JP4088485B2 - 光波発生装置及び光波発生方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばキセノン等の結晶固体からなるターゲットを供給し、レーザ光をターゲットに照射してプラズマを生成させ、ＥＵＶ（extreme ultraviolet rays）等の光波を発生させる光波発生装置及び光波発生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空チャンバ内でターゲット（標的物質）にレーザ光を集光照射して、高温高密度のプラズマを瞬時に生成させ、電子遷移による輻射光としての例えばＥＵＶを取り出して、半導体集積回路の製造工程における縮小投影露光や、各種測定、医療等のために用いている。
上記ターゲットとして例えば金属固体を選んだ場合は、この固体のターゲットにレーザ光を照射してプラズマを発生させると、プラズマの周囲で融解したり気化した物質がプラズマの膨張圧力で吹き飛んでデブリと呼ばれる飛散粒子となり、真空チャンバ内の光学素子等に付着して汚染し、ＥＵＶの減衰の原因ともなる。
【０００３】
このため、例えば、特開昭６１−１５３９３５号公報には、ターゲットとしての水銀等の液体金属を供給用細管（ノズル）から滴下し、このターゲットにレーザパルスを照射してプラズマ化しＥＵＶを発生させる技術が開示されている。
また、特開平１０−２２１４９９号公報には、例えば金属微粒子と希ガスとを混合して供給ノズルから噴射し、噴射された微粒子混合ガスのターゲットにレーザパルスを照射してプラズマ化しＥＵＶを発生させる技術が開示されている。
【０００４】
しかしながら、いずれもノズル直下に向けてレーザ光を照射するために、ターゲット自身に起因するデブリに加え、輻射熱によるノズルからのデブリによっても光学系が汚染されるという問題があった。また、ノズルに熱的損傷をできるだけ与えないようにするための工夫も重要であった。
また、特に気体を供給する場合は、高速に真空排気を行う必要があり、大型の真空排気装置を必要とするためにコストが嵩むという問題もあった。
また、変換効率（照射したレーザ光のエネルギに対する発生したＥＵＶのエネルギの割合）を高めるという観点からは、ターゲットとしては液体や気体よりも固体の方が好ましい。
【０００５】
このために、ターゲットとして低温下で固体化された物質を用い、例えば、金属プレート上に低温下で固体化されたターゲットを複数配置して、順にレーザ光を照射してプラズマ化する技術が提案されている。
しかしながら、ターゲットを打ち尽くした後は、真空チャンバ内に大気を導入して、新しいターゲットを供給する必要があるために、時間と手間を要し実用上煩雑であるという問題があった。
このため、特公平２−４３３１９号公報には、固体化された（常温で気体となる）不活性元素や水の粒子を自由落下させ、このターゲットに水平方向からレーザ光を照射してＥＵＶを得る技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平２−４３３１９号公報記載の上記従来技術では、ターゲットを自由落下させるので、ＥＵＶの光量を増大させようとして、パルス状のレーザ光の繰返周波数を高めようとしても、これに対応させたターゲットの高速供給が困難であるという問題があった。
【０００７】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、ターゲットを比較的高速に供給して、比較的高い繰返周波数でのパルス状レーザ光のターゲットへの照射を可能とし、比較的高頻度の繰返し発光により、大光量の例えばＥＵＶを比較的高い変換効率で得ることができる光波発生装置及び光波発生方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、レーザ光が照射されることによってプラズマ化し、与えられた励起エネルギを光波に換えて輻射するとともに、再結合によって気体となる固体からなるターゲットを供給するターゲット供給装置と、レーザ装置から放射されたレーザ光を前記ターゲット供給装置から供給された前記ターゲットに照射して該ターゲットをプラズマ化し、光波を輻射させるプラズマ生成装置とを備えた光波発生装置であって、前記ターゲットは、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えられ、前記レーザ光の照射のタイミングと同期して、前記レーザ光の照射位置に供給されることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光波発生装置に係り、上記レーザ光は、パルス状に所定の繰返周波数で繰り返し照射されることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の光波発生装置に係り、上記ターゲット供給装置は、上記ターゲットを帯電させる帯電手段と、帯電した上記ターゲットに加速電圧を印加して加速し、上記ターゲットを上記レーザ光の照射位置に供給する加速手段とを有することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の光波発生装置に係り、上記レーザ光の照射のタイミングと、上記加速手段によって上記ターゲットが上記レーザ光の照射位置に供給されるタイミングとを同期させるための同期手段を備えたことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の光波発生装置に係り、上記同期手段は、上記加速手段によって運動エネルギを与えられた上記ターゲットの所定の速度検出位置における速度を求める速度検出手段と、上記速度検出手段によって求められた上記速度に基づいて、上記ターゲットの上記速度検出位置から上記レーザ光の照射位置に至るまでに要する所要時間を求める時間算出手段と、上記時間算出手段によって求められた上記所要時間に基づいて、上記レーザ光の照射のためのトリガ信号を生成し上記レーザ装置に供給するトリガ信号供給手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６記載の発明は、請求項３、４又は５記載の光波発生装置に係り、パルス状の波形が所定周期で繰り返されるように電圧が時間変化して上記加速電圧が印加されることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７記載の発明は、請求項２記載の光波発生装置に係り、前記ターゲットを所定の回転軸の周りに回転する回転部材に載せ、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えて放出し、前記ターゲットを前記レーザ光の照射位置に供給する加速手段とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項８記載の発明は、請求項２乃至７のいずれか１に記載の光波発生装置に係り、供給される上記ターゲットの量は、照射されるパルス状の上記レーザ光の１パルス分のエネルギによって略全てプラズマ化される量に設定されることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１に記載の光波発生装置に係り、上記ターゲットは、キセノンを含む不活性元素の結晶固体からなることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１０記載の発明は、レーザ光が照射されることによってプラズマ化し与えられた励起エネルギを光波に換えて輻射するとともに、再結合によって気体となる固体からなるターゲットを供給するターゲット供給ステップと、レーザ装置から放射されたパルス状のレーザ光を前記ターゲット供給装置から供給された前記ターゲットに照射して該ターゲットをプラズマ化し、光波を輻射させるプラズマ生成ステップとを含む光波発生方法であって、前記ターゲット供給ステップでは、前記ターゲットは、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えられ、前記励起エネルギビームの照射のタイミングと同期して、前記励起エネルギビームの照射位置に供給されることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の光波発生方法に係り、上記レーザ光は、パルス状に所定の繰返周波数で繰り返し照射されることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項１２記載の発明は、請求項１０又は１１記載の光波発生方法に係り、上記ターゲット供給ステップは、上記ターゲットを帯電させる帯電ステップと、帯電した上記ターゲットに加速電圧を印加して加速し、上記ターゲットを上記励起エネルギービームの照射位置に供給する加速ステップとを含むことを特徴としている。
【００２０】
また、請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の光波発生方法に係り、上記ターゲット供給ステップは、上記レーザ光の照射のタイミングと、上記加速ステップで上記ターゲットが上記レーザ光の照射位置に供給されるタイミングとを同期させるための同期ステップを含むことを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の光波発生方法に係り、前記同期ステップは、前記加速ステップで帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えられた前記ターゲットの所定の速度検出位置における速度を求める速度検出ステップと、前記速度検出ステップで求められた前記速度に基づいて、前記ターゲットの前記速度検出位置から前記レーザ光の照射位置に至るまでに要する所要時間を求める時間算出ステップと、前記時間算出ステップで求められた前記所要時間に基づいて、前記レーザ光の照射のためのトリガ信号を生成し供給するトリガ信号供給ステップとを含むことを特徴としている。
【００２２】
また、請求項１５記載の発明は、請求項１２、１３又は１４記載の光波発生方法に係り、パルス状の波形が所定周期で繰り返されるように電圧が時間変化して上記加速電圧が印加されることを特徴としている。
【００２３】
また、請求項１６記載の発明は、請求項１１記載の光波発生方法に係り、前記ターゲット供給ステップは、前記ターゲットを所定の回転軸の周りに回転する回転部材に載せ、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えて放出し、前記ターゲットを前記レーザ光の照射位置に供給する加速ステップを含むことを特徴としている。
【００２４】
また、請求項１７記載の発明は、請求項１１乃至１６のいずれか１に記載の光波発生方法に係り、供給される上記ターゲットの量は、照射されるパルス状の上記レーザ光の１パルス分のエネルギによって略全てプラズマ化される量に設定されることを特徴としている。
【００２５】
また、請求項１８記載の発明は、請求項１０乃至１７のいずれか１に記載の光波発生方法に係り、上記ターゲットは、キセノンを含む不活性元素の結晶固体からなることを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
◇第１実施例
図１は、この発明の第１実施例であるＥＵＶ発生装置の構成を示す図、図２は、同ＥＵＶ発生装置のプラズマ生成装置の主要部及びターゲット供給装置の同期部の構成を示す図、また、図３は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００２７】
この例のＥＵＶ発生装置（光波発生装置）１は、図１に示すように、レーザ装置２において発振されたパルス状のレーザ光ＬをターゲットＴに照射してプラズマ化してＥＵＶ（光波）Ｒを生成するプラズマ生成装置３と、プラズマ生成装置３に連結され、プラズマ生成装置３のレーザ照射位置に、超低温製氷装置４によって製造された例えばキセノンの結晶固体からなるターゲットＴを加速された状態で供給するターゲット供給装置５とを備えてなっている。
プラズマ生成装置３及びターゲット供給装置５は、主要部がそれぞれ真空チャンバ６、７内に収容され、少なくとも動作中は、両真空チャンバ６、７内は、真空排気装置（不図示）によって真空排気されて、同一の所定の圧力（真空度）に保たれる。真空チャンバ６、７内が真空に保たれることによって外部とは十分に断熱がなされる。
【００２８】
プラズマ生成装置３は、図１に示すように、真空チャンバ６内に、レーザ装置２から放射されたパルス状のレーザ光Ｌを収束させる集光レンズ８と、ＥＵＶＲを集めるコレクタミラー９とが配置され、また、ＥＵＶＲが射出される射出口１１と、真空排気装置に接続された排気ダクト１２と、レーザ光Ｌを減衰させるビームダンパ１３とが取り付けられてなっている。
この例では、レーザ装置２は、半導体励起固体レーザ装置であり、レーザ装置２からは、パルス状のレーザ光Ｌが放射され、このレーザ光Ｌは、パルス１つ分のエネルギが数１００［ｍＪ］〜１［Ｊ］、平均出力が数［ｋＷ］〜数１０［ｋＷ］、パルスの繰返周波数ｆが、（ｆ＝１［ｋＨｚ］）に設定される。
【００２９】
ターゲット供給装置５は、図１及び図２に示すように、超低温製氷装置４によって製造されて氷柱状に搾り出され、輸送管２１を介して送られてきたターゲット材料を切断して所定の寸法及び形状のターゲットＴに加工する加工部２２と、ターゲットＴに所定の帯電電圧を印加して帯電させる帯電部（帯電手段）２３と、帯電したターゲットＴに加速電圧を印加して加速し、プラズマ生成装置３のレーザ照射位置までターゲットＴを輸送する加速輸送部（加速手段）２４と、レーザ装置２からのレーザ光照射のタイミングとレーザ照射位置へのターゲットＴの供給のタイミングとを同期させるための同期部（同期手段）２５とを有してなっている。
【００３０】
この例では、プラズマ生成装置３に供給されるターゲットＴは、密度３．５［ｇ／ｃｃ］、直径ｄは（ｄ＝２００［μｍ］）の略球状の固体キセノンである。このターゲットＴの大きさは、１回のパルス状のレーザ光Ｌの照射で完全にプラズマ化される程度に設定される。
加工部２２は、図１及び図３に示すように、中心軸の周りに回転自在に支持され、側面部に多数の切断刄２６ａが形成された略円板状部材からなる回転カッタ２６を有している。この例では、回転カッタ２６の厚さｓは、（ｓ＝１００［μｍ］）とされる。
【００３１】
帯電部２３は、内部をターゲットＴが通過可能な中空の円筒状の絶縁性部材２７の外壁面に配置された電極２８ａ、２８ｂ間に直流電圧を印加し、静電界が形成された絶縁性部材２７の内部を通過するターゲットＴを帯電させる帯電電圧発生部２９を有している。この例では、各ターゲットＴには、５００［μＣ］の電荷が与えられる。
加速輸送部２４は、ターゲットＴが表面を加速されながら輸送される例えば中空の円筒状又は半円筒状の絶縁性部材３１の先端部と後端部とに配置された電極３２ａ、３２ｂ間に例えば直流電圧を印加し、ターゲットＴを加速させるための加速電圧発生部３３を有している。
【００３２】
同期部２５は、ＬＥＤ等の発光素子３４ａ（３５ａ）と受光素子３４ｂ（３５ｂ）との組合せからなる光学式検知器（速度検出手段の一部）３４（３５）と、基準クロック信号を発生する基準クロック発生回路（速度検出手段の一部）３６と、２対の光学式検知器３４、３５から送られてきた検出信号と、基準クロック発生回路３６から供給された基準クロック信号とに基づいて、所定の速度検出位置におけるターゲットＴの速度を算出する速度演算部（速度検出手段の一部）３７と、予め設定されたターゲットＴに加えられる加速度ａと速度演算部３７によって算出されたターゲットＴの速度と速度検出位置とに基づいて、速度検出位置からレーザ照射位置に到達するまでの所要時間を算出する時間演算部（時間算出手段）３８と、トリガパルスを発生するパルス発生回路（トリガ信号供給手段の一部）３９と、パルス発生回路３９によって生成されたトリガパルスを、時間演算部３８によって算出された時間遅延させてレーザ装置２に供給する遅延回路（トリガ信号供給手段の一部）４１とを有している。
【００３３】
この例では、レーザ光Ｌのパルスの繰返周波数ｆに対応させて、ターゲット供給装置５におけるターゲットＴの供給条件が設定される。
プラズマ生成装置３のレーザ照射位置に供給されているターゲットＴと、このターゲットＴの直前に位置し次にレーザ照射位置に供給されるターゲットＴとの間の距離である供給間隔ｐ（図１参照）は、（ｐ＝５［ｃｍ］）に設定される。
また、搾出速度ｖ０は、（ｖ０＝（ｄ＋ｓ）ｆ＝（２００［μｍ］＋１００［μｍ］）×１［ｋＨｚ］＝３０［ｃｍ／ｓ］）とされる。
【００３４】
また、レーザ照射位置に供給されるターゲットＴの供給速度ｖ１は、（ｖ１＝ｐ／（１／ｆ）＝５０［ｍ／ｓ］）とされる。
また、ターゲットＴに時間ｔａの間一定の加速度ａが与えられるとすると、（ｖ１＝ａｔａ＝５０［ｍ／ｓ］）であるので、（ｔａ＝５０［ｍｓ］）と設定すると、（ａ＝１０００［ｍ／ｓ２］）となる。
したがって、加速輸送部２４の加速領域の長さＬは、（Ｌ＝（１／２）ａｔａ ２＝１．２５［ｍ］）となる。
【００３５】
また、ターゲットＴに与えられる外力Ｆは、初速度を０［ｍ／ｓ］とすると、ターゲットＴの質量ｍが、その体積及び密度から（ｍ＝１．４７［ｍｇ］）と求められることから、（Ｆ＝ｍａ＝１．４７［Ｎ］）と算出される。
上述したように、帯電部２３によって、ターゲットＴに５００［μＣ］の電荷が与えられると、上記供給速度ｖ１を得るために、加速電圧発生部３３によって電極３２ａ、３２ｂ間に印加される直流電圧Ｖは、（Ｖ＝３．６５［ｋＶ］）となる。
【００３６】
次に、図１及び図２を参照して、この例のＥＵＶ発生装置の動作について説明する。
ターゲット供給装置５において、図１及び図３に示すように、加工部２２の高速で回転する回転カッタ２６は、超低温製氷装置４から所定の搾出速度ｖ０で搾り出され輸送管２１を介して送られてきたターゲット材料を切断して、所定の寸法及び形状のターゲットＴとする。
切断されたターゲットＴは、円筒状の絶縁性部材２７の内部を通過することによって所定の電荷を与えられて帯電し、絶縁性部材３１の後端部に落下する。帯電したターゲットＴは、加速電圧発生部３３によって印加された加速電圧によって絶縁性部材３１上を所定の加速度で速度を増しながらプラズマ生成装置３のレーザ照射位置に向けて輸送される。
【００３７】
ここで、ターゲットＴの加速領域の輸送経路上に配置された光学式検知器３４、３５を通過すると、発光素子３４ａから受光素子３４ｂへ向けて放射された放射光、発光素子３５ａから受光素子３５ｂへ向けて放射された放射光が、それぞれ遮られて、受光素子３４ｂ、３５ｂが対応する検出信号を速度演算部３７へ送る。
速度演算部３７は、まず、受光素子３４ｂから検出信号を受け取り、一定時間後受光素子３５ｂから検出信号を受け取る。速度演算部３７は、基準クロック発生回路３６から供給される基準クロック信号に基づいて、クロックパルスのパルス数を計数し、両検出信号の受信時刻間の差と、光学式検知器３４と光学式検知器３５との距離とに基づいて、ターゲットＴの速度検出位置（光学式検知器３５の設置位置）における速度を算出し、速度情報を時間演算部３８へ送る。
【００３８】
時間演算部３８は、速度演算部３７から送られてきた速度情報と、予め設定されたターゲットＴに加えられる加速度ａと、ターゲットＴの速度検出位置とレーザ照射位置との間の距離とに基づいて、ターゲットＴの速度検出時刻からレーザ照射位置への到達時刻までに要する時間を算出し、所要時間情報を遅延回路４１に与える。
遅延回路４１は、時間演算部３８から送られてきた所要時間情報に基づいて、パルス発生回路３９から供給されたトリガパルスを遅延させて、レーザ装置２に供給する。
【００３９】
こうして、レーザ装置２は、ターゲットＴがレーザ照射位置に到達する所定のタイミングでトリガパルスを受け取り、ターゲットＴへ向けてパルス状のレーザ光Ｌを照射する。
レーザ装置２から放射されたパルス状のレーザ光Ｌは、集光レンズ８によって収束されて、ターゲットＴに照射される。これによりターゲットＴは、瞬時にプラズマ化し、電子遷移による輻射光としてのＥＵＶＲが生成される。
ＥＵＶＲは、コレクタミラー９によって集光されて、ＥＵＶ取出ダクト１１から取り出される。再結合して気体に戻ったキセノンは排気ダクト１２から真空排気装置によって排出され、次のレーザ光照射時のＥＵＶＲの再吸収が抑制される。
以上の動作は繰り返し行われ、レーザ装置２からは、パルス状のレーザ光Ｌが所定の繰返周波数ｆで繰り返し放射され、高速に次々に供給されるターゲットＴに照射されて、プラズマ化され、大光量（大出力）のＥＵＶＲが取り出される。
【００４０】
このように、この例の構成によれば、レーザ装置２において、比較的高い繰返し周波数で、パルス状のレーザ光Ｌを放射し、これに対応させてレーザ照射位置に向けてターゲットＴを加速輸送部２４において加速して比較的高速に次々に供給するので、比較的高頻度の繰返し発光により、大光量（高出力）のＥＵＶを得ることができる。
また、同期部２５において、ターゲットＴの輸送経路上の所定の位置で速度を検出し、ターゲットＴがレーザ照射位置に到達するタイミングでレーザ装置２にトリガパルスを与えるので、確実にレーザ光ＬをターゲットＴに照射し、プラズマ化することができる。
【００４１】
また、ターゲットＴの大きさは、１回のパルス状のレーザ光Ｌの照射で完全にプラズマ化される程度とされているので、例えばプラズマ化されずに残留した気体によるＥＵＶの再吸収がなく、再結合して気体に戻ったものも真空排気装置によって迅速に排気され、直後のレーザ光照射時におけるＥＵＶの再吸収も抑制されるので、一段と大光量のＥＵＶを得ることができる。また、排気についても従来技術と比較して高速に行う必要がない。
特に、ターゲットとして例えば気体を供給するような場合に比較して、高速に行う必要がないので、真空排気装置は必ずしも大型で高性能のものでなくても良い。
また、上述したように、比較的高頻度の繰返し発光が可能であるので、ターゲットＴの大きさを比較的小さくし、レーザ装置２におけるレーザ光Ｌ放射の繰返し周波数ｆを高めることによって、一段と高効率で大光量のＥＵＶを得ることができる。
【００４２】
また、ターゲットＴとして超低温で固体化された不活性元素を用いるので、比較的高い変換効率を得ることができるとともに、例えばコレクタミラーに対するデブリによる汚染を防止することができる。
また、ターゲットとして液体や気体を供給する場合のように、ターゲットを供給するためのノズルを必要としないので、ノズル近傍へのレーザ光照射によるノズルへのノズルへの熱的損傷を回避するための工夫も無用であり、ノズルに由来するデブリによる例えばコレクタミラーに対する汚染の心配もない。
【００４３】
◇第２実施例
図４は、この発明の第２実施例であるＥＵＶ発生装置のターゲット供給装置を構成する加速電圧発生部において発生される加速電圧の時間的変化を示す波形図である。
この例が上述した第１実施例と大きく異なるところは、第１実施例では一定の大きさの加速電圧を印加したのに対して所定周期のパルス状の加速電圧を印加するように構成した点である。
これ以外の構成は、上述した第１実施例の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。
【００４４】
この例では、加速輸送部２４は、ターゲットＴが表面を加速されながら輸送される絶縁性部材３１の先端部と後端部とに配置された電極３２ａ、３２ｂ間に比較的短い周期の矩形パルス列の電圧を印加して、ターゲットＴを加速させるための加速電圧発生部３３を有している。
加速電圧発生部３３によって発生され、電極３２ａ、３２ｂ間に印加される加速電圧の波形は、図４に示すように、例えば周期Ｔ０が、（Ｔ０＝２［ｍｓ］）、デューティ比が５０［％］の矩形パルス状とされる。また、パルスの高さ（電圧値）は、略７．５［ｋＶ］とされる。また、加速輸送部２４の加速領域の長さＬは、（Ｌ＝２．５［ｍ］）に設定される。なお、加速時間ｔａは、第１実施例と同様に、（ｔａ＝５０［ｍｓ］）とされる。
【００４５】
この例の構成によれば、上述した第１実施例と略同様の効果を得ることができる。
加えて、比較的高い加速電圧を比較的短い周期の矩形パルスとして印加するので、各ターゲットＴを確実に分離して加速し、比較的高い繰返周波数であっても対応してターゲットＴを確実にかつ高速に供給することができる。
【００４６】
以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
例えば、上述の実施例では、略鉛直方向に沿って上方からレーザ光を照射し、水平方向からレーザ照射位置に向けてターゲットを供給する場合について述べたが、レーザ光の入射方向（照射方向）及びターゲットの入射方向（供給方向）につては、特に限定されず、両者のなす角度も直角とは限らず、鈍角であっても鋭角であっても良い。
また、ターゲットを落下（自由落下又は重力以外の外力を付加）させて水平方向からレーザビームを照射するようにしても良いし、水平方向と限らず斜め上方から又は斜め下方から照射させるようにしてもい良い。
また、発生させる光波は、ＥＵＶとは限らず、可視光線からガンマ線まで含まれる。
【００４７】
また、遠心力を利用してターゲットを加速してプラズマ生成装置に供給するようにしても良い。例えば、一端側の回転軸の周りに回転し、他端側にターゲットを上方から受け取って載置し側面を囲んでターゲットを拘束する載置部を配置した腕状部材を設け、回転によってターゲットに所定の運動エネルギを与え、所定のタイミングで拘束を解いて放出し、レーザ照射位置へ向けてターゲットを入射させるようにしても良い。
ここで、腕状部材は複数設けるようにしても良いし、中央部に回転軸を設け、両端部にターゲットを配置するようにしても良い。また、ターゲットを受け取るときに回転を停止させるようにしても良い。また、腕状部材に限らず円板状部材を回転させ、周縁部にターゲットを収納し底部が昇降可能とされた凹部を設け、所定のタイミングで底部を上昇させてターゲットを放出するようにしても良い。
このように、遠心力を利用し機械的にターゲットに運動エネルギを与えてターゲットを供給する方法により、ターゲット供給装置を比較的安価に構成することができる。
【００４８】
また、レーザ装置の繰返周波数は、勿論１［ｋＨｚ］に限らずこれ以上の値であっても良い。また、例えば、数［ｍｉｎ］に１つのパルスを、数［ｋＪ］のエネルギで放射するようにしても良い。
また、回転カッタによって切断されたターゲットをこのまま落下させずに、斜め下方に滑走するように案内しても良い。また、速度検出のためのセンサは、ＬＥＤ等の発光素子と受光素子との組合せに限らず、例えばドップラ効果を利用するものであっても良い。
また、ターゲット材料としては、キセノンに限らず、例えば、アルゴンやクリプトン等の他の不活性元素の固体や、二酸化炭素の固体、アンモニアの固体等を用いるようにしても良い。
【００４９】
また、回転カッタは、平板形に限らず、例えば螺旋形状であっても良い。
また、超低温製氷装置の絞出口は、複数設けられていても良い。これらの複数の絞出口からターゲット材料をそれぞれ切り出して、ターゲットを順次加速して、レーザ照射位置に向けて供給するようにしても良い。これにより、一段と高速にターゲットを供給し、大光量のＥＵＶを取り出すことができる。
また、加速輸送部を複数設けて、異なる方向からターゲットをレーザ照射位置に向けて供給するようにしても良いし、ターゲット供給装置を複数設けるようにしても良い。
また、ターゲットを帯電させるのは、回転カッタによる切断後と限らず、切断前であっても良い。
また、算出れた速度と予め設定された速度とに基づいて、加速電圧発生部に制御信号を送出して、加速電圧を制御して一定に保つようにしても良い。また、同様に、ターゲット材料の絞出し速度や、回転カッタの回転速度、帯電電圧等も制御するようにしても良い。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、レーザ光の照射位置に向けてターゲットを加速して比較的高速に次々に供給するので、比較的高頻度の繰返し発光により、大出力の光波を得ることができる。
例えば、比較的高い繰返し周波数で、パルス状のレーザ光を放射する場合、これに対応させてレーザ照射位置に向けてターゲットを比較的高速に供給することができる。
また、ターゲットの輸送経路上の所定の位置で速度を検出し、ターゲットがレーザ光の照射位置に到達するタイミングで例えばレーザ装置にトリガ信号を与えるので、確実にレーザ光をターゲットに照射し、プラズマ化することができる。
【００５１】
また、ターゲットの大きさを、例えば１回のパルス状のレーザ光の照射で完全にプラズマ化される程度とすることによって、プラズマ化されずに残留した気体による光波の再吸収がなく、再結合して気体に戻ったものも真空排気装置によって迅速に排気して、直後のレーザ光照射時における光波の再吸収も抑制されるので、一段と大出力の光波を得ることができる。また、排気についても従来技術と比較して高速に行う必要がない。
特に、ターゲットとして例えば気体を供給するような場合に比較して、高速に行う必要がないので、真空排気装置は必ずしも大型で高性能のものでなくても良い。
【００５２】
また、比較的高頻度の繰返し発光が可能であるので、ターゲットの大きさを比較的小さくし、レーザ光放射の繰返し周波数を高めることによって、一段と高効率で大出力の光波を得ることができる。
また、ターゲットを加速する際に、比較的高い加速電圧を比較的短い周期の矩形パルスとして印加することによって、各ターゲットを確実に分離して加速し、例えば比較的高い繰返周波数のパルス状のレーザ光を照射する場合であっても、ターゲットを確実にかつ高速に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の第１実施例であるＥＵＶ発生装置の構成を示す図である。
【図２】同ＥＵＶ発生装置のプラズマ生成装置の主要部及びターゲット供給装置の同期部の構成を示す図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】この発明の第２実施例であるＥＵＶ発生装置のターゲット供給装置を構成する加速電圧発生部において発生される加速電圧の時間的変化を示す波形図である。
【符号の説明】
１ ＥＵＶ発生装置（光波発生装置）
２ レーザ装置
３ プラズマ生成装置
４ 超低温製氷装置
５ ターゲット供給装置
２２ 加工部
２３ 帯電部（帯電手段）
２４ 加速輸送部（加速手段）
２５ 同期部（同期手段）
２９ 帯電電圧発生部
３３ 加速電圧発生部
３４、３５ 光学式検出器（速度検出手段の一部）
３６ 基準クロック発生回路（速度検出手段の一部）
３７ 速度演算部（速度検出手段の一部）
３８ 時間演算部（時間算出手段）
３９ パルス発生回路（ トリガ信号供給手段の一部）
４１ 遅延回路（トリガ信号供給手段の一部）
Ｌ レーザ光
Ｒ ＥＵＶ（光波）
Ｔ ターゲット
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばキセノン等の結晶固体からなるターゲットを供給し、レーザ光をターゲットに照射してプラズマを生成させ、ＥＵＶ（extreme ultraviolet rays）等の光波を発生させる光波発生装置及び光波発生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空チャンバ内でターゲット（標的物質）にレーザ光を集光照射して、高温高密度のプラズマを瞬時に生成させ、電子遷移による輻射光としての例えばＥＵＶを取り出して、半導体集積回路の製造工程における縮小投影露光や、各種測定、医療等のために用いている。
上記ターゲットとして例えば金属固体を選んだ場合は、この固体のターゲットにレーザ光を照射してプラズマを発生させると、プラズマの周囲で融解したり気化した物質がプラズマの膨張圧力で吹き飛んでデブリと呼ばれる飛散粒子となり、真空チャンバ内の光学素子等に付着して汚染し、ＥＵＶの減衰の原因ともなる。
【０００３】
このため、例えば、特開昭６１−１５３９３５号公報には、ターゲットとしての水銀等の液体金属を供給用細管（ノズル）から滴下し、このターゲットにレーザパルスを照射してプラズマ化しＥＵＶを発生させる技術が開示されている。
また、特開平１０−２２１４９９号公報には、例えば金属微粒子と希ガスとを混合して供給ノズルから噴射し、噴射された微粒子混合ガスのターゲットにレーザパルスを照射してプラズマ化しＥＵＶを発生させる技術が開示されている。
【０００４】
しかしながら、いずれもノズル直下に向けてレーザ光を照射するために、ターゲット自身に起因するデブリに加え、輻射熱によるノズルからのデブリによっても光学系が汚染されるという問題があった。また、ノズルに熱的損傷をできるだけ与えないようにするための工夫も重要であった。
また、特に気体を供給する場合は、高速に真空排気を行う必要があり、大型の真空排気装置を必要とするためにコストが嵩むという問題もあった。
また、変換効率（照射したレーザ光のエネルギに対する発生したＥＵＶのエネルギの割合）を高めるという観点からは、ターゲットとしては液体や気体よりも固体の方が好ましい。
【０００５】
このために、ターゲットとして低温下で固体化された物質を用い、例えば、金属プレート上に低温下で固体化されたターゲットを複数配置して、順にレーザ光を照射してプラズマ化する技術が提案されている。
しかしながら、ターゲットを打ち尽くした後は、真空チャンバ内に大気を導入して、新しいターゲットを供給する必要があるために、時間と手間を要し実用上煩雑であるという問題があった。
このため、特公平２−４３３１９号公報には、固体化された（常温で気体となる）不活性元素や水の粒子を自由落下させ、このターゲットに水平方向からレーザ光を照射してＥＵＶを得る技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平２−４３３１９号公報記載の上記従来技術では、ターゲットを自由落下させるので、ＥＵＶの光量を増大させようとして、パルス状のレーザ光の繰返周波数を高めようとしても、これに対応させたターゲットの高速供給が困難であるという問題があった。
【０００７】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、ターゲットを比較的高速に供給して、比較的高い繰返周波数でのパルス状レーザ光のターゲットへの照射を可能とし、比較的高頻度の繰返し発光により、大光量の例えばＥＵＶを比較的高い変換効率で得ることができる光波発生装置及び光波発生方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、レーザ光が照射されることによってプラズマ化し、与えられた励起エネルギを光波に換えて輻射するとともに、再結合によって気体となる固体からなるターゲットを供給するターゲット供給装置と、レーザ装置から放射されたレーザ光を前記ターゲット供給装置から供給された前記ターゲットに照射して該ターゲットをプラズマ化し、光波を輻射させるプラズマ生成装置とを備えた光波発生装置であって、前記ターゲットは、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えられ、前記レーザ光の照射のタイミングと同期して、前記レーザ光の照射位置に供給されることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光波発生装置に係り、上記レーザ光は、パルス状に所定の繰返周波数で繰り返し照射されることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の光波発生装置に係り、上記ターゲット供給装置は、上記ターゲットを帯電させる帯電手段と、帯電した上記ターゲットに加速電圧を印加して加速し、上記ターゲットを上記レーザ光の照射位置に供給する加速手段とを有することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の光波発生装置に係り、上記レーザ光の照射のタイミングと、上記加速手段によって上記ターゲットが上記レーザ光の照射位置に供給されるタイミングとを同期させるための同期手段を備えたことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の光波発生装置に係り、上記同期手段は、上記加速手段によって運動エネルギを与えられた上記ターゲットの所定の速度検出位置における速度を求める速度検出手段と、上記速度検出手段によって求められた上記速度に基づいて、上記ターゲットの上記速度検出位置から上記レーザ光の照射位置に至るまでに要する所要時間を求める時間算出手段と、上記時間算出手段によって求められた上記所要時間に基づいて、上記レーザ光の照射のためのトリガ信号を生成し上記レーザ装置に供給するトリガ信号供給手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６記載の発明は、請求項３、４又は５記載の光波発生装置に係り、パルス状の波形が所定周期で繰り返されるように電圧が時間変化して上記加速電圧が印加されることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７記載の発明は、請求項２記載の光波発生装置に係り、前記ターゲットを所定の回転軸の周りに回転する回転部材に載せ、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えて放出し、前記ターゲットを前記レーザ光の照射位置に供給する加速手段とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項８記載の発明は、請求項２乃至７のいずれか１に記載の光波発生装置に係り、供給される上記ターゲットの量は、照射されるパルス状の上記レーザ光の１パルス分のエネルギによって略全てプラズマ化される量に設定されることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１に記載の光波発生装置に係り、上記ターゲットは、キセノンを含む不活性元素の結晶固体からなることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１０記載の発明は、レーザ光が照射されることによってプラズマ化し与えられた励起エネルギを光波に換えて輻射するとともに、再結合によって気体となる固体からなるターゲットを供給するターゲット供給ステップと、レーザ装置から放射されたパルス状のレーザ光を前記ターゲット供給装置から供給された前記ターゲットに照射して該ターゲットをプラズマ化し、光波を輻射させるプラズマ生成ステップとを含む光波発生方法であって、前記ターゲット供給ステップでは、前記ターゲットは、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えられ、前記励起エネルギビームの照射のタイミングと同期して、前記励起エネルギビームの照射位置に供給されることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の光波発生方法に係り、上記レーザ光は、パルス状に所定の繰返周波数で繰り返し照射されることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項１２記載の発明は、請求項１０又は１１記載の光波発生方法に係り、上記ターゲット供給ステップは、上記ターゲットを帯電させる帯電ステップと、帯電した上記ターゲットに加速電圧を印加して加速し、上記ターゲットを上記励起エネルギービームの照射位置に供給する加速ステップとを含むことを特徴としている。
【００２０】
また、請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の光波発生方法に係り、上記ターゲット供給ステップは、上記レーザ光の照射のタイミングと、上記加速ステップで上記ターゲットが上記レーザ光の照射位置に供給されるタイミングとを同期させるための同期ステップを含むことを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の光波発生方法に係り、前記同期ステップは、前記加速ステップで帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えられた前記ターゲットの所定の速度検出位置における速度を求める速度検出ステップと、前記速度検出ステップで求められた前記速度に基づいて、前記ターゲットの前記速度検出位置から前記レーザ光の照射位置に至るまでに要する所要時間を求める時間算出ステップと、前記時間算出ステップで求められた前記所要時間に基づいて、前記レーザ光の照射のためのトリガ信号を生成し供給するトリガ信号供給ステップとを含むことを特徴としている。
【００２２】
また、請求項１５記載の発明は、請求項１２、１３又は１４記載の光波発生方法に係り、パルス状の波形が所定周期で繰り返されるように電圧が時間変化して上記加速電圧が印加されることを特徴としている。
【００２３】
また、請求項１６記載の発明は、請求項１１記載の光波発生方法に係り、前記ターゲット供給ステップは、前記ターゲットを所定の回転軸の周りに回転する回転部材に載せ、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えて放出し、前記ターゲットを前記レーザ光の照射位置に供給する加速ステップを含むことを特徴としている。
【００２４】
また、請求項１７記載の発明は、請求項１１乃至１６のいずれか１に記載の光波発生方法に係り、供給される上記ターゲットの量は、照射されるパルス状の上記レーザ光の１パルス分のエネルギによって略全てプラズマ化される量に設定されることを特徴としている。
【００２５】
また、請求項１８記載の発明は、請求項１０乃至１７のいずれか１に記載の光波発生方法に係り、上記ターゲットは、キセノンを含む不活性元素の結晶固体からなることを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
◇第１実施例
図１は、この発明の第１実施例であるＥＵＶ発生装置の構成を示す図、図２は、同ＥＵＶ発生装置のプラズマ生成装置の主要部及びターゲット供給装置の同期部の構成を示す図、また、図３は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００２７】
この例のＥＵＶ発生装置（光波発生装置）１は、図１に示すように、レーザ装置２において発振されたパルス状のレーザ光ＬをターゲットＴに照射してプラズマ化してＥＵＶ（光波）Ｒを生成するプラズマ生成装置３と、プラズマ生成装置３に連結され、プラズマ生成装置３のレーザ照射位置に、超低温製氷装置４によって製造された例えばキセノンの結晶固体からなるターゲットＴを加速された状態で供給するターゲット供給装置５とを備えてなっている。
プラズマ生成装置３及びターゲット供給装置５は、主要部がそれぞれ真空チャンバ６、７内に収容され、少なくとも動作中は、両真空チャンバ６、７内は、真空排気装置（不図示）によって真空排気されて、同一の所定の圧力（真空度）に保たれる。真空チャンバ６、７内が真空に保たれることによって外部とは十分に断熱がなされる。
【００２８】
プラズマ生成装置３は、図１に示すように、真空チャンバ６内に、レーザ装置２から放射されたパルス状のレーザ光Ｌを収束させる集光レンズ８と、ＥＵＶＲを集めるコレクタミラー９とが配置され、また、ＥＵＶＲが射出される射出口１１と、真空排気装置に接続された排気ダクト１２と、レーザ光Ｌを減衰させるビームダンパ１３とが取り付けられてなっている。
この例では、レーザ装置２は、半導体励起固体レーザ装置であり、レーザ装置２からは、パルス状のレーザ光Ｌが放射され、このレーザ光Ｌは、パルス１つ分のエネルギが数１００［ｍＪ］〜１［Ｊ］、平均出力が数［ｋＷ］〜数１０［ｋＷ］、パルスの繰返周波数ｆが、（ｆ＝１［ｋＨｚ］）に設定される。
【００２９】
ターゲット供給装置５は、図１及び図２に示すように、超低温製氷装置４によって製造されて氷柱状に搾り出され、輸送管２１を介して送られてきたターゲット材料を切断して所定の寸法及び形状のターゲットＴに加工する加工部２２と、ターゲットＴに所定の帯電電圧を印加して帯電させる帯電部（帯電手段）２３と、帯電したターゲットＴに加速電圧を印加して加速し、プラズマ生成装置３のレーザ照射位置までターゲットＴを輸送する加速輸送部（加速手段）２４と、レーザ装置２からのレーザ光照射のタイミングとレーザ照射位置へのターゲットＴの供給のタイミングとを同期させるための同期部（同期手段）２５とを有してなっている。
【００３０】
この例では、プラズマ生成装置３に供給されるターゲットＴは、密度３．５［ｇ／ｃｃ］、直径ｄは（ｄ＝２００［μｍ］）の略球状の固体キセノンである。このターゲットＴの大きさは、１回のパルス状のレーザ光Ｌの照射で完全にプラズマ化される程度に設定される。
加工部２２は、図１及び図３に示すように、中心軸の周りに回転自在に支持され、側面部に多数の切断刄２６ａが形成された略円板状部材からなる回転カッタ２６を有している。この例では、回転カッタ２６の厚さｓは、（ｓ＝１００［μｍ］）とされる。
【００３１】
帯電部２３は、内部をターゲットＴが通過可能な中空の円筒状の絶縁性部材２７の外壁面に配置された電極２８ａ、２８ｂ間に直流電圧を印加し、静電界が形成された絶縁性部材２７の内部を通過するターゲットＴを帯電させる帯電電圧発生部２９を有している。この例では、各ターゲットＴには、５００［μＣ］の電荷が与えられる。
加速輸送部２４は、ターゲットＴが表面を加速されながら輸送される例えば中空の円筒状又は半円筒状の絶縁性部材３１の先端部と後端部とに配置された電極３２ａ、３２ｂ間に例えば直流電圧を印加し、ターゲットＴを加速させるための加速電圧発生部３３を有している。
【００３２】
同期部２５は、ＬＥＤ等の発光素子３４ａ（３５ａ）と受光素子３４ｂ（３５ｂ）との組合せからなる光学式検知器（速度検出手段の一部）３４（３５）と、基準クロック信号を発生する基準クロック発生回路（速度検出手段の一部）３６と、２対の光学式検知器３４、３５から送られてきた検出信号と、基準クロック発生回路３６から供給された基準クロック信号とに基づいて、所定の速度検出位置におけるターゲットＴの速度を算出する速度演算部（速度検出手段の一部）３７と、予め設定されたターゲットＴに加えられる加速度ａと速度演算部３７によって算出されたターゲットＴの速度と速度検出位置とに基づいて、速度検出位置からレーザ照射位置に到達するまでの所要時間を算出する時間演算部（時間算出手段）３８と、トリガパルスを発生するパルス発生回路（トリガ信号供給手段の一部）３９と、パルス発生回路３９によって生成されたトリガパルスを、時間演算部３８によって算出された時間遅延させてレーザ装置２に供給する遅延回路（トリガ信号供給手段の一部）４１とを有している。
【００３３】
この例では、レーザ光Ｌのパルスの繰返周波数ｆに対応させて、ターゲット供給装置５におけるターゲットＴの供給条件が設定される。
プラズマ生成装置３のレーザ照射位置に供給されているターゲットＴと、このターゲットＴの直前に位置し次にレーザ照射位置に供給されるターゲットＴとの間の距離である供給間隔ｐ（図１参照）は、（ｐ＝５［ｃｍ］）に設定される。
また、搾出速度ｖ０は、（ｖ０＝（ｄ＋ｓ）ｆ＝（２００［μｍ］＋１００［μｍ］）×１［ｋＨｚ］＝３０［ｃｍ／ｓ］）とされる。
【００３４】
また、レーザ照射位置に供給されるターゲットＴの供給速度ｖ１は、（ｖ１＝ｐ／（１／ｆ）＝５０［ｍ／ｓ］）とされる。
また、ターゲットＴに時間ｔａの間一定の加速度ａが与えられるとすると、（ｖ１＝ａｔａ＝５０［ｍ／ｓ］）であるので、（ｔａ＝５０［ｍｓ］）と設定すると、（ａ＝１０００［ｍ／ｓ２］）となる。
したがって、加速輸送部２４の加速領域の長さＬは、（Ｌ＝（１／２）ａｔａ ２＝１．２５［ｍ］）となる。
【００３５】
また、ターゲットＴに与えられる外力Ｆは、初速度を０［ｍ／ｓ］とすると、ターゲットＴの質量ｍが、その体積及び密度から（ｍ＝１．４７［ｍｇ］）と求められることから、（Ｆ＝ｍａ＝１．４７［Ｎ］）と算出される。
上述したように、帯電部２３によって、ターゲットＴに５００［μＣ］の電荷が与えられると、上記供給速度ｖ１を得るために、加速電圧発生部３３によって電極３２ａ、３２ｂ間に印加される直流電圧Ｖは、（Ｖ＝３．６５［ｋＶ］）となる。
【００３６】
次に、図１及び図２を参照して、この例のＥＵＶ発生装置の動作について説明する。
ターゲット供給装置５において、図１及び図３に示すように、加工部２２の高速で回転する回転カッタ２６は、超低温製氷装置４から所定の搾出速度ｖ０で搾り出され輸送管２１を介して送られてきたターゲット材料を切断して、所定の寸法及び形状のターゲットＴとする。
切断されたターゲットＴは、円筒状の絶縁性部材２７の内部を通過することによって所定の電荷を与えられて帯電し、絶縁性部材３１の後端部に落下する。帯電したターゲットＴは、加速電圧発生部３３によって印加された加速電圧によって絶縁性部材３１上を所定の加速度で速度を増しながらプラズマ生成装置３のレーザ照射位置に向けて輸送される。
【００３７】
ここで、ターゲットＴの加速領域の輸送経路上に配置された光学式検知器３４、３５を通過すると、発光素子３４ａから受光素子３４ｂへ向けて放射された放射光、発光素子３５ａから受光素子３５ｂへ向けて放射された放射光が、それぞれ遮られて、受光素子３４ｂ、３５ｂが対応する検出信号を速度演算部３７へ送る。
速度演算部３７は、まず、受光素子３４ｂから検出信号を受け取り、一定時間後受光素子３５ｂから検出信号を受け取る。速度演算部３７は、基準クロック発生回路３６から供給される基準クロック信号に基づいて、クロックパルスのパルス数を計数し、両検出信号の受信時刻間の差と、光学式検知器３４と光学式検知器３５との距離とに基づいて、ターゲットＴの速度検出位置（光学式検知器３５の設置位置）における速度を算出し、速度情報を時間演算部３８へ送る。
【００３８】
時間演算部３８は、速度演算部３７から送られてきた速度情報と、予め設定されたターゲットＴに加えられる加速度ａと、ターゲットＴの速度検出位置とレーザ照射位置との間の距離とに基づいて、ターゲットＴの速度検出時刻からレーザ照射位置への到達時刻までに要する時間を算出し、所要時間情報を遅延回路４１に与える。
遅延回路４１は、時間演算部３８から送られてきた所要時間情報に基づいて、パルス発生回路３９から供給されたトリガパルスを遅延させて、レーザ装置２に供給する。
【００３９】
こうして、レーザ装置２は、ターゲットＴがレーザ照射位置に到達する所定のタイミングでトリガパルスを受け取り、ターゲットＴへ向けてパルス状のレーザ光Ｌを照射する。
レーザ装置２から放射されたパルス状のレーザ光Ｌは、集光レンズ８によって収束されて、ターゲットＴに照射される。これによりターゲットＴは、瞬時にプラズマ化し、電子遷移による輻射光としてのＥＵＶＲが生成される。
ＥＵＶＲは、コレクタミラー９によって集光されて、ＥＵＶ取出ダクト１１から取り出される。再結合して気体に戻ったキセノンは排気ダクト１２から真空排気装置によって排出され、次のレーザ光照射時のＥＵＶＲの再吸収が抑制される。
以上の動作は繰り返し行われ、レーザ装置２からは、パルス状のレーザ光Ｌが所定の繰返周波数ｆで繰り返し放射され、高速に次々に供給されるターゲットＴに照射されて、プラズマ化され、大光量（大出力）のＥＵＶＲが取り出される。
【００４０】
このように、この例の構成によれば、レーザ装置２において、比較的高い繰返し周波数で、パルス状のレーザ光Ｌを放射し、これに対応させてレーザ照射位置に向けてターゲットＴを加速輸送部２４において加速して比較的高速に次々に供給するので、比較的高頻度の繰返し発光により、大光量（高出力）のＥＵＶを得ることができる。
また、同期部２５において、ターゲットＴの輸送経路上の所定の位置で速度を検出し、ターゲットＴがレーザ照射位置に到達するタイミングでレーザ装置２にトリガパルスを与えるので、確実にレーザ光ＬをターゲットＴに照射し、プラズマ化することができる。
【００４１】
また、ターゲットＴの大きさは、１回のパルス状のレーザ光Ｌの照射で完全にプラズマ化される程度とされているので、例えばプラズマ化されずに残留した気体によるＥＵＶの再吸収がなく、再結合して気体に戻ったものも真空排気装置によって迅速に排気され、直後のレーザ光照射時におけるＥＵＶの再吸収も抑制されるので、一段と大光量のＥＵＶを得ることができる。また、排気についても従来技術と比較して高速に行う必要がない。
特に、ターゲットとして例えば気体を供給するような場合に比較して、高速に行う必要がないので、真空排気装置は必ずしも大型で高性能のものでなくても良い。
また、上述したように、比較的高頻度の繰返し発光が可能であるので、ターゲットＴの大きさを比較的小さくし、レーザ装置２におけるレーザ光Ｌ放射の繰返し周波数ｆを高めることによって、一段と高効率で大光量のＥＵＶを得ることができる。
【００４２】
また、ターゲットＴとして超低温で固体化された不活性元素を用いるので、比較的高い変換効率を得ることができるとともに、例えばコレクタミラーに対するデブリによる汚染を防止することができる。
また、ターゲットとして液体や気体を供給する場合のように、ターゲットを供給するためのノズルを必要としないので、ノズル近傍へのレーザ光照射によるノズルへのノズルへの熱的損傷を回避するための工夫も無用であり、ノズルに由来するデブリによる例えばコレクタミラーに対する汚染の心配もない。
【００４３】
◇第２実施例
図４は、この発明の第２実施例であるＥＵＶ発生装置のターゲット供給装置を構成する加速電圧発生部において発生される加速電圧の時間的変化を示す波形図である。
この例が上述した第１実施例と大きく異なるところは、第１実施例では一定の大きさの加速電圧を印加したのに対して所定周期のパルス状の加速電圧を印加するように構成した点である。
これ以外の構成は、上述した第１実施例の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。
【００４４】
この例では、加速輸送部２４は、ターゲットＴが表面を加速されながら輸送される絶縁性部材３１の先端部と後端部とに配置された電極３２ａ、３２ｂ間に比較的短い周期の矩形パルス列の電圧を印加して、ターゲットＴを加速させるための加速電圧発生部３３を有している。
加速電圧発生部３３によって発生され、電極３２ａ、３２ｂ間に印加される加速電圧の波形は、図４に示すように、例えば周期Ｔ０が、（Ｔ０＝２［ｍｓ］）、デューティ比が５０［％］の矩形パルス状とされる。また、パルスの高さ（電圧値）は、略７．５［ｋＶ］とされる。また、加速輸送部２４の加速領域の長さＬは、（Ｌ＝２．５［ｍ］）に設定される。なお、加速時間ｔａは、第１実施例と同様に、（ｔａ＝５０［ｍｓ］）とされる。
【００４５】
この例の構成によれば、上述した第１実施例と略同様の効果を得ることができる。
加えて、比較的高い加速電圧を比較的短い周期の矩形パルスとして印加するので、各ターゲットＴを確実に分離して加速し、比較的高い繰返周波数であっても対応してターゲットＴを確実にかつ高速に供給することができる。
【００４６】
以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
例えば、上述の実施例では、略鉛直方向に沿って上方からレーザ光を照射し、水平方向からレーザ照射位置に向けてターゲットを供給する場合について述べたが、レーザ光の入射方向（照射方向）及びターゲットの入射方向（供給方向）につては、特に限定されず、両者のなす角度も直角とは限らず、鈍角であっても鋭角であっても良い。
また、ターゲットを落下（自由落下又は重力以外の外力を付加）させて水平方向からレーザビームを照射するようにしても良いし、水平方向と限らず斜め上方から又は斜め下方から照射させるようにしてもい良い。
また、発生させる光波は、ＥＵＶとは限らず、可視光線からガンマ線まで含まれる。
【００４７】
また、遠心力を利用してターゲットを加速してプラズマ生成装置に供給するようにしても良い。例えば、一端側の回転軸の周りに回転し、他端側にターゲットを上方から受け取って載置し側面を囲んでターゲットを拘束する載置部を配置した腕状部材を設け、回転によってターゲットに所定の運動エネルギを与え、所定のタイミングで拘束を解いて放出し、レーザ照射位置へ向けてターゲットを入射させるようにしても良い。
ここで、腕状部材は複数設けるようにしても良いし、中央部に回転軸を設け、両端部にターゲットを配置するようにしても良い。また、ターゲットを受け取るときに回転を停止させるようにしても良い。また、腕状部材に限らず円板状部材を回転させ、周縁部にターゲットを収納し底部が昇降可能とされた凹部を設け、所定のタイミングで底部を上昇させてターゲットを放出するようにしても良い。
このように、遠心力を利用し機械的にターゲットに運動エネルギを与えてターゲットを供給する方法により、ターゲット供給装置を比較的安価に構成することができる。
【００４８】
また、レーザ装置の繰返周波数は、勿論１［ｋＨｚ］に限らずこれ以上の値であっても良い。また、例えば、数［ｍｉｎ］に１つのパルスを、数［ｋＪ］のエネルギで放射するようにしても良い。
また、回転カッタによって切断されたターゲットをこのまま落下させずに、斜め下方に滑走するように案内しても良い。また、速度検出のためのセンサは、ＬＥＤ等の発光素子と受光素子との組合せに限らず、例えばドップラ効果を利用するものであっても良い。
また、ターゲット材料としては、キセノンに限らず、例えば、アルゴンやクリプトン等の他の不活性元素の固体や、二酸化炭素の固体、アンモニアの固体等を用いるようにしても良い。
【００４９】
また、回転カッタは、平板形に限らず、例えば螺旋形状であっても良い。
また、超低温製氷装置の絞出口は、複数設けられていても良い。これらの複数の絞出口からターゲット材料をそれぞれ切り出して、ターゲットを順次加速して、レーザ照射位置に向けて供給するようにしても良い。これにより、一段と高速にターゲットを供給し、大光量のＥＵＶを取り出すことができる。
また、加速輸送部を複数設けて、異なる方向からターゲットをレーザ照射位置に向けて供給するようにしても良いし、ターゲット供給装置を複数設けるようにしても良い。
また、ターゲットを帯電させるのは、回転カッタによる切断後と限らず、切断前であっても良い。
また、算出れた速度と予め設定された速度とに基づいて、加速電圧発生部に制御信号を送出して、加速電圧を制御して一定に保つようにしても良い。また、同様に、ターゲット材料の絞出し速度や、回転カッタの回転速度、帯電電圧等も制御するようにしても良い。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、レーザ光の照射位置に向けてターゲットを加速して比較的高速に次々に供給するので、比較的高頻度の繰返し発光により、大出力の光波を得ることができる。
例えば、比較的高い繰返し周波数で、パルス状のレーザ光を放射する場合、これに対応させてレーザ照射位置に向けてターゲットを比較的高速に供給することができる。
また、ターゲットの輸送経路上の所定の位置で速度を検出し、ターゲットがレーザ光の照射位置に到達するタイミングで例えばレーザ装置にトリガ信号を与えるので、確実にレーザ光をターゲットに照射し、プラズマ化することができる。
【００５１】
また、ターゲットの大きさを、例えば１回のパルス状のレーザ光の照射で完全にプラズマ化される程度とすることによって、プラズマ化されずに残留した気体による光波の再吸収がなく、再結合して気体に戻ったものも真空排気装置によって迅速に排気して、直後のレーザ光照射時における光波の再吸収も抑制されるので、一段と大出力の光波を得ることができる。また、排気についても従来技術と比較して高速に行う必要がない。
特に、ターゲットとして例えば気体を供給するような場合に比較して、高速に行う必要がないので、真空排気装置は必ずしも大型で高性能のものでなくても良い。
【００５２】
また、比較的高頻度の繰返し発光が可能であるので、ターゲットの大きさを比較的小さくし、レーザ光放射の繰返し周波数を高めることによって、一段と高効率で大出力の光波を得ることができる。
また、ターゲットを加速する際に、比較的高い加速電圧を比較的短い周期の矩形パルスとして印加することによって、各ターゲットを確実に分離して加速し、例えば比較的高い繰返周波数のパルス状のレーザ光を照射する場合であっても、ターゲットを確実にかつ高速に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の第１実施例であるＥＵＶ発生装置の構成を示す図である。
【図２】同ＥＵＶ発生装置のプラズマ生成装置の主要部及びターゲット供給装置の同期部の構成を示す図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】この発明の第２実施例であるＥＵＶ発生装置のターゲット供給装置を構成する加速電圧発生部において発生される加速電圧の時間的変化を示す波形図である。
【符号の説明】
１ ＥＵＶ発生装置（光波発生装置）
２ レーザ装置
３ プラズマ生成装置
４ 超低温製氷装置
５ ターゲット供給装置
２２ 加工部
２３ 帯電部（帯電手段）
２４ 加速輸送部（加速手段）
２５ 同期部（同期手段）
２９ 帯電電圧発生部
３３ 加速電圧発生部
３４、３５ 光学式検出器（速度検出手段の一部）
３６ 基準クロック発生回路（速度検出手段の一部）
３７ 速度演算部（速度検出手段の一部）
３８ 時間演算部（時間算出手段）
３９ パルス発生回路（ トリガ信号供給手段の一部）
４１ 遅延回路（トリガ信号供給手段の一部）
Ｌ レーザ光
Ｒ ＥＵＶ（光波）
Ｔ ターゲット
Claims (18)
- レーザ光が照射されることによってプラズマ化し、与えられた励起エネルギを光波に換えて輻射するとともに、再結合によって気体となる固体からなるターゲットを供給するターゲット供給装置と、
レーザ装置から放射されたレーザ光を前記ターゲット供給装置から供給された前記ターゲットに照射して該ターゲットをプラズマ化し、光波を輻射させるプラズマ生成装置とを備えた光波発生装置であって、
前記ターゲットは、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えられ、前記レーザ光の照射のタイミングと同期して、前記レーザ光の照射位置に供給されることを特徴とする光波発生装置。 - 前記レーザ光は、パルス状に所定の繰返周波数で繰り返し照射されることを特徴とする請求項１記載の光波発生装置。
- 前記ターゲット供給装置は、前記ターゲットを帯電させる帯電手段と、帯電した前記ターゲットに加速電圧を印加して加速し、前記ターゲットを前記レーザ光の照射位置に供給する加速手段とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の光波発生装置。
- 前記レーザ光の照射のタイミングと、前記加速手段によって前記ターゲットが前記レーザ光の照射位置に供給されるタイミングとを同期させるための同期手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の光波発生装置。
- 前記同期手段は、前記加速手段によって運動エネルギを与えられた前記ターゲットの所定の速度検出位置における速度を求める速度検出手段と、前記速度検出手段によって求められた前記速度に基づいて、前記ターゲットの前記速度検出位置から前記レーザ光の照射位置に至るまでに要する所要時間を求める時間算出手段と、前記時間算出手段によって求められた前記所要時間に基づいて、前記レーザ光の照射のためのトリガ信号を生成し前記レーザ装置に供給するトリガ信号供給手段とを備えたことを特徴とする請求項４記載の光波発生装置。
- パルス状の波形が所定周期で繰り返されるように電圧が時間変化して前記加速電圧が印加されることを特徴とする請求項３、４又は５記載の光波発生装置。
- 前記ターゲットを所定の回転軸の周りに回転する回転部材に載せ、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えて放出し、前記ターゲットを前記レーザ光の照射位置に供給する加速手段とを備えたことを特徴とする請求項２記載の光波発生装置。
- 供給される前記ターゲットの量は、照射されるパルス状の前記レーザ光の１パルス分のエネルギによって略全てプラズマ化される量に設定されることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１に記載の光波発生装置。
- 前記ターゲットは、キセノンを含む不活性元素の結晶固体からなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１に記載の光波発生装置。
- レーザ光が照射されることによってプラズマ化し与えられた励起エネルギを光波に換えて輻射するとともに、再結合によって気体となる固体からなるターゲットを供給するターゲット供給ステップと、
レーザ装置から放射されたパルス状のレーザ光を前記ターゲット供給装置から供給された前記ターゲットに照射して該ターゲットをプラズマ化し、光波を輻射させるプラズマ生成ステップとを含む光波発生方法であって、
前記ターゲット供給ステップでは、前記ターゲットは、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えられ、前記励起エネルギビームの照射のタイミングと同期して、前記励起エネルギビームの照射位置に供給されることを特徴とする光波発生方法。 - 前記レーザ光は、パルス状に所定の繰返周波数で繰り返し照射されることを特徴とする請求項１０記載の光波発生方法。
- 前記ターゲット供給ステップは、前記ターゲットを帯電させる帯電ステップと、帯電した前記ターゲットに加速電圧を印加して加速し、前記ターゲットを前記励起エネルギービームの照射位置に供給する加速ステップとを含むことを特徴とする請求項１０又は１１記載の光波発生方法。
- 前記ターゲット供給ステップは、前記レーザ光の照射のタイミングと、前記加速ステップで前記ターゲットが前記レーザ光の照射位置に供給されるタイミングとを同期させるための同期ステップを含むことを特徴とする請求項１２記載の光波発生方法。
- 前記同期ステップは、前記加速ステップで帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えられた前記ターゲットの所定の速度検出位置における速度を求める速度検出ステップと、前記速度検出ステップで求められた前記速度に基づいて、前記ターゲットの前記速度検出位置から前記レーザ光の照射位置に至るまでに要する所要時間を求める時間算出ステップと、前記時間算出ステップで求められた前記所要時間に基づいて、前記レーザ光の照射のためのトリガ信号を生成し供給するトリガ信号供給ステップとを含むことを特徴とする請求項１３記載の光波発生方法。
- パルス状の波形が所定周期で繰り返されるように電圧が時間変化して前記加速電圧が印加されることを特徴とする請求項１２、１３又は１４記載の光波発生方法。
- 前記ターゲット供給ステップは、前記ターゲットを所定の回転軸の周りに回転する回転部材に載せ、帯電による荷電加速で飛翔エネルギを与えて放出し、前記ターゲットを前記レーザ光の照射位置に供給する加速ステップを含むことを特徴とする請求項１１記載の光波発生方法。
- 供給される前記ターゲットの量は、照射されるパルス状の前記レーザ光の１パルス分のエネルギによって略全てプラズマ化される量に設定されることを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１に記載の光波発生方法。
- 前記ターゲットは、キセノンを含む不活性元素の結晶固体からなることを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれか１に記載の光波発生方法。
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