する粒子を指す。金属粒子中の原子の数は、例えば、１乃至１００の範囲内とすることができる。重質希ガスクラスタ２０内の重質希ガス原子の総数は、全金属粒子３０中の原子の総数よりも少なくとも１０倍多いものとすることができる。１つの実施形態において、重質希ガスクラスタ２０内の重質希ガス原子の総数は、全金属粒子３０中の原子の総数よりも少なくとも百倍多いものとすることができる。別の実施形態において、重質希ガスクラスタ２０内の重質希ガス原子の総数は、全金属粒子３０中の原子の総数よりも少なくとも千倍多いものとすることができる。

金属粒子３０内の金属元素は、レーザビームの照射下で励起されてプラズマを発生することができるいずれかの金属原子とすることができる。金属粒子３０内の金属元素は、遷移金属元素、ランタノイド元素、アクチノイド元素、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、又はＢｉとすることができる。１つの実施形態において、金属元素は、スズ（Ｓｎ）とすることができる。

図４を参照すると、本開示の第１の実施形態によるＥＵＶ線を発生させるための第１の例示的な装置は、ＥＵＶ線ペレット８を発生させるように構成された極紫外（ＥＵＶ）線源ペレット発生器（５０、６０、７０）を含む。各ＥＵＶ線ペレット８は、少なくとも１つの金属粒子３０と、少なくとも１つの金属粒子３０を埋め込んだ重質希ガスクラスタ２０と、重質希ガスクラスタ２０を埋め込み、かつＨｅ、Ｎｅ、及びＡｒから選択される希ガスのクラスタを収容した希ガスシェルクラスタ１０とを含む。第１の例示的な装置は、少なくとも１つの照射源（８２、８４）をさらに含む。照射源の各々は、それぞれの焦点面（８３、８６）上に合焦される。少なくとも１つのレーザ照射源（８２、８４）の各々は、それぞれの焦点面（８３、８６）においてＥＵＶ線ペレット８の経路に向かってレーザビームを照射するように構成することができる。第１の例示的な装置は、真空筐体を含むことができ、その中でＥＵＶ線源ペレット８が発生され、少なくとも１つの照射源によって照射される。

ＥＵＶ線源ペレット発生器（５０、６０、７０）は、Ｈｅ、Ｎｅ、及びＡｒから選択される希ガスのクラスタを小滴通過経路に沿って放出するように構成された小滴発生器ユニット５０を含む。希ガスの各クラスタ４は、Ｈｅ、Ｎｅ、及びＡｒから選択された軽質希ガスから本質的に成る、実質的に球形の希ガス小滴とすることができる。希ガスの各クラスタ４は、場合に応じて、その中の軽質希ガスの原子の表面張力、最密充填又は結晶化に起因して実質的に球形になることができる。小滴発生器ユニット５０は、軽質希ガスが貯蔵される小滴源タンク５２と、希ガスのクラスタ４がそこを通って放出される開口部を含む小滴射出装置５４とを含むことができる。小滴発生器ユニット５０は、軽質希ガスのクラスタ４を下方に放出するように構成することができる。１つの実施形態において、軽質希ガスの各クラスタ４は、無視できる横方向速度で放出することができるので、小滴通過経路は実質的に鉛直の下向きの線になることができる。小滴発生器ユニット５０を使用して、軽質希ガスのクラスタ４が明確に規定された粒子経路に沿って真空筐体内に放出されるようにすることができる。小滴発生器は、ノズル後（真空側）の圧力が小滴源タンク側のノズル前の圧力の約４０％未満となるように、ノズルを通して軽質希ガスを真空中へ膨張させることによって機能する。小滴発生器５０のノズル条件（温度、圧力、ノズル径）を調整して、発生するクラスタ４のサイズ及び密度を制御することができる。このことにより、ペレット８の密度を制御すること、従って、照射源の焦点体積内で照射されるペレットの数を制御することが可能になる。

ＥＵＶ線源ペレット発生器（５０、６０、７０）は、小滴発生器ユニット５０に隣接した金属粒子含浸ユニット６０を含む。金属粒子含浸ユニット６０は、本明細書において第１の交差領域と呼ばれる領域において小滴通過経路と交差する金属粒子ビーム方向に沿って金属粒子３０を放出するように構成された金属粒子発生器６２を含む。金属粒子含浸ユニット６０は、第１の真空チャンバ６５をさらに含み、これは真空筐体の一部であり、この中に小滴発生器ユニット５０から軽質希ガスのクラスタ４が放出される。金属粒子発生器６２は、上述の金属組成のいずれかを有することができる金属粒子３０のビームを発生することができる、あらゆる供給源とすることができる。典型的な粒子ビーム発生器は、熱的に発生される金属原子のビームを含む。金属粒子３０のビームは、第１の真空チャンバ６５の壁に金属堆積部分６８の形成を生じさせることができる。金属粒子含浸ユニット６０は、金属粒子を発生させ、これが小滴１０と衝突し、小滴１０の表面上で凝縮し、次いで小滴１０の中心へ向かって拡散し、その後、小滴１０の中心において凝集する。従って、含浸された希ガスクラスタ６は、軽質希ガスのクラスタ４と小滴１０の中心における金属粒子３０との組合せを形成する。

ＥＵＶ線源ペレット発生器（５０、６０、７０）は、重質希ガスクラスタ含浸ユニット７０をさらに含む。重質希ガスクラスタ含浸ユニット７０は、本明細書において第２の交差領域と呼ばれる領域において小滴通過経路と交差する重質希ガスビーム方向に沿って重質希ガスクラスタ２０を放出するように構成された重質希ガスクラスタ発生器７２を含む。重質希ガスクラスタ含浸ユニット７０は、第２の真空チャンバ７５をさらに含み、これは開口部を通して第１の真空チャンバ６５と隣接する。第２の真空チャンバ７５は、真空筐体の一部であり、この中に第１の真空チャンバ６５から金属粒子含浸希ガスクラスタ６が放出される。金属粒子含浸希ガスクラスタ６は、第１の真空チャンバ６５と第２の真空チャンバ７５との間の開口部を通って第２の真空チャンバ７５に入る。重質希ガスクラスタ発生器７２は、重質希ガス源タンク（明示的に示さず）から重質希ガスクラスタ２０を発生させ、少なくとも１つの金属粒子３０が含浸した希ガスのクラスタの経路と交差する方向に沿って重質希ガスクラスタ２０を放出するように構成することができる。重質希ガスクラスタ２０は、１つより多くの重質希ガス原子を有する凝集体である。少なくとも１つの重質希ガスクラスタ２０が、少なくとも１つの金属粒子３０が含浸した希ガスクラスタ６の中へ含浸する。少なくとも１つの金属粒子が含浸した希ガスクラスタ６の中に含浸した複数の重質希ガスクラスタ２０は、典型的には含浸後に希ガスクラスタ６の中心において凝結することができる。

第２の真空チャンバ７５の重質希ガスクラスタ発生器７２の反対側に真空ポンプ７８を取り付けて、金属粒子含浸希ガスクラスタ６に組み込まれなかった重質希ガスクラスタ２０を第２の真空チャンバ７５から吸い出すことができる。重質希ガスクラスタ含浸ユニット７０は、金属粒子含浸希ガスクラスタ６の組合せからＥＵＶ線源ペレット８を発生させる。各ＥＵＶ線源ペレット８内の希ガス原子の集まりが希ガスクラスタ１０を構築し、これが重質希ガスクラスタ２０及び少なくとも１つの金属粒子３０を埋め込む。各希ガスクラスタ１０は、重質希ガスクラスタ２０及び複数の金属粒子３０を内部に包み込んだシェル構成を有することができる。第１の実施形態のＥＵＶ線源ペレット８は、図１〜図３に示すＥＵＶ線源ペレット８と同じものとすることができる。

ＥＵＶ線源ペレット８の各々において、希ガスクラスタ１０内に含まれる軽質希ガスの原子の総数は、重質希ガスクラスタ２０内の重質希ガス原子の総数よりも少なくとも２倍多い。１つの実施形態において、希ガスシェルクラスタ１０内の軽質希ガスの原子の総数は、重質希ガスクラスタ内の重質希ガス原子の総数の少なくとも１０倍多いものとすることができる。別の実施形態において、希ガスシェルクラスタ１０内の軽質希ガスの原子の総数は、重質希ガスクラスタ内の重質希ガス原子の総数の少なくとも１００倍多いものとすることができる。さらに別の実施形態において、重質希ガスクラスタ２０内の重質希ガス原子の総数は、１０^３乃至１０^１５の範囲内とすることができる。

金属粒子３０が軽質希ガスのクラスタ４内に組み込まれる第１の交差領域は、第１の真空チャンバ６５内に位置し、重質希ガスクラスタ２０が金属粒子含浸希ガスクラスタ６内に組み込まれる第２の交差領域は、第２の真空チャンバ７５内に位置する。従って、第１の交差領域は、軽質希ガスのクラスタ４が放出される位置、すなわち小滴発生器ユニット５０の開口部に対して、軽質希ガスのクラスタ４が放出される該位置に対する第２の交差領域よりも近位にある。

第１の例示的な装置は、放射線発生ユニット８０をさらに含むことができる。放射線発生ユニット８０は、第３の真空チャンバ８５を含み、これは真空筐体の一部であり、開口部を介して第２の真空チャンバ７５に接続される。ＥＵＶ線源ペレット８は、引力によって及び／又はペレット８の実質的に鉛直下向きの線運動量によって、第２の真空チャンバ７５から第３の真空チャンバ８５の中へ進むことができる。この場合、第３の真空チャンバ８５内のＥＵＶ線源ペレット８の経路は、実質的に鉛直方向下向きの経路とすることができる。ペレット８が有意な運動量（射出源に起因する）を有しているので、全装置をペレット流に対する重力に依存することなく水平方向に作動させることができる。

放射線発生ユニット８０は、少なくとも１つの照射源（８２、８４）さらに含み、これはＥＵＶ線源ペレット８内の少なくとも１つの金属粒子３０からプラズマを励起するように構成された第１の照射源８２と、少なくとも１つの金属粒子のプラズマを増幅及び加熱し、重質希ガスクラスタ２０内で熱プラズマを発生させるように構成された第２の照射線源８４とを含むことができる。両方の照射源は、それぞれの焦点面（８３、８６）上にそれぞれ合焦する。典型的な焦点面のビームサイズは、約１００ミクロンであり、最大ペレット８のサイズはおよそこの寸法に制限される。別の実施形態において、より高密度のより小サイズのペレット８が照射源（８２、８４）の焦点体積内に存在する場合があり、１つより多くのペレット８が同時に照射される。焦点面（８３、８６）は、垂直距離ｄによって隔てられる。

１つの実施形態において、第１の照射源８２は、ＥＵＶ線源ペレット８の経路内の第１の点において第１のレーザビームを照射するように構成された第１のレーザ源とすることができ、第２の照射源８４は、ＥＵＶ線源ペレットの経路内の第２の点において第２のレーザビームを照射するように構成された第２のレーザ源とすることができる。第２の点は、金属粒子含浸希ガスクラスタ６と重質希ガスクラスタ２０との組合せからＥＵＶ線源ペレット８が発生する位置から、ＥＵＶ線源ペレット８が発生する該位置からの第１の点よりも遠位にある。

第１の照射源８２は、ＥＵＶ線源ペレット８内の少なくとも１つの金属粒子３０からプラズマを励起し、第２の照射源８４は、該プラズマを増幅及び加熱して重質希ガスクラスタ２０内で軌道間電子遷移を励起するので、上述の２つの異なる目的を達成するように第１及び第２の照射源からのレーザビームの波長及び強度を調節することができる。第１のレーザ照射において発生した初期プラズマが第２の照射に曝される前に著しく減衰するのに十分な時間を有しないように、かつ、第１の照射によって引き起こされたペレット膨張が第２の照射前に完全なペレット崩壊に至らないように、焦点面（８３、８６）間の距離ｄは十分に短くなるように選択される。距離ｄは、ペレット８の速度に基づいて、第２のレーザ照射が第１のレーザ照射で発生した初期プラズマに対して最大出力を伝達するように選択される。望ましくないプラズマ減衰及び過剰のペレット膨張をさらに低減するために、焦点面（８３、８６）をＥＵＶペレット経路の近傍で重ね合わせることによって距離ｄをゼロ近くまで短くすることができる。焦点面同士の重なりは、照射源（８２、８４）を互いに傾けることによって達成することができる（図示せず）。

一般に、純粋な重質希ガスクラスタから初期プラズマを発生することは、純粋な金属小滴からプラズマを発生することよりも多くのエネルギーを使う。このプラズマ発生閾値の不均衡は、レーザエネルギーを金属小滴内には存在するが希ガスクラスタ内には最初は存在しない自由電子に結合する、より長波長の放射線に関して特に大きい。純粋な重質希ガスクラスタを電離する又は点火するための高出力閾値は、レーザ出力をＥＵＶ線に変換する効率を低減することになる。従来技術のＥＵＶ源が純金属（スズ）小滴を１０．６μｍレーザによって励起するのは、この理由による。本発明は、金属粒子３０を重質希ガスクラスタ２０内に組み込むこと及び二重パルス照射方式を使用することにより、これらの限界を克服する。二重パルス方式において、第１の照射の目的は、金属粒子を電離して重質希ガスクラスタ２０内で初期プラズマを作る出すことである。第２の照射の目的は、初期プラズマを増幅し、その電子温度を、ＥＵＶ線を励起するのに十分な高さまで上げることである。これに対応して、第２の照射源８４からの第２のレーザビームは、第１の照射源８２からの第１のレーザビームの強度よりも少なくとも３倍高い強度を有することができる。１つの実施形態において、第２の照射源８４からの第２のレーザビームは、第１の照射源８２からの第１のレーザビームの強度よりも少なくとも２倍高い強度を有することができる。別の実施形態において、第２の照射源８４からの第２のレーザビームは、第１の照射源８２からの第１のレーザビームの強度よりも少なくとも１００倍高い強度を有することができる。

さらに、第１の照射源８２からの第１のレーザビームの波長は、照射されたビームが金属粒子３０の電子と結合するように選択される。比較的大きい金属小滴とは異なり、金属ナノ粒子３０は、内部に十分な数の自由電子を有しない場合がある。この場合、第１の照射は外殻電子に結合して電離を開始させる。一般に、金属原子の電離を開始するには、可視光波長（４００ｎｍ乃至８００ｎｍ）又は紫外線波長（１０ｎｍ乃至４００ｎｍ）に対応する高い光子エネルギーを必要とする。従って、第１の照射源８２からの第１のレーザビームの波長は、この範囲からになるように選択することができる。

対照的に、第２のレーザビームの波長は、金属粒子３０から既に解離した自由電子を含む既存のプラズマを増幅することができ、従って入射放射線の光子エネルギーを自由プラズマ電子によって吸収することにより重質希ガスクラスタ２０内で稠密なプラズマの発生を引き起こすことができるので、金属原子との結合のための波長範囲に限定されない。従って、第２の照射源８４からの第２のレーザビームの波長は、第２の照射源８４が第２のレーザビームの波長にかかわらず高強度のレーザビームを出力することができるという条件で、任意の波長で選択することができる。１つの実施形態において、第２のレーザビームは、第１のレーザビームより長波長を有することができる。例えば、第２のレーザビームは、８００ｎｍより長波長を有することができ、第１のレーザビームは、８００ｎｍより短波長を有することができる。１つの実施形態において、第２の照射源８４は、約１０，６００ｎｍの波長で動作するＣＯ_２レーザのような遠赤外レーザ照射源とすることができる。ＣＯ_２レーザは、その優れた出力効率及びスケーラビリティゆえに好ましい。１つの実施形態において、第２のレーザビームは、ＣＯ_２レーザからのレーザビームである。

１つの実施形態において、第１の照射源からの第１のレーザビームの電力出力は、１，０００ワット乃至２０，０００ワットすなわち１ｋＷ乃至２０ｋＷの範囲内とすることができ、第２の照射源からの第２のレーザビームの電力出力は、１０，０００ワット乃至２００，０００ワットすなわち１０ｋＷ乃至２００ｋＷの範囲内とすることができるが、各々、それより低い又は高い電力出力レベルを使用することも可能である。これらの最高レベルの電力出力を達成するために、レーザはパルスモードで作動され、典型的な繰返し率は約１０ｋＨｚ乃至約１００ｋＨｚであり、繰返し率５０ｋＨｚがより典型的である。第１の照射源８２及び第２の照射源８４のパルシングは、互いに同期され、かつそれぞれの焦点面（８３、８６）を通るペレット８の通過と同期される。

ＥＵＶ線源ペレット８内の重質希ガス原子は、第２のレーザビームで照射されると極紫外線を発生する。第３の真空チャンバ８５は、側壁上にフィルタ窓９８を含むことができ、所望の波長範囲内のＥＵＶ線９９、例えば１３．５ｎｍ波長付近の狭帯域放射線はフィルタ窓９８を通過することができる一方で、所望の波長領域外の電磁放射線はフィルタ窓９８を通過しないようになっている。照射プロセス中にペレット８は膨張し、ついには破裂する。残ったペレット８のデブリは、真空チャンバ８５からポンプで吸い出さなければならない。希ガスは傷つきやすい窓９８上に再堆積することなく容易にポンプで吸い出すことができるので、本発明の希ガスに基づくペレット８は純金属小滴に比べて有利である。ＥＵＶ線源ペレット８デブリは、第３の真空チャンバ８５からポンピングユニット９０内の真空ポンプ９２によって吸い出すことができ、該ポンピングユニット９０は、ＥＵＶ線源ペレット８の種々の構成要素を分離し、リサイクルし又はリユースするために、随意にリサイクルユニットに接続することができる。

ＥＵＶ線源ペレット８の励起プロセスを図５及び図６に示す。図５は、第１の照射源８２からの第１のレーザビームによる照射後の例示的なＥＵＶ線源ペレット８を模式的に示す。第１のレーザビームのエネルギーは、少なくとも１つの金属粒子３０によって吸収され、該少なくとも１つの金属粒子３０から解離した電子のブラズマを発生させる。第１のレーザビームから発生したプラズマが活性である間に、図６に示すように、第２のレーザビームがプラズマに照射され、少なくとも１つの金属粒子３０からのプラズマを増幅し加熱する。少なくとも１つの金属粒子３０からの増幅されたプラズマは、重質希ガスクラスタ２０内の電子から、別のより稠密なプラズマの発生を誘導する。第２のレーザビームのエネルギーは、重質希ガスクラスタ２０内で発生したプラズマによってさらに吸収され、励起されたプラズマはＥＵＶ線９９を放出し、これがフィルタ窓９８を通して濾波され放出される。

放射線発生ユニット８０はこのようにして２つのパルスプラズマ励起方式を使用して電離閾値を効果的に低減する。詳細には、少なくとも１つの金属粒子３０をＥＵＶ線源ペレット８内で使用することで、初期プラズマを少なくとも１つの金属粒子３０から発生させることが可能になる。少なくとも１つの金属粒子３０から発生したプラズマ内の電子は、第２のレーザパルスによる照射の際の重質希ガス原子に対する有効電離閾値エネルギーを低減する。従って、少なくとも１つの金属粒子３０からのプラズマは、第２のレーザビームの波長が重質希ガス原子からのプラズマの直接励起を誘導するのに十分なほど短波長でない場合であっても、第２の照射源８４による照射の際の第２のレーザビームからのエネルギーの吸収を可能にする。換言すれば、重質希ガスクラスタ２０内の重質希ガス原子の周囲のプラズマ状態を誘導することにより、プラズマ内の電子が第２のレーザビームと結合し、重質希ガス原子からのプラズマの発生、増幅、及び加熱を可能にする。少なくとも１つの金属粒子３０は、ＥＵＶ線源ペレット８内でドーパントとして機能し、少なくとも１つの金属粒子３０が存在しなければ不可能なカスケード電離を誘導する。重質希ガス原子から励起されたプラズマは、ＥＵＶ線９９を発生させる。

図７を参照すると、本開示の第２の実施形態によるＥＵＶ線を発生するための第２の例示的な装置は、ＥＵＶ線ペレット８を発生させるように構成された極紫外（ＥＵＶ）線源ペレット発生器（５０、６０、７０）を含む。各ＥＵＶ線源ペレット８は、少なくとも１つの金属粒子３０と、少なくとも１つの金属粒子３０を埋め込んだ重質希ガスクラスタ２０と、重質希ガスクラスタ２０を埋め込み、かつＨｅ、Ｎｅ、及びＡｒから選択される希ガスのクラスタを収容した希ガスシェルクラスタ１０とを含む。第２の例示的な装置は、少なくとも１つの照射源（８２、８４）をさらに含む。少なくとも１つのレーザ照射源（８２、８４）の各々は、ＥＵＶ線源ペレット８の経路に向かってレーザビームを照射するように構成することができる。第２の例示的な装置は、真空筐体を含むことができ、その中でＥＵＶ線源ペレット８が発生され、少なくとも１つの照射源によって照射される。

ＥＵＶ線源ペレット発生器（５０、６０、７０）は、Ｈｅ、Ｎｅ、及びＡｒから選択される希ガスのクラスタを小滴通過経路に沿って放出するように構成された小滴発生器ユニット５０を含む。小滴発生器ユニット５０は、第１の実施形態と同じものすることができ、第１の実施形態と同じ軽質希ガスのクラスタ４を発生することができる。

ＥＵＶ線源ペレット発生器（５０、６０、７０）は、重質希ガスクラスタ含浸ユニット７０をさらに含む。重質希ガスクラスタ２０は、１つより多くの重質希ガス原子を有する凝集体である。重質希ガスクラスタ含浸ユニット７０は、本明細書において第２の交差領域と呼ばれる領域において小滴通過経路と交差する重質希ガスビーム方向に沿って重質希ガスクラスタ２０を放出するように構成された重質希ガスクラスタ発生器７２を含む。重質希ガスクラスタ含浸ユニット７０は、第２の真空チャンバ７５をさらに含み、これは真空筐体の一部であり、この中に小滴発生器ユニット５０から軽質希ガスのクラスタ４が放出される。重質希ガスクラスタ発生器７２は、重質希ガス源タンク（明示的に示さず）から重質希ガスクラスタ２０を発生させ、希ガスのクラスタ４の経路と交差する方向に沿って重質希ガスクラスタ２０を放出するように構成することができる。重質希ガスクラスタ含浸ユニット７０は、軽質希ガスのクラスタ４と重質希ガスクラスタ２０との組合せから重質希ガスクラスタ含浸希ガスクラスタ６’を発生させる。少なくとも１つの重質希ガスクラスタ２０が、少なくとも１つの金属粒子３０が含浸した希ガスクラスタ６の中へ含浸する。少なくとも１つの金属粒子が含浸した希ガスクラスタ６の中に含浸した複数の重質希ガスクラスタ２０は、典型的には含浸後に希ガスクラスタ６の中心において凝結することができる。第２の真空チャンバ７５の重質希ガスクラスタ発生器７２の反対側に真空ポンプ７８を取り付けて、重質希ガスクラスタ含浸希ガスクラスタ６’に組み込まれなかった重質希ガスクラスタ２０を第２の真空チャンバ７５から吸い出すことができる。各ＥＵＶ線源ペレット８内の希ガス原子の集まりが希ガスクラスタ１０を構築し、これが重質希ガスクラスタ２０を埋め込む。各希ガスクラスタ１０は、重質ガスクラスタ２０を内部に包み込んだシェル構成を有することができる。

ＥＵＶ線源ペレット発生器（５０、６０、７０）は、重質希ガスクラスタ含浸ユニット７０に隣接した金属粒子含浸ユニット６０を含む。金属粒子含浸ユニット６０は、本明細書において第１の交差領域と呼ばれる領域において小滴通過経路と交差する金属粒子ビーム方向に沿って金属粒子３０を放出するように構成された金属粒子発生器６２を含む。金属粒子含浸ユニット６０は、第１の真空チャンバ６５をさらに含み、これは開口部を通して第２の真空チャンバ７５と隣接する。第１の真空チャンバ６５は、真空筐体の一部であり、この中に第２の真空チャンバ７５から重質希ガスクラスタ含浸希ガスクラスタ６’が放出される。重質希ガスクラスタ含浸希ガスクラスタ６’は、第１の真空チャンバ６５と第２の真空チャンバ７５との間の開口部を通って第１の真空チャンバ６５に入る。金属粒子発生器６２は、上述の金属組成のいずれかを有することができる金属粒子３０のビームを発生することができる、あらゆる供給源とすることができる。金属粒子３０のビームは、第１の真空チャンバ６５の壁に金属堆積部分６８の形成を生じさせることができる。金属粒子含浸ユニット６０は、重質希ガスクラスタ含浸希ガスクラスタ６’と金属粒子３０との組合せからＥＵＶ線源ペレット８を発生させる。

第２の実施形態のＥＵＶ線源ペレット８は、図４に示す第１の実施形態のＥＵＶ線源ペレット８、並びに図１、図２及び図３に示すＥＵＶ線源ペレット８と同じものとすることができる。

金属粒子３０が重質希ガスクラスタ含浸希ガスクラスタ６’内に組み込まれる第１の交差領域は、第１の真空チャンバ６５内に位置し、重質希ガスクラスタ２０が軽質希ガスのクラスタ４内に組み込まれる第２の交差領域は、第２の真空チャンバ７５内に位置する。従って、第２の交差領域は、軽質希ガスのクラスタ４が放出される位置、すなわち小滴発生器ユニット５０の開口部に対して、軽質希ガスのクラスタ４が放出される該位置に対する第１の交差領域よりも近位にある。

第２の例示的な装置は、放射線発生ユニット８０をさらに含むことができ、これは第１の実施形態と同じものとすることができる。放射線発生ユニット８０は、第３の真空チャンバ８５を含み、これは真空筐体の一部であり、開口部を介して第１の真空チャンバ６５に接続される。ＥＵＶ線源ペレット８は、引力、及びチャンバ６５からチャンバ８５へ向かって実質的に鉛直下向きに移動するペレットの線運動量によって、第１の真空チャンバ６５から第３の真空チャンバ８５の中へ進むことができる。

放射線発生ユニット８０は、少なくとも１つの照射源（８２、８４）さらに含み、これはＥＵＶ線源ペレット８内の少なくとも１つの金属粒子３０からプラズマを励起するように構成された第１の照射源８２と、少なくとも１つの金属粒子のプラズマを増幅し、重質希ガスクラスタ２０のプラズマを発生させるように構成された第２の照射源８４とを含むことができる。少なくとも１つの照射源（８２、８４）の各々は、第１の実施形態と同じものとすることができ、第１の実施形態と同じ様式で機能することができる。

本開示を特定の実施形態に関して説明してきたが、上記説明に鑑みて、多数の代替、修正、及び変形が当業者には明らかとなることは明白である。本明細書で説明した実施形態の各々は、個別に実装することができ、又は別段の断りのない限り若しくは明らかに両立しないものでない限り他の実施形態との組合せで実装することができる。従って、本開示は、本開示の範囲及び以下の特許請求の範囲内に入るこのような代替、修正、及び変形の全てを包含することを意図する。

４：軽質希ガスのクラスタ
６：金属粒子含浸希ガスクラスタ
６’：重質希ガスクラスタ含浸希ガスクラスタ
８：極紫外（ＥＵＶ）線源ペレット
１０：希ガスシェルクラスタ
２０：重質希ガスクラスタ
３０：金属粒子
５０、６０、７０：極紫外（ＥＵＶ）線源ペレット発生器
５０：小滴発生ユニット
５２：小滴源タンク
５４：小滴射出装置
６０：金属粒子含浸ユニット
６２：金属粒子発生器
６５：第１の真空チャンバ
６８：金属堆積部分
７０：重質希ガスクラスタ含浸ユニット
７２：重質希ガスクラスタ発生器
７５：第２の真空チャンバ
７８、９２：真空ポンプ
８０：放射線発生ユニット
８２、８４：照射源
８３、８６：焦点面
８５：第３の真空チャンバ
９０：ポンピングユニット
９８：フィルタ窓
９９：ＥＵＶ線

Claims (20)

1. 少なくとも１つの金属粒子と、
   前記少なくとも１つの金属粒子を埋め込んだ重質希ガスクラスタと、
   前記重質希ガスクラスタを埋め込み、かつＨｅ、Ｎｅ及びＡｒから選択される軽質希ガスのクラスタを収容した希ガスシェルクラスタと、
   を含むＥＵＶ線ペレットを発生するように構成された、
   極紫外（ＥＵＶ）線源ペレット発生器と、
   各々が前記ＥＵＶ線ペレットの経路に向かってレーザビームを照射するように構成された少なくとも１つの照射源と、
   を備えた、
   極紫外（ＥＵＶ）線を発生させるための装置。
2. 前記少なくとも１つの照射源が、
   前記ＥＵＶ線ペレットの前記経路内の第１の点に第１のレーザビームを照射するように構成された第１のレーザ源と、
   前記ＥＵＶ線ペレットの前記経路内の第２の点に第２のレーザビームを照射するように構成された第２のレーザ源であって、前記第２の点が、前記ＥＵＶ線ペレットが発生される位置から、該位置からの前記第１の点よりも遠位にある、第２のレーザ源と、
   を備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記第２のレーザビームは、前記第１のレーザビームより少なくとも２倍高い強度を有する、請求項２に記載の装置。
4. 前記第２のレーザビームは、前記第１のレーザビームより長い波長を有する、請求項２に記載の装置。
5. 前記第２のレーザビームは、ＣＯ_２レーザからのレーザビームであり、前記第１のレーザビームは、８００ｎｍより短い波長を有する、請求項２に記載の装置。
6. 前記ＥＵＶ線源ペレット発生器が、
   前記軽質希ガスＨｅ、Ｎｅ、及びＡｒのクラスタを小滴通過経路に沿って放出するように構成された小滴発生器ユニットと、
   前記少なくとも１つの金属粒子を、第１の交差領域において前記小滴通過経路と交差する金属粒子ビーム方向に沿って放出するように構成された金属粒子発生器と、
   前記重質希ガスのクラスタを、第２の交差領域において前記小滴通過経路と交差する重質希ガスクラスタビーム方向に沿って放出するように構成された重質希ガスクラスタビーム発生器と、
   を備えた、請求項１に記載の装置。
7. 前記第１の交差領域が、前記軽質希ガスの前記クラスタが放出される位置に対して、該位置に対する前記第２の交差領域よりも近位にある、請求項６に記載の装置。
8. 前記第２の交差領域が、前記軽質希ガスの前記クラスタが放出される位置に対して、該位置に対する前記第１の交差領域よりも近位にある、請求項６に記載の装置。
9. 前記ＥＵＶ線ペレットの前記経路が実質的に鉛直下向きの経路である、請求項１に記載の装置。
10. 前記ＥＵＶ線ペレットの各々において、前記軽質希ガスの原子の総数が、前記重質希ガスクラスタ内の重質希ガス原子の総数よりも少なくとも２倍多い、請求項１に記載の装置。
11. 少なくとも１つの金属粒子と、
    前記少なくとも１つの金属粒子を埋め込んだ重質希ガスクラスタと、
    前記重質希ガスクラスタを埋め込み、かつＨｅ、Ｎｅ及びＡｒから選択される軽質希ガスのクラスタを収容した希ガスシェルクラスタと、
    を含む、極紫外（ＥＵＶ）線源ペレット。
12. 前記軽質希ガスの原子の総数が、前記重質希ガスクラスタ内の重質希ガス原子の総数よりも少なくとも２倍多い、請求項１１に記載のＥＵＶ線源ペレット。
13. 前記重質希ガスクラスタ内の重質希ガス原子の総数が、前記少なくとも１つの金属粒子の原子の総数より少なくとも１０倍多い、請求項１１に記載のＥＵＶ線源ペレット。
14. 前記少なくとも１つの金属粒子が複数の金属粒子である、請求項１１に記載のＥＵＶ線源ペレット。
15. 前記複数の金属粒子が前記重質希ガスクラスタ内に散乱された、請求項１４に記載のＥＵＶ線源ペレット。
16. 前記複数の金属粒子が、前記複数の金属粒子が互いに物理的接触状態にあるクラスタの構成である、請求項１４に記載のＥＵＶ線源ペレット。
17. 前記希ガスシェルクラスタ内の前記軽質希ガスの原子の総数が１０^４乃至１０^１６の範囲内である、請求項１１に記載のＥＵＶ線源ペレット。
18. 前記重質希ガスクラスタ内の重質希ガス原子の総数が１０^３乃至１０^１５の範囲内である、請求項１１に記載のＥＵＶ線源ペレット。
19. 前記少なくとも１つの金属粒子が、金属元素の単原子粒子を含む、請求項１１に記載のＥＵＶ線源ペレット。
20. 前記金属粒子の金属元素がスズである、請求項１１に記載のＥＵＶ線源ペレット。

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