JP2544236B2 - 多価イオン発生法 - Google Patents
多価イオン発生法Info
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- JP2544236B2 JP2544236B2 JP2178151A JP17815190A JP2544236B2 JP 2544236 B2 JP2544236 B2 JP 2544236B2 JP 2178151 A JP2178151 A JP 2178151A JP 17815190 A JP17815190 A JP 17815190A JP 2544236 B2 JP2544236 B2 JP 2544236B2
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Lasers (AREA)
- X-Ray Techniques (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、励起レーザー光を固体ターゲットに照射し
てプラズマを発生させ多価イオン（二価もしくはそれ以
上のイオン）を生成する方法に係るものである。この方
法はＸ線リソグラフィーに好適なＸ線源、多価イオン
源、短波長レーザー用プラズマ源等に利用できる。
てプラズマを発生させ多価イオン（二価もしくはそれ以
上のイオン）を生成する方法に係るものである。この方
法はＸ線リソグラフィーに好適なＸ線源、多価イオン
源、短波長レーザー用プラズマ源等に利用できる。
（従来技術） 真空中の固体ターゲットに励起レーザー光を照射して
プラズマを発生させ、これをＸ線に変換させるレーザー
生成プラズマＸ線源が知られている。近来、半導体集積
回路は高集積化し、その結果としての微細パターンの形
成に対する要請に紫外線を使用する従来のリソグラフィ
ーでは応えることができず、これに代わるものとして波
長が４−15オングストロームである軟Ｘ線を使用するリ
ソグラフィーが注目されている。
プラズマを発生させ、これをＸ線に変換させるレーザー
生成プラズマＸ線源が知られている。近来、半導体集積
回路は高集積化し、その結果としての微細パターンの形
成に対する要請に紫外線を使用する従来のリソグラフィ
ーでは応えることができず、これに代わるものとして波
長が４−15オングストロームである軟Ｘ線を使用するリ
ソグラフィーが注目されている。
プラズマからのＸ線の発光効率はプラズマの電子温度
に強く依存している。すなわち、上記のような軟Ｘ線を
効率よく得るためには400eV以上の高い電子温度を達成
する必要があり、それには1014W/cm2以上の励起レーザ
ー照射強度が必要となる。そのため実用的なＸ線強度を
得るには大型の高出力励起レーザー装置を必要とした。
に強く依存している。すなわち、上記のような軟Ｘ線を
効率よく得るためには400eV以上の高い電子温度を達成
する必要があり、それには1014W/cm2以上の励起レーザ
ー照射強度が必要となる。そのため実用的なＸ線強度を
得るには大型の高出力励起レーザー装置を必要とした。
オニール等は高出力励起レーザー装置から一連のレー
ザー光パルスを発生させ、励起レーザー光からＸ線への
変換効率を高めた。すなわち、パルス幅100ps、パルス
間隔2.1nsのXe Clレーザー光の一連のパルスを固体ター
ゲットに照射することによりレーザー光からＸ線への変
換効率を2.4％まで改善した。このときのプラズマから
放射されるＸ線強度を時間についてプロットしたグラフ
を第３図に示す。この図で負側の振幅が大きい程Ｘ線強
度は大きく、このＸ線強度の時間に対するパターンはレ
ーザー光の一連のパルスのパターンと一致する。すなわ
ち、最初の約−0.1のＸ線信号は最初のレーザー光パル
スにより生成され、次の約−0.5のＸ線信号は第２のレ
ーザー光パルスにより生成され、そしてその後の約−0.
45のＸ線信号は第３のレーザー光パルスにより生成さ
れ、以下このように順次のレーザー光パルスによりＸ線
信号は生成されていく。最初のＸ線信号に比して２番目
以降のＸ線信号の強度が大きいのは次の理由によるもの
である。すなわち、多価イオンによるＸ線の生成後も低
い価数のイオンを含むプラズマは100ns以上の長い間消
えずに残っている。その状態で後続のレーザー光パルス
が到着するとプラズマ中の電子は光エネルギーを受けて
電子温度を高め、プラズマ中の低価イオンや原子に衝突
して多価イオンをつくり出す。このようにしてプラズマ
は再加熱されてＸ線の発光強度を高めるのである。この
ように、一連のレーザー光パルスの順次の２つのパルス
の先行パルスは、それの後続パルスに対して予備電離パ
ルスとして働いて、２番目以降のＸ線信号の強度を大き
くしているのである。このオニール等の方法はこれまで
の高い照射強度のパルスレーザー光（振幅が大きくパル
ス幅の短かいパルスレーザー光）を使用することに変わ
りはないが、Ｘ線への変換効率は一桁も改善している。
ザー光パルスを発生させ、励起レーザー光からＸ線への
変換効率を高めた。すなわち、パルス幅100ps、パルス
間隔2.1nsのXe Clレーザー光の一連のパルスを固体ター
ゲットに照射することによりレーザー光からＸ線への変
換効率を2.4％まで改善した。このときのプラズマから
放射されるＸ線強度を時間についてプロットしたグラフ
を第３図に示す。この図で負側の振幅が大きい程Ｘ線強
度は大きく、このＸ線強度の時間に対するパターンはレ
ーザー光の一連のパルスのパターンと一致する。すなわ
ち、最初の約−0.1のＸ線信号は最初のレーザー光パル
スにより生成され、次の約−0.5のＸ線信号は第２のレ
ーザー光パルスにより生成され、そしてその後の約−0.
45のＸ線信号は第３のレーザー光パルスにより生成さ
れ、以下このように順次のレーザー光パルスによりＸ線
信号は生成されていく。最初のＸ線信号に比して２番目
以降のＸ線信号の強度が大きいのは次の理由によるもの
である。すなわち、多価イオンによるＸ線の生成後も低
い価数のイオンを含むプラズマは100ns以上の長い間消
えずに残っている。その状態で後続のレーザー光パルス
が到着するとプラズマ中の電子は光エネルギーを受けて
電子温度を高め、プラズマ中の低価イオンや原子に衝突
して多価イオンをつくり出す。このようにしてプラズマ
は再加熱されてＸ線の発光強度を高めるのである。この
ように、一連のレーザー光パルスの順次の２つのパルス
の先行パルスは、それの後続パルスに対して予備電離パ
ルスとして働いて、２番目以降のＸ線信号の強度を大き
くしているのである。このオニール等の方法はこれまで
の高い照射強度のパルスレーザー光（振幅が大きくパル
ス幅の短かいパルスレーザー光）を使用することに変わ
りはないが、Ｘ線への変換効率は一桁も改善している。
（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、低出力励起レーザー装置を使用して
多価イオンを高い効率で発生させる多価イオン発生法を
提供することである。本発明によれば、照射強度は低く
てもよいので、励起レーザーエネルギーは少なくてもよ
く、そのためこれまで必要とした大型の超高出力レーザ
ーではなくテーブルトップのYAGレーザー又はエキシマ
レーザーを使用して多価イオンを発生できる。
多価イオンを高い効率で発生させる多価イオン発生法を
提供することである。本発明によれば、照射強度は低く
てもよいので、励起レーザーエネルギーは少なくてもよ
く、そのためこれまで必要とした大型の超高出力レーザ
ーではなくテーブルトップのYAGレーザー又はエキシマ
レーザーを使用して多価イオンを発生できる。
（課題を解決するための手段） この目的は、本発明に従って先行するレーザー短パル
スによって生成されたプラズマの電子温度が低下し過ぎ
ないうちに後続のレーザー短パルスを固体ターゲット表
面に次々と照射することによって達成される。
スによって生成されたプラズマの電子温度が低下し過ぎ
ないうちに後続のレーザー短パルスを固体ターゲット表
面に次々と照射することによって達成される。
（作 用） 最初のレーザー短パルスが固体ターゲットに衝突して
生成されるプラズマに含まれるイオンの価数は大きくな
い。しかし次々と殆ど間隔を置かずに到来するレーザー
短パルスにより段階的にプラズマは加熱され、その電子
温度は非常に高い値になって多価イオンを生成していく
のである。オニール等の多価イオン発生法では照射強度
の大きいレーザー短パルスを照射して、先行パルスによ
って生じたプラズマの密度と電子温度とが低下しても、
なおプラズマが消えずに残っている中に後続パルスがプ
ラズマを再加熱しているのであるが、これと対照的に本
発明では先行パルスによって生じたプラズマの密度と電
子温度とが低下し過ぎない中に後続パルスが到達して段
階的にプラズマを加熱していき、それによって非線形的
に多価イオンの発生を増大させている。このようにして
高い効率で多価イオンを発生させることができ、しかも
励起パルスレーザー光の照射強度は低くてもよいのであ
る。
生成されるプラズマに含まれるイオンの価数は大きくな
い。しかし次々と殆ど間隔を置かずに到来するレーザー
短パルスにより段階的にプラズマは加熱され、その電子
温度は非常に高い値になって多価イオンを生成していく
のである。オニール等の多価イオン発生法では照射強度
の大きいレーザー短パルスを照射して、先行パルスによ
って生じたプラズマの密度と電子温度とが低下しても、
なおプラズマが消えずに残っている中に後続パルスがプ
ラズマを再加熱しているのであるが、これと対照的に本
発明では先行パルスによって生じたプラズマの密度と電
子温度とが低下し過ぎない中に後続パルスが到達して段
階的にプラズマを加熱していき、それによって非線形的
に多価イオンの発生を増大させている。このようにして
高い効率で多価イオンを発生させることができ、しかも
励起パルスレーザー光の照射強度は低くてもよいのであ
る。
パルス間隔は短い程よい。パルス間隔は長くても、電
子温度が低下し過ぎて多価イオンを効率よく発生させる
ことができなくなる限度以内の長さでなければならな
い。そのため電子温度をモニターしてその経時的な減衰
特性を知る必要がある。電子温度をモニターするには、
金属薄膜を光子フイルターとして用い、それを透過して
来るエネルギーの大きなＸ線のみをSi p−ｉ−ｎダイオ
ードで検出するか、又は分光器を用いてプラズマ中で発
光しているイオンの価数やそのスペクトル線強度を調べ
る。
子温度が低下し過ぎて多価イオンを効率よく発生させる
ことができなくなる限度以内の長さでなければならな
い。そのため電子温度をモニターしてその経時的な減衰
特性を知る必要がある。電子温度をモニターするには、
金属薄膜を光子フイルターとして用い、それを透過して
来るエネルギーの大きなＸ線のみをSi p−ｉ−ｎダイオ
ードで検出するか、又は分光器を用いてプラズマ中で発
光しているイオンの価数やそのスペクトル線強度を調べ
る。
（発明の効果） 本発明によりアルミニュームのターゲットを用いた場
合で平均レーザー照射強度１×1011W/cm2という低い値
でも、電子温度400eVが達成された。100μｍ以下のスポ
ット径を考えると、必要な励起レーザーエネルギーは50
mJ以下となり、テーブルトップの高繰り返しYAGレーザ
ーまたはエキシマレーザー励起源として使用できる。本
発明の多価イオン発生法をＸ線源に利用するとＸ線源の
励起レーザーエネルギーを従来より大幅に少なくできる
ため、Ｘ線源を小型とすることができ、特にＸ線リソグ
ラフイーに好適な高繰り返し運転のできる小型Ｘ線源を
実現できる。
合で平均レーザー照射強度１×1011W/cm2という低い値
でも、電子温度400eVが達成された。100μｍ以下のスポ
ット径を考えると、必要な励起レーザーエネルギーは50
mJ以下となり、テーブルトップの高繰り返しYAGレーザ
ーまたはエキシマレーザー励起源として使用できる。本
発明の多価イオン発生法をＸ線源に利用するとＸ線源の
励起レーザーエネルギーを従来より大幅に少なくできる
ため、Ｘ線源を小型とすることができ、特にＸ線リソグ
ラフイーに好適な高繰り返し運転のできる小型Ｘ線源を
実現できる。
（実施例） 以下に本発明の実施例を第１図と第２図を参照して説
明する。
明する。
Nd−ガラスレーザー装置から発振したレーザー光（λ
＝1.053μｍ）を真空容器の中に保持されたアルミニュ
ームのターゲット表面に線状集光した。この線幅は40μ
ｍ以下、線の長さは12mmであった。この時、レーザーの
パルス波形は第１図に示されるような波形であり、個々
のレーザー光パルスの幅は約100ps（0.1ns）、パルスの
間隔は約350ps（0.35ns）である複数のパルスの列から
成っている。レーザーエネルギーが約2Jのとき、ターゲ
ット近傍のプラズマにおいて、軟Ｘ線域における制動輻
射光の強度を観測した。アルミニュームフィルターの膜
厚を変えて観測したときの軟Ｘ線の強度変化の仕方から
プラズマの電子温度を評価できる。測定結果を第２図に
示す。この測定から軟Ｘ線強度のピーク時において電子
温度が400eVに達していることが判った。これは上記の
ようなパルス列を用いることにより、レーザー平均照射
強度1011W/cm2ピークパワーの値を用いたとしても５×1
011W/cm2程度で高効率のプラズマ加熱が起こっているこ
とを示している。
＝1.053μｍ）を真空容器の中に保持されたアルミニュ
ームのターゲット表面に線状集光した。この線幅は40μ
ｍ以下、線の長さは12mmであった。この時、レーザーの
パルス波形は第１図に示されるような波形であり、個々
のレーザー光パルスの幅は約100ps（0.1ns）、パルスの
間隔は約350ps（0.35ns）である複数のパルスの列から
成っている。レーザーエネルギーが約2Jのとき、ターゲ
ット近傍のプラズマにおいて、軟Ｘ線域における制動輻
射光の強度を観測した。アルミニュームフィルターの膜
厚を変えて観測したときの軟Ｘ線の強度変化の仕方から
プラズマの電子温度を評価できる。測定結果を第２図に
示す。この測定から軟Ｘ線強度のピーク時において電子
温度が400eVに達していることが判った。これは上記の
ようなパルス列を用いることにより、レーザー平均照射
強度1011W/cm2ピークパワーの値を用いたとしても５×1
011W/cm2程度で高効率のプラズマ加熱が起こっているこ
とを示している。
パルス列の最初のレーザー光パルスの照射によって固
体から生成されるプラズマの温度及びそれに含まれるイ
オンの価数はそれほど大きくない。しかし、プラズマは
ターゲット表面から噴き出し、レーザー光を効率よく吸
収できる密度に低下する。そこへ次々に到着するレーザ
ー光パルスにより段階的にそのプラズマは加熱され、そ
の電子温度は非常に高い値に達することができ、結果的
に高い価数のイオンが効率よく多量に生成されていると
考えられる。
体から生成されるプラズマの温度及びそれに含まれるイ
オンの価数はそれほど大きくない。しかし、プラズマは
ターゲット表面から噴き出し、レーザー光を効率よく吸
収できる密度に低下する。そこへ次々に到着するレーザ
ー光パルスにより段階的にそのプラズマは加熱され、そ
の電子温度は非常に高い値に達することができ、結果的
に高い価数のイオンが効率よく多量に生成されていると
考えられる。
パルス間隔は短い程よい。パルス間隔は長くても、電
子温度が低下し過ぎて多価イオンを効率よく発生させる
ことができなくなる限度以内の長さでなければならな
い。パルス間隔とＸ線（AlXI 105.7Å）の時間積分さ
れた強度との関係を示す第４図を参照する。このグラフ
から明かなように、多価イオンから放出されるAlXI 10
5.7Å線の強度はパルス間隔が1000ps（1ns）以下で狭く
なるにつれて増加し、200psで最大強度を示す。これか
ら明かなように、パルス間隔は1ns以下であり、従って
パルスの半値幅は0.4ns以下となる。
子温度が低下し過ぎて多価イオンを効率よく発生させる
ことができなくなる限度以内の長さでなければならな
い。パルス間隔とＸ線（AlXI 105.7Å）の時間積分さ
れた強度との関係を示す第４図を参照する。このグラフ
から明かなように、多価イオンから放出されるAlXI 10
5.7Å線の強度はパルス間隔が1000ps（1ns）以下で狭く
なるにつれて増加し、200psで最大強度を示す。これか
ら明かなように、パルス間隔は1ns以下であり、従って
パルスの半値幅は0.4ns以下となる。
単一パルスを使用する場合に比較してレーザーの波形
がパルス列の場合入力エネルギーが同じでもターゲット
材の蒸発量は少なくなる。そのため窓材を始めとするタ
ーゲットチェンバー内の汚染は少なくなる。さらにこの
汚染を減少させるにはアルゴンガスもしくはネオンガス
のように室温で気体であるものを冷却して固体としたも
のをターゲットに用いる。
がパルス列の場合入力エネルギーが同じでもターゲット
材の蒸発量は少なくなる。そのため窓材を始めとするタ
ーゲットチェンバー内の汚染は少なくなる。さらにこの
汚染を減少させるにはアルゴンガスもしくはネオンガス
のように室温で気体であるものを冷却して固体としたも
のをターゲットに用いる。
第１図は本発明の多価イオン発生法の実施例を示す。 第２図は本発明の多価イオン発生法をＸ線源に利用した
ときのＸ線強度の実測例を示す。 第３図は従来の多価イオン発生法の実例を示す。 第４図はパルス間隔とＸ線（AlXI 105.7Å）の時間積
分された強度との関係を示すグラフである。
ときのＸ線強度の実測例を示す。 第３図は従来の多価イオン発生法の実例を示す。 第４図はパルス間隔とＸ線（AlXI 105.7Å）の時間積
分された強度との関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】半値幅が0.4ns以下の短パルスを1ns以下の
パルス間隔で固体ターゲット表面に次々とレーザー短パ
ルスを照射し、先行するレーザー短パルスによって生成
されたプラズマの電子温度が低下し過ぎないうちに後続
のレーザー短パルスを固体ターゲット表面に次々と照射
するようにしたことを特徴とする多価イオン発生法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2178151A JP2544236B2 (ja) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | 多価イオン発生法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2178151A JP2544236B2 (ja) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | 多価イオン発生法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0467599A JPH0467599A (ja) | 1992-03-03 |
| JP2544236B2 true JP2544236B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=16043529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2178151A Expired - Fee Related JP2544236B2 (ja) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | 多価イオン発生法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2544236B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3186567B2 (ja) * | 1996-02-23 | 2001-07-11 | トヨタ自動車株式会社 | Ｘ線レーザー発生装置と発生方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3342531A1 (de) * | 1983-11-24 | 1985-06-05 | Max Planck Gesellschaft | Verfahren und einrichtung zum erzeugen von kurz dauernden, intensiven impulsen elektromagnetischer strahlung im wellenlaengenbereich unter etwa 100 nm |
-
1990
- 1990-07-05 JP JP2178151A patent/JP2544236B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0467599A (ja) | 1992-03-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |