JP4565194B2 - 極端紫外光・ｘ線源用ターゲット及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、波長1〜100nm程度の極端紫外光や波長1nm以下のX線を生成するためのターゲット及びその製造方法に関する。このターゲットを用いて生成した極端紫外光は、半導体装置の製造におけるリソグラフィー等に好適に用いることができる。
半導体集積回路は通常、リソグラフィー技術を用いて製造される。リソグラフィーの最小加工寸法は照射する光の波長に依存し、集積回路の集積度を向上させるには照射光の波長を短くすることが必要となる。具体的には、現在リソグラフィーは波長157nm〜365nmの光源を用いて行われているが、今後は波長11nm〜14nmの極端紫外光領域の光源を用いたリソグラフィーを実用化することが目標とされている。
極端紫外光を生成する光源として、レーザプラズマ方式が検討されている。これは、ターゲットにレーザ光を照射してプラズマを形成し、このプラズマから放射される極端紫外光を利用するものである。
極端紫外光の発光効率について図１を用いて説明する。図１の横軸が0μmである位置（符号１５）はターゲットの表面であり、横軸が負の値で示された領域（表面１５よりも左側の領域）はターゲットの内部、横軸が正の値で示された領域（表面１５よりも右側の領域）はターゲットの外部にあたる。ターゲットに対して、グラフの右端から左側へ、すなわち矢印１３の向きにレーザを照射すると、ターゲットの表面がアブレーションされ、ターゲットの外部に吹き出すプラズマが現れる。このプラズマはレーザ強度が一定である間は準定常状態となる。分布曲線１８及び１９は、ターゲット及びプラズマを構成する元素の原子密度を示す。そのうち横軸が負の値で示された領域では分布曲線１８及び１９は固体状態のターゲットの原子密度（初期密度）を、横軸が正の値で示された領域ではこれらの分布曲線はその元素のプラズマ密度を示す。プラズマ密度は、表面１５から離れるに従い、指数関数的に減少する。
ターゲットに照射されたレーザ光のエネルギーはレーザ吸収領域１１で吸収される。吸収されたエネルギーは、符号１４で示すように、レーザ吸収領域１１から極端紫外光発光領域１２に輸送される。輸送されたエネルギーによって、極端紫外光発光領域１２で極端紫外光が発光する。
本願発明者は、この両領域の間のエネルギーの輸送の際にエネルギーの損失が生じることを見いだし、ターゲットの密度を調整することによりレーザ吸収領域と極端紫外光発光領域を空間的に接近させ、極端紫外光の発光効率を高めることに想到した（特許文献１）。その原理は次の通りである。
ターゲットにレーザ光を照射したときに生成されるプラズマの密度は、ターゲットの初期密度に依存し、密度が高い場合には表面から遠方までプラズマが存在する（分布曲線１８）のに対し、密度が低い場合には表面の近傍にしか存在しない（分布曲線１９）。レーザ吸収領域１１は、次式で規定されるプラズマのいわゆるカットオフ電子密度領域である。すなわち、レーザ光の波長λに対して
c/λ=[(e2ncr)/(ε0me)]1/2 …(1)
（ここで c, e,ε0, me, ncr はそれぞれ、光速、単位電荷量、真空の誘電率、電子質量、電子密度）となる。このカットオフ電子密度領域は、ターゲット初期密度が低いほど表面１５に近い方（レーザ光照射側から見て下流領域）に移動する（矢印１７）。一方、プラズマが極端紫外光を発光する条件は密度のみならず温度にも依存し、極端紫外光発光領域１２は、ターゲット初期密度が低い場合にはそれが高い場合に比べてターゲット面に近い領域になる。レーザ吸収領域１１を極端紫外光発光領域１２に近づけるためには、ターゲットの密度を小さくすればよい。そこで、特許文献１では、ターゲット内の重金属の密度がその重金属の結晶密度の0.5%〜80%である低密度ターゲットを用いた。
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但し、発光領域から見て表面１５から遠い方（レーザ光の上流側）には、発光領域よりも密度の低いプラズマが存在する。このプラズマは極端紫外光を再吸収し、その極端紫外光よりも波長が長い光を発光する。これにより極端紫外光の発光効率が低下するそこで、特許文献１では、内部に空隙を有する重金属（又は重金属化合物、以下同様）ターゲットや、フロスト状の重元素ターゲットから成る低密度ターゲットを用いた。これにより、発光領域よりも上流側に生成されるプラズマの[厚み×密度]を小さくし、極端紫外光の再吸収を抑制することができる。
このターゲットに用いることができる重金属にはGe（ゲルマニウム）、Zr（ジルコニウム）、Mo（モリブデン）、Ag（銀）、Sn（スズ）、La（ランタン）、Gd（ガドリニウム）、W（タングステン）等がある。この中で、最もレーザ光の吸収効率が高く、それにより最も効率よく極端紫外光を発光することができるのはSnである。Snを用いたターゲットから得られる極端紫外光の波長は13.5nmである。また、重金属にCuやMoなどを用いることにより、更に波長の短いX線を得ることもできる。
上記フロスト状重元素ターゲットを用いる場合には、その場でターゲットを生成してそれをレーザ照射領域に供給する必要があり、必要な量のターゲットを固定して配置することはできない。また、上記空隙含有重金属ターゲットは、製造時に所望の形状にすることはできるが、製造後には変形させることが困難である。このことは、重金属ターゲットを極端紫外光源に取り付ける際に難点となる。そのため、操作性（ハンドリング）のよい重金属ターゲットが求められている。
また、極端紫外光源用ターゲットでは、レーザ光を照射した際にターゲットの一部がプラズマ化せずに粒子（デブリ）となって飛散し、このデブリが光学系等に付着したり光学系等を破損させることにより、装置の精度が低下する、という問題がしばしば生じる。このようなデブリの発生を抑えることも必要である。
本発明が解決しようとする課題は、操作性のよい極端紫外光源用ターゲットを提供することである。本発明では併せて、デブリの発生を抑えることのできる極端紫外光源用ターゲットを得ることができる。また、本発明は極端紫外光源用のターゲットに限らず、X線を生成するためのターゲットにも適用することができる。
(1)極端紫外光・X線源用ターゲット
上記課題を解決するために成された本発明に係る極端紫外光・X線源用ターゲットの第１の態様のものは、水酸基を有する１種又は２種以上の高分子物質から成るマトリックスに重金属を含有させたものであることを特徴とする。
上記課題を解決するために成された本発明に係る極端紫外光・X線源用ターゲットの第１の態様のものは、水酸基を有する１種又は２種以上の高分子物質から成るマトリックスに重金属を含有させたものであることを特徴とする。
第１の態様の極端紫外光・X線源用ターゲットにおいて、ターゲットの形状は薄膜状であることが望ましい。
本発明に係る極端紫外光・X線源用ターゲットの第２の態様のものは、レーザ光が所定の出力で所定の時間照射されることにより極端紫外光又はX線を生成するターゲットにおいて、１個につき、該レーザ光が該所定出力で該所定時間照射されることにより消費されるだけの量の重金属を、又は該量の重金属を含む化合物を中空のカプセル状又は中実のビーズ状に成形したものであることを特徴とする。
第１及び第２の態様において、前記重金属の密度は、該重金属の結晶密度の0.5%〜80%であることが望ましく、該結晶密度の0.5%〜30%であることがより望ましい。
(2)極端紫外光・X線源用ターゲットの製造方法
第１の態様の極端紫外光・X線源用ターゲットの製造方法は、重金属及び高分子物質を溶媒に混合し、該高分子物質を残すように溶媒を蒸発させることを特徴とする。
第１の態様の極端紫外光・X線源用ターゲットの製造方法は、重金属及び高分子物質を溶媒に混合し、該高分子物質を残すように溶媒を蒸発させることを特徴とする。
第２の態様の中実又は中空のカプセル状極端紫外光・X線源用ターゲットの製造方法は、
a) 前記重金属又はそれを含む化合物を水性の溶媒に溶解させた重金属溶液と、油性の溶媒に樹脂を溶解させた樹脂溶液と、を作製する溶液作製工程と、
b) 外側管と内側管から成る二重管の先端を水性溶液から成る液滴分散媒中に浸漬し、外側管から前記樹脂溶液を、内側管から前記重金属溶液を、それぞれ所定の流量で流出させることにより、外側が樹脂溶液、内側が前記の量の重金属を有する重金属溶液から成る二層構造の液滴を前記液滴分散媒中に分散させる液滴作製工程と、
c) 液滴の外側の樹脂溶液中の油性溶媒成分を除去する工程と、
d) 所定の温度で乾燥させることにより重金属溶液中の前記水性溶媒を除去する工程と、
e)前記乾燥温度よりも高い所定の温度で加熱することにより前記樹脂を除去する工程と、
を含むことを特徴とする。
a) 前記重金属又はそれを含む化合物を水性の溶媒に溶解させた重金属溶液と、油性の溶媒に樹脂を溶解させた樹脂溶液と、を作製する溶液作製工程と、
b) 外側管と内側管から成る二重管の先端を水性溶液から成る液滴分散媒中に浸漬し、外側管から前記樹脂溶液を、内側管から前記重金属溶液を、それぞれ所定の流量で流出させることにより、外側が樹脂溶液、内側が前記の量の重金属を有する重金属溶液から成る二層構造の液滴を前記液滴分散媒中に分散させる液滴作製工程と、
c) 液滴の外側の樹脂溶液中の油性溶媒成分を除去する工程と、
d) 所定の温度で乾燥させることにより重金属溶液中の前記水性溶媒を除去する工程と、
e)前記乾燥温度よりも高い所定の温度で加熱することにより前記樹脂を除去する工程と、
を含むことを特徴とする。
また、中実又は中空のカプセル状極端紫外光・X線源用ターゲットの他の製造方法は、
a) 前記重金属又はそれを含む化合物を溶媒に溶解させた重金属溶液を作製する溶液作製工程と、
b) 前記重金属溶液を所定の流量で流出させることにより前記の量の重金属を有する液滴を作製する液滴作製工程と、
c) 前記液滴中の溶媒を除去する工程と、
を含むことを特徴とする。
a) 前記重金属又はそれを含む化合物を溶媒に溶解させた重金属溶液を作製する溶液作製工程と、
b) 前記重金属溶液を所定の流量で流出させることにより前記の量の重金属を有する液滴を作製する液滴作製工程と、
c) 前記液滴中の溶媒を除去する工程と、
を含むことを特徴とする。
(3)極端紫外光・X線発生装置
第１の態様のターゲットを用いた極端紫外光・X線発生装置は、
前記ターゲットを側面に巻き付けて保持する筒状のターゲットホルダと、
前記ターゲットホルダの側面にレーザ光を照射する照射装置と、
前記ターゲットホルダを筒の中心軸を中心として回転させる回転手段と、
前記ターゲットホルダと前記レーザ光の相対位置を該中心軸の軸方向に移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする。
第１の態様のターゲットを用いた極端紫外光・X線発生装置は、
前記ターゲットを側面に巻き付けて保持する筒状のターゲットホルダと、
前記ターゲットホルダの側面にレーザ光を照射する照射装置と、
前記ターゲットホルダを筒の中心軸を中心として回転させる回転手段と、
前記ターゲットホルダと前記レーザ光の相対位置を該中心軸の軸方向に移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする。
また、前記薄膜ターゲットを用いた他の極端紫外光・X線発生装置は、
前記ターゲットを表面に載置して保持する筒状のターゲットホルダと、
前記ターゲットホルダの表面にレーザ光を照射する照射装置と、
前記ターゲットホルダを前記表面に垂直な中心軸を中心として回転させる回転手段と、
前記ターゲットホルダと前記レーザ光の相対位置を、前記表面に平行に移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする。
前記ターゲットを表面に載置して保持する筒状のターゲットホルダと、
前記ターゲットホルダの表面にレーザ光を照射する照射装置と、
前記ターゲットホルダを前記表面に垂直な中心軸を中心として回転させる回転手段と、
前記ターゲットホルダと前記レーザ光の相対位置を、前記表面に平行に移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする。
第２の態様の中空ターゲット又は中実ターゲットを用いた極端紫外光・X線発生装置は、
それらのいずれかのターゲットを所定の周期で１個ずつ所定の領域に供給する極端紫外光・X線源用ターゲット供給装置と、
前記所定領域への極端紫外光・X線源用ターゲットの供給に同期して、前記所定出力、前記所定時間のパルス幅及び前記所定周期を有するパルスレーザ光を該所定領域に照射するレーザ光源と、
を備えることを特徴とする。
それらのいずれかのターゲットを所定の周期で１個ずつ所定の領域に供給する極端紫外光・X線源用ターゲット供給装置と、
前記所定領域への極端紫外光・X線源用ターゲットの供給に同期して、前記所定出力、前記所定時間のパルス幅及び前記所定周期を有するパルスレーザ光を該所定領域に照射するレーザ光源と、
を備えることを特徴とする。
１１…レーザ吸収領域
１２…極端紫外光発光領域
１３…矢印
１４…符号
１５…表面
１５…符号
１７…矢印
１８…分布曲線
１９…分布曲線
２１…塩化スズ-エタノール溶液
２２…塩化スズ-エタノール水溶液
２３…塩化スズ-エタノール水溶液とヒドロキシプロピルセルロースの混合液
２４…基板
２５、３１１、３１２…極端紫外光源用ターゲット
３２１…円筒形ターゲットホルダ
３２２…板状ターゲットホルダ
３３１、３３２…中心軸
３４、７４…パルスレーザ光
３５１、３５２…レーザ光の軌跡
４１…中空重金属カプセル
４１ａ…酸化スズ
４１ｂ…空洞
４２…中実重金属ビーズ
４３…芯材被覆ターゲット
４３ａ…酸化スズ
４３ｂ…芯材
５１…スズ溶液
５２…ポリスチレンオイル
５３…二重管
５３ａ…内側管
５３ｂ…外側管
５４…液滴分散媒
５５…液滴
５６…重金属溶液封入樹脂カプセル
５６ａ…樹脂製カプセル
５７…重金属ゲル封入樹脂カプセル
５７ａ…酸化スズ
６１…スズ溶液
６２…管
６３…塔
６４…液滴
６５…スズ溶液
７１…第２の態様の極端紫外光源用ターゲット
７２…空気銃
７３…レーザ光源
７５…極端紫外光
７６…ターゲット供給源
７７１、７７２…電極
１２…極端紫外光発光領域
１３…矢印
１４…符号
１５…表面
１５…符号
１７…矢印
１８…分布曲線
１９…分布曲線
２１…塩化スズ-エタノール溶液
２２…塩化スズ-エタノール水溶液
２３…塩化スズ-エタノール水溶液とヒドロキシプロピルセルロースの混合液
２４…基板
２５、３１１、３１２…極端紫外光源用ターゲット
３２１…円筒形ターゲットホルダ
３２２…板状ターゲットホルダ
３３１、３３２…中心軸
３４、７４…パルスレーザ光
３５１、３５２…レーザ光の軌跡
４１…中空重金属カプセル
４１ａ…酸化スズ
４１ｂ…空洞
４２…中実重金属ビーズ
４３…芯材被覆ターゲット
４３ａ…酸化スズ
４３ｂ…芯材
５１…スズ溶液
５２…ポリスチレンオイル
５３…二重管
５３ａ…内側管
５３ｂ…外側管
５４…液滴分散媒
５５…液滴
５６…重金属溶液封入樹脂カプセル
５６ａ…樹脂製カプセル
５７…重金属ゲル封入樹脂カプセル
５７ａ…酸化スズ
６１…スズ溶液
６２…管
６３…塔
６４…液滴
６５…スズ溶液
７１…第２の態様の極端紫外光源用ターゲット
７２…空気銃
７３…レーザ光源
７５…極端紫外光
７６…ターゲット供給源
７７１、７７２…電極
(1)第１の態様の極端紫外光・X線源用ターゲット
まず、第１の態様の極端紫外光・X線源用ターゲットの構成、製造方法及びこのターゲットを使用した極端紫外光・X線発生装置（それに付随した極端紫外光・X線発生方法）、並びにこの極端紫外光・X線源用ターゲットより得られる効果について説明する。
(1-1)構成
このターゲットは高分子物質がマトリックスとなる。その形状はバルク状であってもよいが、薄膜状であることが望ましい。これは、ターゲットとして使用できる範囲がその表面付近のみであることから薄膜状にすることにより使用効率が向上するためと、柔軟性が高いためである。
まず、第１の態様の極端紫外光・X線源用ターゲットの構成、製造方法及びこのターゲットを使用した極端紫外光・X線発生装置（それに付随した極端紫外光・X線発生方法）、並びにこの極端紫外光・X線源用ターゲットより得られる効果について説明する。
(1-1)構成
このターゲットは高分子物質がマトリックスとなる。その形状はバルク状であってもよいが、薄膜状であることが望ましい。これは、ターゲットとして使用できる範囲がその表面付近のみであることから薄膜状にすることにより使用効率が向上するためと、柔軟性が高いためである。
このターゲットのマトリックスに重金属を含有させる。重金属には例えば、Ge、Zr、Mo、Ag、Sn、La、Gd、W等、従来の極端紫外光源用ターゲットに用いられているものと同様のものを用いることができる。また、X線源用としては、CuやMo等の重金属を用いることができる。
このターゲットのマトリックスとなる高分子物質には様々なものを用いることができるが、水酸基を有する高分子を用いることが望ましい。これは、ターゲットの製造時に溶媒として用いられるアルコール及び重金属から生成されるアルコキシドと高分子の水酸基が交換反応して化学結合することにより、重金属がターゲット中に分子レベルで均一に含まれるようになるからである。水酸基を有する高分子には、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール等がある。水酸基を有する高分子は１種のみ用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。また、水酸基を有する高分子とそれ以外の高分子を混合して用いてもよい。
重金属の密度はその重金属の結晶密度の0.5%〜80%にすることが望ましい。これにより、特許文献１に記載のように、極端紫外光の発光効率を高めることができる。より望ましくは、この重金属の密度をその重金属の結晶密度の0.5%〜30%にする。これにより、得られるターゲットが可視光に対して透明になる。ターゲットが透明であると、万が一、重金属の密度が不均一なターゲットが得られた場合に、それを発見することができる。
このターゲットにレーザ光を照射することにより、ターゲットが含有する重金属のプラズマが生成され、その重金属の種類に応じた波長の極端紫外光又はX線がこのプラズマから放射される。例えば、上記重金属がGeの場合には波長31.9nm、Zrの場合には波長22.4nm、Moの場合には波長20.4nm、Agの場合には波長16.0nm、Snの場合には波長13.6nm、Laの場合には波長9.2nm、Gdの場合には波長6.8nm、Wの場合には波長5.0nmの極端紫外光が、生成されるプラズマから放射される。また、上記重金属がCuの場合には波長0.154nm、Moの場合には波長0.071nmのX線がプラズマから放射される。
(1-2)製造方法
第１の態様のターゲットは、重金属及び高分子物質を溶媒に混合し、溶媒を蒸発させることにより製造することができる。溶媒には例えば、水、エタノール等のアルコール、あるいは水とアルコールの混合液等を用いることができる。重金属や高分子物質は、溶媒に溶解してもよいし、溶解せずに分散していてもよい。高分子物質が水酸基を有する場合には、重金属と溶媒物質からアルコキシドが生成してそのアルコキシドと高分子の水酸基が化学結合するように、溶媒にはエタノール等のアルコールを含むことが望ましい。
第１の態様のターゲットは、重金属及び高分子物質を溶媒に混合し、溶媒を蒸発させることにより製造することができる。溶媒には例えば、水、エタノール等のアルコール、あるいは水とアルコールの混合液等を用いることができる。重金属や高分子物質は、溶媒に溶解してもよいし、溶解せずに分散していてもよい。高分子物質が水酸基を有する場合には、重金属と溶媒物質からアルコキシドが生成してそのアルコキシドと高分子の水酸基が化学結合するように、溶媒にはエタノール等のアルコールを含むことが望ましい。
また、溶媒を蒸発させた後に更に加熱して高分子物質の一部を除去してもよい。これにより、高分子物質から発生するデブリを抑えることができる。
(1-3)極端紫外光・X線発生装置及び発生方法
第１の態様のターゲットは高分子物質をマトリックスとするため、所望の形状に容易に変形することができる。そのため、例えば薄膜状にすれば、変形し難い従来のターゲットでは取り付けることが困難であった筒状のターゲットホルダであっても表面に巻き付けて容易に取り付けることができる。そこで極端紫外光・X線発生装置には、このようなターゲットホルダと、ターゲットホルダの側面にレーザ光を照射する照射装置と、筒の略中心を通る軸（中心軸）を中心としてターゲットホルダを回転させる回転手段を設け、更に、ターゲットホルダとレーザ光の相対位置を前記中心軸の軸方向に移動させる移動手段を設けるとよい。この装置を用いて、ターゲットを巻き付けた筒状ターゲットホルダを、中心軸を中心として回転させつつ中心軸に平行に移動させながらレーザ光をターゲットに照射すると、レーザ照射痕の軌跡は螺旋状になる。これにより、ターゲットの表面のほぼ全部を使用することができターゲットの使用効率が高くなると共に、レーザ光照射位置に常に新しい照射面を露出することができ１個のターゲットで連続して運転できる時間を長くすることができる。
第１の態様のターゲットは高分子物質をマトリックスとするため、所望の形状に容易に変形することができる。そのため、例えば薄膜状にすれば、変形し難い従来のターゲットでは取り付けることが困難であった筒状のターゲットホルダであっても表面に巻き付けて容易に取り付けることができる。そこで極端紫外光・X線発生装置には、このようなターゲットホルダと、ターゲットホルダの側面にレーザ光を照射する照射装置と、筒の略中心を通る軸（中心軸）を中心としてターゲットホルダを回転させる回転手段を設け、更に、ターゲットホルダとレーザ光の相対位置を前記中心軸の軸方向に移動させる移動手段を設けるとよい。この装置を用いて、ターゲットを巻き付けた筒状ターゲットホルダを、中心軸を中心として回転させつつ中心軸に平行に移動させながらレーザ光をターゲットに照射すると、レーザ照射痕の軌跡は螺旋状になる。これにより、ターゲットの表面のほぼ全部を使用することができターゲットの使用効率が高くなると共に、レーザ光照射位置に常に新しい照射面を露出することができ１個のターゲットで連続して運転できる時間を長くすることができる。
また、第１の態様のターゲットをターゲットホルダの表面に載置して、この表面に略垂直な軸を中心軸として回転させつつ、レーザ光をこの表面に平行に移動させながら照射することにより、レーザ照射痕の軌跡を渦巻き状にすることができる。これにより、筒状ターゲットホルダを用いる場合と同様に、ターゲットの表面のほぼ全部を使用することができターゲットの使用効率が高くなると共に、レーザ光照射位置に常に新しい照射面を露出することができ１個のターゲットで連続して運転できる時間を長くすることができる。この場合、極端紫外光・X線発生装置には、ターゲットを表面に載置して保持するターゲットホルダと、ターゲットホルダの表面にレーザ光を照射する照射装置と、中心軸を中心としてターゲットホルダを回転させる回転手段と、ターゲットホルダとレーザ光の相対位置を前記表面に平行に移動させる移動手段と、を設けるとよい。
これらの極端紫外光・X線発生装置において、更に使用済みのターゲットを新しいターゲットに交換するターゲット交換装置を設けることができる。このターゲット交換装置には、使用前のターゲットを保持したターゲットホルダをレーザ光の照射位置に移送し、そのターゲットを使用した後にターゲットホルダを照射位置の外に移送し、新たに使用前のターゲットを保持したターゲットホルダを照射位置に移送するものを用いることができる。この場合、交換はターゲットホルダごと行う。一方、このターゲット交換装置は、使用前のターゲットをターゲットホルダに取り付け、ターゲットを使用した後にその使用済ターゲットをターゲットホルダから取り外し、新たに使用前のターゲットをターゲットホルダに取り付けるものであってもよい。この場合、ターゲット交換装置は、ターゲットホルダを交換することなくターゲットのみを交換する。
第１の態様のターゲットはテープ状に加工することもできる。このテープ状ターゲットを用いると、ターゲットを容易に移動してレーザ光照射位置に常に新しい照射面を露出することができ、上記筒状ターゲット等と同様に光源の連続運転が可能になる。
(2)第２の態様の極端紫外光・X線源用ターゲット
(2-1)構成
第２の態様の極端紫外光・X線源用ターゲットでは、１個のターゲットは、レーザ光が所定の出力で所定の時間照射されることにより消費されるだけの量の重金属又は重金属化合物から成る。通常、極端紫外光源では極端紫外光源用ターゲットにパルスレーザ光を照射することにより極端紫外光を生成することから、１パルスのレーザ光の照射により消費されるように、出力とパルス幅（照射時間）に応じて重金属の量を定めるとよい。X線源の場合も同様である。
(2-1)構成
第２の態様の極端紫外光・X線源用ターゲットでは、１個のターゲットは、レーザ光が所定の出力で所定の時間照射されることにより消費されるだけの量の重金属又は重金属化合物から成る。通常、極端紫外光源では極端紫外光源用ターゲットにパルスレーザ光を照射することにより極端紫外光を生成することから、１パルスのレーザ光の照射により消費されるように、出力とパルス幅（照射時間）に応じて重金属の量を定めるとよい。X線源の場合も同様である。
従来のターゲットでは、パルスレーザ光を１回照射した時に発生する極端紫外光の光子数に比べて大過剰のターゲット原子が存在し、それがデブリの発生の原因となっていた。それに対して第２の態様の極端紫外光・X線源用ターゲットでは、１回のレーザ光の照射の際に、極端紫外光発生に寄与しないターゲット原子が少ないため、それによりデブリの発生を抑えることができる。また、ターゲットを無駄なく使用することができる。更に、ターゲットはちょうどレーザ光１パルス照射分の量に調整されているため、レーザ光１パルスにつき１個のターゲットを供給することによりターゲットの使用量を適切に調整することができる。
上記重金属の量は当業者であれば適宜定めることができるものである。例えば、出力1010W/cm2、パルス幅5ナノ秒のパルスレーザ光を極端紫外光源用ターゲットに照射する場合には、厚さ30nm、直径500μmの円板状に成形した金属結晶に相当する量のSnターゲット、換言すれば[密度×厚さ]が2×10-5g/cm2のSnターゲットは上記条件を満たす。
このような極端紫外光源・X線源用ターゲットには、より具体的には、例えば以下の第１及び第２の例のものを用いることができる。これらの極端紫外光源・X線源用ターゲットは、必要な量だけの重金属又は重金属化合物を保持するのに適したものである。
第２の態様の極端紫外光源用ターゲットの第１の例は、レーザ光が所定の出力で所定の時間照射されることにより消費されるだけの量の重金属又は重金属化合物を中空のカプセル状又は中実のビーズ状に成形したもの（中空重金属カプセル、中実重金属ビーズ）である。この極端紫外光源用ターゲットは、重金属又は重金属化合物以外の材料を含まないため、デブリの発生を更に抑制することができる。
第２の態様の極端紫外光源用ターゲットの第２の例は、レーザ光が所定の出力で所定の時間照射されることにより消費されるだけの量の重金属又は重金属化合物を芯材に被覆させたもの（芯材被覆ターゲット）である。芯材にはポリスチレン等を用いることができる。この極端紫外光源用ターゲットを用いる場合には、レーザ光の照射条件を適切に設定することにより、芯材が極端紫外光の発光に影響を及ぼしたり、デブリの発生原因となることを防止することができる。
第２の態様の極端紫外光・X線源用ターゲットにおいては、第１の態様のものと同様に、重金属には、極端紫外光源用としてはGe、Zr、Mo、Ag、Sn、La、Gd、W等を、X線源用としてはCu、Mo等を、それぞれ用いることができる。また、重金属の密度は、第１の態様のものと同様に、その重金属の結晶密度の0.5%〜80%であることが望ましく、0.5%〜30%であることがより望ましい。
(2-2)製造方法
第２の態様の極端紫外光・X線源用ターゲットの製造方法として、第１〜第３の３つの方法について説明する。
(2-2-1)第１の製造方法
まず、水性の溶媒に、極端紫外光・X線源用ターゲットとなり得る重金属を溶解させ、この重金属を含む溶液（重金属溶液）を作製する。重金属溶液は、例えばその重金属の塩化物等を水性溶媒に溶解させることにより得ることができる。水性溶媒には、水、エタノールあるいはそれらの混合物等を用いることができる。また、フルオロベンゼン等の油性の溶媒に樹脂を溶解させて樹脂溶液を作製する。この油性溶媒には、フルオロベンゼンや、ベンゼンと1,2-ジクロロエタンの混合物等を用いることができる。樹脂にはポリスチレンやポリメチルメタクリレート誘導体等を用いることができる。
第２の態様の極端紫外光・X線源用ターゲットの製造方法として、第１〜第３の３つの方法について説明する。
(2-2-1)第１の製造方法
まず、水性の溶媒に、極端紫外光・X線源用ターゲットとなり得る重金属を溶解させ、この重金属を含む溶液（重金属溶液）を作製する。重金属溶液は、例えばその重金属の塩化物等を水性溶媒に溶解させることにより得ることができる。水性溶媒には、水、エタノールあるいはそれらの混合物等を用いることができる。また、フルオロベンゼン等の油性の溶媒に樹脂を溶解させて樹脂溶液を作製する。この油性溶媒には、フルオロベンゼンや、ベンゼンと1,2-ジクロロエタンの混合物等を用いることができる。樹脂にはポリスチレンやポリメチルメタクリレート誘導体等を用いることができる。
次に、外側管と内側管から成る二重管の先端を水性溶液から成る液滴分散媒中に浸漬し、内側管から重金属溶液を、外側管から樹脂溶液を、それぞれ二重管の先端から流出させる。これにより、外側が樹脂溶液、内側が重金属溶液から成る二層構造の液滴を液滴分散媒中に分散させることができる。その際、重金属溶液の濃度や流量を調節することにより、液滴中の重金属の量を、極端紫外光源用ターゲットにレーザ光が所定の出力で所定の時間照射されることにより消費されるだけの量に調整する。重金属溶液の濃度及び流出速度を定めれば、生成される液滴の大きさはほぼ一定になるため、当業者であれば簡単な予備実験を行うことにより液滴中の重金属の量を容易に制御することができる。
液滴分散媒中に分散した液滴においては、その外側の層から、樹脂溶液中の油性溶媒が徐々に液滴分散媒中に溶解する。最終的には、液滴の外側部分には樹脂のみが残り、重金属溶液を内包するカプセルが形成される。
次に、カプセル内の重金属溶液中の溶媒を除去する。この除去は、重金属溶液を内包するカプセルを乾燥させることにより、カプセル内の重金属溶液中の水性溶媒をカプセルの殻を通して外部に蒸発させて行うことができる。溶媒を除去する際の温度（乾燥温度）は、カプセルの殻を構成する材料（樹脂）や重金属溶液中の水性溶媒の種類に応じて、カプセルの材料は分解せずに水性溶媒が蒸発するように定める。例えばカプセルの樹脂材料がポリスチレンであって重金属溶液中の水性溶媒が水とエタノールの混合物である場合には、乾燥温度は室温〜80℃とすればよい。
その結果、残された重金属又は重金属化合物はゲル化してカプセルの内部に残留する。その際、重金属又は重金属化合物は、ゲル化の速度が速ければカプセルの内壁面に付着して中空となり、ゲル化の速度が遅ければ中実となる。ゲル化の速度を速めるためには、例えば予め液滴分散媒にアンモニア等の触媒を混ぜておくとよい。この触媒は、上記液滴の外側の層を通過して内側の重金属溶液に浸入し、重金属溶液のゲル化を促進する。
重金属溶液封入樹脂カプセルを、更に上記乾燥温度よりも高い温度で加熱することにより、カプセルの殻を除去することができる。その結果、樹脂性カプセル内の重金属又は重金属化合物のみが残り、重金属又は重金属化合物が中空のカプセル状のターゲット（中空重金属カプセル）又は中実のビーズ状に成形されたターゲット（中実重金属カプセル）が得られる。例えば樹脂カプセルの材料がポリスチレンである場合には、加熱温度は300℃〜500℃とすればよい。
第１の製造方法においては、樹脂溶液、重金属溶液、液滴分散媒の比重を略一致させることが望ましい。これにより、重金属溶液と樹脂溶液の界面及び樹脂溶液と液滴分散媒の界面に働く力が均衡して、真球に近い形状の極端紫外光源用ターゲットを得ることができる。樹脂溶液、重金属溶液、液滴分散媒の比重は、溶媒の種類や濃度、あるいは溶質の濃度により調整することができる。また、複数種の溶媒を混合することにより上記比重を調整してもよい。
(2-2-2)第２の製造方法
溶媒に、極端紫外光・X線源用ターゲットとなり得る重金属を溶解させ、重金属溶液を作製する。溶媒は水性、油性のいずれでもよい。この重金属溶液を管に流し、その先端から分散媒中や真空容器中等に射出させることにより、重金属溶液から成る液滴を生成する。その際、重金属溶液の濃度や流量を調節することにより、液滴中の重金属の量を、極端紫外光・X線源用ターゲットにレーザ光が所定の出力で所定の時間照射されることにより消費されるだけの量に調整する。次に、分散媒を加熱したり、真空容器内を真空引きして液滴を断熱膨張させること等により液滴をゲル化又は固化し、重金属溶液中の溶媒を除去する。これにより、中実重金属ビーズを得ることができる。
溶媒に、極端紫外光・X線源用ターゲットとなり得る重金属を溶解させ、重金属溶液を作製する。溶媒は水性、油性のいずれでもよい。この重金属溶液を管に流し、その先端から分散媒中や真空容器中等に射出させることにより、重金属溶液から成る液滴を生成する。その際、重金属溶液の濃度や流量を調節することにより、液滴中の重金属の量を、極端紫外光・X線源用ターゲットにレーザ光が所定の出力で所定の時間照射されることにより消費されるだけの量に調整する。次に、分散媒を加熱したり、真空容器内を真空引きして液滴を断熱膨張させること等により液滴をゲル化又は固化し、重金属溶液中の溶媒を除去する。これにより、中実重金属ビーズを得ることができる。
(2-2-3)第３の製造方法
溶媒に、極端紫外光・X線源用ターゲットとなり得る重金属を溶解させ、重金属溶液を作製する。溶媒は水性、油性のいずれでもよい。芯材をこの重金属溶液に浸漬した後、取り出す。これにより、芯材の表面に重金属溶液が付着する。この芯材表面の重金属溶液を加熱するか常温で乾燥させることにより溶媒を除去する。これにより、芯材に重金属又は重金属化合物が被覆された極端紫外光・X線源用ターゲット（芯材被覆ターゲット）を得ることができる。
溶媒に、極端紫外光・X線源用ターゲットとなり得る重金属を溶解させ、重金属溶液を作製する。溶媒は水性、油性のいずれでもよい。芯材をこの重金属溶液に浸漬した後、取り出す。これにより、芯材の表面に重金属溶液が付着する。この芯材表面の重金属溶液を加熱するか常温で乾燥させることにより溶媒を除去する。これにより、芯材に重金属又は重金属化合物が被覆された極端紫外光・X線源用ターゲット（芯材被覆ターゲット）を得ることができる。
(2-3)極端紫外光・X線発生装置及び発生方法
第２の態様のターゲットを用いた極端紫外光・X線発生装置は、パルスレーザ光を発振するレーザ光源と、このレーザ光源がパルスレーザ光を照射する領域に第２の態様のターゲットを所定の周期で１個ずつ供給するターゲット供給装置と、を備える。パルスレーザ光は極端紫外光源用ターゲットの供給に同期するように前記領域に照射する。また、１パルスのレーザ光の照射により１個のターゲットが消費されるように、パルスレーザ光の出力及びパルス幅並びにターゲットの重金属の質量を調整する。ターゲット供給装置には、例えば静電界でターゲットを加速させて前記レーザ光照射領域を通過させる静電界印加手段を用いることができる。また、ターゲットを１個ずつ、しかも連続的に供給することができるという点で、空気圧でターゲットを射出する空気銃をターゲット供給装置に用いることが望ましい。
第２の態様のターゲットを用いた極端紫外光・X線発生装置は、パルスレーザ光を発振するレーザ光源と、このレーザ光源がパルスレーザ光を照射する領域に第２の態様のターゲットを所定の周期で１個ずつ供給するターゲット供給装置と、を備える。パルスレーザ光は極端紫外光源用ターゲットの供給に同期するように前記領域に照射する。また、１パルスのレーザ光の照射により１個のターゲットが消費されるように、パルスレーザ光の出力及びパルス幅並びにターゲットの重金属の質量を調整する。ターゲット供給装置には、例えば静電界でターゲットを加速させて前記レーザ光照射領域を通過させる静電界印加手段を用いることができる。また、ターゲットを１個ずつ、しかも連続的に供給することができるという点で、空気圧でターゲットを射出する空気銃をターゲット供給装置に用いることが望ましい。
(3)本発明の効果
本発明に係る極端紫外光源・X線源用ターゲットは、第１の態様、第２の態様のいずれのものについても、操作性（ハンドリング）が従来のターゲットよりも向上している。
第１の態様のターゲットは高分子物質をマトリックスとするため、容易に変形することができる。そのため、例えば表面が曲面である筒状のターゲットホルダ等、変形し難いターゲットであれば取り付けることが困難なものにも容易に取り付けることができる。第１の態様のターゲットは筒状に変形したりテープ状に加工したりすることにより、光源の連続運転が可能になる。また、第２の態様のターゲットは、ターゲットの無駄が生じることなく、１回のレーザ光の照射で消費されるだけの量をレーザ光の照射領域に供給することができる点で操作性がよい。
本発明に係る極端紫外光源・X線源用ターゲットは、第１の態様、第２の態様のいずれのものについても、操作性（ハンドリング）が従来のターゲットよりも向上している。
第１の態様のターゲットは高分子物質をマトリックスとするため、容易に変形することができる。そのため、例えば表面が曲面である筒状のターゲットホルダ等、変形し難いターゲットであれば取り付けることが困難なものにも容易に取り付けることができる。第１の態様のターゲットは筒状に変形したりテープ状に加工したりすることにより、光源の連続運転が可能になる。また、第２の態様のターゲットは、ターゲットの無駄が生じることなく、１回のレーザ光の照射で消費されるだけの量をレーザ光の照射領域に供給することができる点で操作性がよい。
また、第１の態様のターゲットは、重金属と高分子物質の比を変えることにより、重金属の密度を容易に制御することができる。極端紫外光の発光効率は前述のように重金属の密度に依存するため、第１の態様の発明により発光効率の高いターゲットを容易に得ることができる。
更に、第１の態様のターゲットは重金属と高分子物質を溶媒に混合して乾燥させるだけで容易に製造することができるため、量産することが容易である。
更に、第１の態様のターゲットは重金属と高分子物質を溶媒に混合して乾燥させるだけで容易に製造することができるため、量産することが容易である。
第２の態様のターゲットは、１回のレーザ光の照射で消費されることから、１個の極端紫外光源用ターゲットに繰り返しパルスレーザ光を照射することがないため、ターゲットが劣化してデブリが発生することを抑えることができる。
以下、本発明の第１及び第２の態様の極端紫外光源・X線源用ターゲットの実施例を説明する。ここでは波長13.6nmの極端紫外光を得るためにSnを用いた極端紫外光源用ターゲットを例に説明するが、本実施例は他の重金属を用いた極端紫外光源・X線源用ターゲットにも同様に適用することができる。
(1)第１の態様の極端紫外光源用ターゲットの実施例
(1-1)第１の態様の極端紫外光源用ターゲットの製造方法の実施例
まず、重金属としてSnを、高分子物質としてヒドロキシプロピルセルロース（hydroxypropyl cellulose, HPC）を含む極端紫外光源用ターゲットの製造方法について、図２を用いて説明する。
(1-1)第１の態様の極端紫外光源用ターゲットの製造方法の実施例
まず、重金属としてSnを、高分子物質としてヒドロキシプロピルセルロース（hydroxypropyl cellulose, HPC）を含む極端紫外光源用ターゲットの製造方法について、図２を用いて説明する。
エタノールに塩化スズ（SnCl4）を体積比3:1で溶解させる（溶液２１）。これに３倍量体積の純水を加える（溶液２２）。この溶液にヒドロキシプロピルセルロースを重量比2%〜15%、好ましくは10%で溶解させる（溶液２３）。この混合液２３を基板２４上に薄く伸ばし、大気下で溶媒を自然蒸発させる。
これにより、厚さ約100μmの薄膜状の極端紫外光源用ターゲット２５が得られた。Snは溶媒中のアルコールに由来するアルコキシ基及びHPCに含まれる水酸基の酸素と結合した状態でターゲット２５内に含まれる。ターゲット２５内のSnの重量濃度は10%である。
なお、SnとHPCを含む極端紫外光源用ターゲットの製造方法は上記のものには限られない。例えば、Snを供給する原料はSnCl4には限られず、溶媒に溶解又は分散するものであればSn又はSnCl4以外のSn化合物であってもよい。同様に、溶媒はSn又はSn化合物が溶解又は分散するものであれば水とエタノールの混合物以外のものであってもよい。但し、ターゲット内でSnが高分子と化学結合するためには、溶媒はアルコールを含むものであることが望ましい。
(1-2)得られたターゲットの評価
上記製造方法の実施例により得られたSnとHPCを含む極端紫外光源用ターゲットの厚さは約100μmである。このターゲットは図３に示すように透明で無色である。透明性が一様であれば、均質なターゲットが得られているといえる。更に、図４に示すように、１辺が20cmの大型のターゲットも得られた。このSnとHPCを含む極端紫外光源用ターゲットの可視領域から近赤外領域にかけての波長帯における透過率を図５に示す。測定した全波長帯においておおむね60%以上の透過率が得られた。
上記製造方法の実施例により得られたSnとHPCを含む極端紫外光源用ターゲットの厚さは約100μmである。このターゲットは図３に示すように透明で無色である。透明性が一様であれば、均質なターゲットが得られているといえる。更に、図４に示すように、１辺が20cmの大型のターゲットも得られた。このSnとHPCを含む極端紫外光源用ターゲットの可視領域から近赤外領域にかけての波長帯における透過率を図５に示す。測定した全波長帯においておおむね60%以上の透過率が得られた。
また、このターゲットは図６に示すように、円筒形等の所望の形状に変形することができる。
このターゲットにパルスレーザ光を繰り返し照射して極端紫外光を発生させる実験を行った。本実験において、レーザ光は波長1064nm、パルス繰り返し周期10Hzのものを用いた。発生した極端紫外光のスペクトルを図７に示す。従来のSnターゲットと同様に波長13.6nmの極端紫外光が得られることが確認された。
Snとポリビニルアルコールを含む極端紫外光源用ターゲットを、上記SnとHPCを含む極端紫外光源用ターゲットと同様の方法により作製した。得られたターゲットの写真を図８に示す。透明でやや赤色のターゲットが得られた。
(1-3)第１の態様の極端紫外光源用ターゲットの使用方法の実施例
第１の態様の極端紫外光源用ターゲットの使用方法の一実施例を、図９を用いて説明する。薄膜状の極端紫外光源用ターゲット３１１を円筒形のターゲットホルダ３２１に巻き付けて保持する(a)。ターゲットホルダ３２１には例えばアルミニウム製のものを用いることができる。ターゲット３１１にパルスレーザ光３４を繰り返し照射することにより極端紫外光を発生させる。その際、ターゲットホルダ３２１の中心軸３３１を中心としてターゲットホルダ３２１を回転させつつ、ターゲットホルダ３２１又は／及びパルスレーザ光３４を中心軸３３１方向に移動させる。これにより、パルスレーザ光３４はターゲット３１１の表面に螺旋状の軌跡３５１を描くように照射される(b)。この結果、ターゲット３１１はその全体を無駄なく使用することができる。
第１の態様の極端紫外光源用ターゲットの使用方法の一実施例を、図９を用いて説明する。薄膜状の極端紫外光源用ターゲット３１１を円筒形のターゲットホルダ３２１に巻き付けて保持する(a)。ターゲットホルダ３２１には例えばアルミニウム製のものを用いることができる。ターゲット３１１にパルスレーザ光３４を繰り返し照射することにより極端紫外光を発生させる。その際、ターゲットホルダ３２１の中心軸３３１を中心としてターゲットホルダ３２１を回転させつつ、ターゲットホルダ３２１又は／及びパルスレーザ光３４を中心軸３３１方向に移動させる。これにより、パルスレーザ光３４はターゲット３１１の表面に螺旋状の軌跡３５１を描くように照射される(b)。この結果、ターゲット３１１はその全体を無駄なく使用することができる。
極端紫外光をリソグラフィーに用いるためには、150W程度の出力の極端紫外光が求められる。パルスレーザ光から極端紫外光へのエネルギー変換効率がおおむね3%であることから、エネルギーが5J、パルス繰り返し周波数が5kHzのパルスレーザ光をターゲットに照射することにより、出力750Wの極端紫外光を得ることができる。
パルス繰り返し周波数が1kHzのパルスレーザ光を用いる場合、極端紫外光を５分間発生させるためにはパルスレーザ光を５分間に300,000回ターゲットに照射する必要がある。上記円筒状のターゲットホルダ（円筒ホルダ）を用いる場合、直径を33cm、軸方向のターゲットの長さを30cm、回転速度を1回転/秒、軸方向の移動速度を1mm/秒とすることにより、ターゲットに1mm間隔でパルスレーザ光が照射され、その状態を5分間維持することができる。これに必要な薄膜状ターゲットの大きさはおよそ100cm×30cmであるが、その程度の大きさの薄膜状ターゲットは本発明の方法により容易に製造することができる。
なお、予め製造されたターゲットを円筒ホルダに巻き付ける代わりに、重金属を含む溶液と高分子物質を含む溶液の混合液を円筒ホルダの表面に付着させ、乾燥させることにより、円筒ホルダの表面にターゲットを生成するようにしてもよい。この場合、ターゲットを取り付けるための作業が不要となる。
第１の態様の極端紫外光源用ターゲットの使用方法の他の実施例を、図１０を用いて説明する。薄膜状の極端紫外光源用ターゲット３１２を円板状のターゲットホルダ３２２上に載置して保持する。ターゲットホルダ３２２の盤面に垂直な中心軸３３２を中心としてターゲットホルダ３２２を回転させつつ、ターゲットホルダ３２２又は／及びパルスレーザ光３４を盤面に平行に移動させる。これにより、ターゲット３１２の表面には渦巻き状の軌跡３５２でパルスレーザ光３４が照射される(b)。円筒ホルダを用いた場合と同様に、パルスレーザ光３４を連続して多数回、ターゲット３１２に照射することができ、また、ターゲット３１２全体を無駄なく使用することができる。なお、ターゲットホルダ３２２の回転速度（角速度）は一定であってもよいが、軌跡３５２上のパルスレーザ光３４の線速度が一定になるように制御すれば、レーザ光のパルスがターゲット３１２に等間隔で照射され、ターゲット３１２の使用効率を高めることができる。
図１１に、使用済みのターゲットを使用前のターゲットに交換することにより極端紫外光源を連続使用する方法の概念図を示す。
図１１(a)では、予め薄膜状の極端紫外光源用ターゲット３１１を巻き付けた円筒形のターゲットホルダ３２１を多数用意し、それらターゲットホルダ３２１のうちの１つをレーザ光３４の照射位置に移送して極端紫外光源用ターゲット３１１を前述のように使用する。その使用後の極端紫外光源用ターゲット３１１’をターゲットホルダ３２１’ごとレーザ光３４の照射位置外に移送し、上記多数用意されたターゲットホルダ３２１のうちの１つをレーザ光３４の照射位置に移送する。この動作を繰り返すことにより、極端紫外光源を連続使用することができる。
図１１(b)では、薄膜状の極端紫外光源用ターゲット３１２を多数用意し、それら極端紫外光源用ターゲット３１２のうちの１つをターゲットホルダ３２２の表面に移送して載置する。ターゲットホルダ３２２の表面にレーザ光３４を照射し、極端紫外光源用ターゲット３１２を前述のように使用する。その使用後の極端紫外光源用ターゲット３１２’をターゲットホルダ３２２から取り外して除去した後、上記多数用意された極端紫外光源用ターゲット３１２のうちの１つをターゲットホルダ３２２の表面にに移送して載置する。この動作を繰り返すことにより、(a)と同様に極端紫外光源を連続使用することができる。
図１１(a)では、予め薄膜状の極端紫外光源用ターゲット３１１を巻き付けた円筒形のターゲットホルダ３２１を多数用意し、それらターゲットホルダ３２１のうちの１つをレーザ光３４の照射位置に移送して極端紫外光源用ターゲット３１１を前述のように使用する。その使用後の極端紫外光源用ターゲット３１１’をターゲットホルダ３２１’ごとレーザ光３４の照射位置外に移送し、上記多数用意されたターゲットホルダ３２１のうちの１つをレーザ光３４の照射位置に移送する。この動作を繰り返すことにより、極端紫外光源を連続使用することができる。
図１１(b)では、薄膜状の極端紫外光源用ターゲット３１２を多数用意し、それら極端紫外光源用ターゲット３１２のうちの１つをターゲットホルダ３２２の表面に移送して載置する。ターゲットホルダ３２２の表面にレーザ光３４を照射し、極端紫外光源用ターゲット３１２を前述のように使用する。その使用後の極端紫外光源用ターゲット３１２’をターゲットホルダ３２２から取り外して除去した後、上記多数用意された極端紫外光源用ターゲット３１２のうちの１つをターゲットホルダ３２２の表面にに移送して載置する。この動作を繰り返すことにより、(a)と同様に極端紫外光源を連続使用することができる。
(2)第２の態様の極端紫外光源用ターゲットの実施例
(2-1)第２の態様の極端紫外光源用ターゲットの構成の例
図１２の(a)に中空重金属カプセル４１の、(b)に中実重金属ビーズ４２の、(c)に芯材被覆ターゲット４３の、例をそれぞれ示す。これらのターゲットの形状はいずれもほぼ球形である。中空重金属カプセル４１は殻状の酸化スズ４１ａの中心に空洞４１ｂが形成されたものである。中実重金属ビーズ４２は酸化スズが中実の球形に成形されたものである。芯材被覆ターゲット４３は、ポリスチレンから成る球形の芯材４３ｂの表面に酸化スズ４３ａを付着させたものである。
(2-1)第２の態様の極端紫外光源用ターゲットの構成の例
図１２の(a)に中空重金属カプセル４１の、(b)に中実重金属ビーズ４２の、(c)に芯材被覆ターゲット４３の、例をそれぞれ示す。これらのターゲットの形状はいずれもほぼ球形である。中空重金属カプセル４１は殻状の酸化スズ４１ａの中心に空洞４１ｂが形成されたものである。中実重金属ビーズ４２は酸化スズが中実の球形に成形されたものである。芯材被覆ターゲット４３は、ポリスチレンから成る球形の芯材４３ｂの表面に酸化スズ４３ａを付着させたものである。
(2-2)第２の態様の極端紫外光源用ターゲットの製造方法の実施例
中空重金属カプセル４１及び中実重金属ビーズ４２の極端紫外光源用ターゲットの製造方法の一実施例を、図１３及び図１４を用いて説明する。ここではまず、図１３を用いて中空重金属カプセル４１の製造方法を説明し、次に図１４を用いて中実重金属ビーズ４２の製造方法について中空重金属カプセル４１の製造方法との相違点を中心に説明する。
中空重金属カプセル４１及び中実重金属ビーズ４２の極端紫外光源用ターゲットの製造方法の一実施例を、図１３及び図１４を用いて説明する。ここではまず、図１３を用いて中空重金属カプセル４１の製造方法を説明し、次に図１４を用いて中実重金属ビーズ４２の製造方法について中空重金属カプセル４１の製造方法との相違点を中心に説明する。
エタノール水溶液に塩化スズを溶解させ、スズ溶液５１を作製する（図１３(a)）。また、フルオロベンゼンにポリスチレンを溶解させ、ポリスチレンオイル５２を作製する(a)。次に、内側管５３ａと外側管５３ｂから成る二重構造を持つ管５３を用い、内側管５３ａ内にスズ溶液５１を、内側管５３ａと外側管５３ｂの間にポリスチレンオイル５２を、二重管５３の先端から流出させる(b)。その際、二重管５３の外側にポリビニルアルコールから成る液滴分散媒５４を流し、二重管５３の先端を液滴分散媒５４に浸漬させる。これにより、液滴分散媒５４中に、内側がスズ溶液５１から、外側がポリスチレンオイル５２から成る二層構造の液滴５５が形成される。ポリスチレンオイル５２中のフルオロベンゼンは、徐々に液滴分散媒５４中に溶出する(c)。これにより、樹脂（ポリスチレン）製カプセル５６ａ内にスズ溶液５１が封入された重金属溶液封入樹脂カプセル５６が得られる。重金属溶液封入樹脂カプセル５６を室温〜80℃の温度下に置き、スズ溶液５１中のエタノール水溶液を蒸発させる(d)ことにより、樹脂製カプセル５６ａの内壁面にゲル化した酸化スズ５７ａが付着した重金属ゲル封入樹脂カプセル５７が得られる(e)。重金属ゲル封入樹脂カプセル５７を300℃〜500℃で加熱して樹脂製カプセル５６ａを除去することにより、中空重金属カプセル４１が得られる(f)。
中空重金属カプセル４１を製造する場合には、液滴分散媒５４に、ポリビニルアルコールにアンモニアを加えたものを用いる（図１４(b)）。アンモニアは上記(c)の工程において液滴５５の外側の層を通過して内側の層の重金属溶液に浸入する。(d)の工程において、アンモニアが触媒となってゲル化が促進される。これにより、樹脂製カプセル５６ａ内にゲル化した中実の酸化スズ５７ａ’が形成された重金属ゲル封入樹脂カプセル５７’が得られる(e)。ここで、重金属ゲル封入樹脂カプセル５７’の拡大写真を図１５に示す。径がほぼ等しく（1mm程度）、ほぼ真球の重金属ゲル封入樹脂カプセル５７’が得られる。上記と同様に重金属ゲル封入樹脂カプセル５７’を300℃〜500℃で加熱して樹脂製カプセル５６ａを除去することにより、中実重金属ビーズ４２が得られる(f)。
本実施例では、内側管５３ａの先端の径は0.1mm、スズ溶液５１の密度は1.0g/cm3、流量は80cm2/秒とした。これにより、１個の極端紫外光源用ターゲット４１内のスズの質量は0.8mgとなる。このスズの質量は、強度1010W/cm2、パルス幅1〜10ナノ秒のパルスレーザ光を１パルス照射することによりちょうど消費される質量である。
中実重金属ビーズ４２の製造方法の他の実施例を、図１６を用いて説明する。
エタノール水溶液に塩化スズを溶解させ、スズ溶液６１を作製する(a)。次に、スズ溶液６１を冷却しながら管６２の先端から、内部を真空にした塔６３内に流出させることにより、スズ溶液から成る液滴６４を形成する(b)。液滴６４は真空中に流出した直後、塔６３の底に達するまでの間に凍結する。凍結した液滴６４は、そのまま塔６３の底、即ち真空中に置くことにより内部の溶媒が昇華して凍結乾燥する。これにより中実重金属ビーズ４２が得られる。
エタノール水溶液に塩化スズを溶解させ、スズ溶液６１を作製する(a)。次に、スズ溶液６１を冷却しながら管６２の先端から、内部を真空にした塔６３内に流出させることにより、スズ溶液から成る液滴６４を形成する(b)。液滴６４は真空中に流出した直後、塔６３の底に達するまでの間に凍結する。凍結した液滴６４は、そのまま塔６３の底、即ち真空中に置くことにより内部の溶媒が昇華して凍結乾燥する。これにより中実重金属ビーズ４２が得られる。
芯材被覆ターゲット４３の製造方法の実施例を、図１７を用いて説明する。
エタノール水溶液に塩化スズを溶解させ、スズ溶液６５を作製する(a)。次に、スズ溶液中にポリスチレンから成る芯材４３ｂを浸漬させる(b)。芯材４３ｂをスズ溶液６５から取り出し、芯材４３ｂに付着したスズ溶液６５’中のエタノールを蒸発させる(c)ことにより、芯材被覆ターゲット４３が得られる。
エタノール水溶液に塩化スズを溶解させ、スズ溶液６５を作製する(a)。次に、スズ溶液中にポリスチレンから成る芯材４３ｂを浸漬させる(b)。芯材４３ｂをスズ溶液６５から取り出し、芯材４３ｂに付着したスズ溶液６５’中のエタノールを蒸発させる(c)ことにより、芯材被覆ターゲット４３が得られる。
(2-3)第２の態様の極端紫外光源用ターゲットの使用方法の実施例
図１８に、第２の態様の極端紫外光源用ターゲットの使用方法の実施例を示す。図１８(a)に示した使用方法では、中空重金属カプセル、中実重金属ビーズ、芯材被覆ターゲットのいずれかから成るターゲット７１を空気銃７２から射出し、レーザ光源７３からパルスレーザ光７４を照射する。その際、パルスレーザ光７４のパルス周期に合わせて空気銃７２からターゲット７１を周期的に射出する。これにより極端紫外光７５をこのパルス周期と同じ周期で繰り返し発生させることができる。
図１８(b)に示した使用方法では、ターゲット７１を帯電させたターゲット７１’を用いる。２枚の電極７７１、７７２間に静電界を印加し、この電極間に、ターゲット供給源７６からターゲット７１’を供給する。ここで、ターゲット供給源７６から電極７７１、７７２間へのターゲット７１’の供給は、ターゲット７１’を落下させることや空気銃で射出すること等により行うことができる。ターゲット７１’は電極７７１、７７２間で加速されてパルスレーザ光７４の照射位置まで移動し、パルスレーザ光７４が照射されることにより極端紫外光７５を発光する。この方法においても、パルスレーザ光７４のパルス周期に合わせてターゲット供給源７６からを供給することにより、これにより極端紫外光７５をこのパルス周期と同じ周期で繰り返し発生させることができる。
図１８に、第２の態様の極端紫外光源用ターゲットの使用方法の実施例を示す。図１８(a)に示した使用方法では、中空重金属カプセル、中実重金属ビーズ、芯材被覆ターゲットのいずれかから成るターゲット７１を空気銃７２から射出し、レーザ光源７３からパルスレーザ光７４を照射する。その際、パルスレーザ光７４のパルス周期に合わせて空気銃７２からターゲット７１を周期的に射出する。これにより極端紫外光７５をこのパルス周期と同じ周期で繰り返し発生させることができる。
図１８(b)に示した使用方法では、ターゲット７１を帯電させたターゲット７１’を用いる。２枚の電極７７１、７７２間に静電界を印加し、この電極間に、ターゲット供給源７６からターゲット７１’を供給する。ここで、ターゲット供給源７６から電極７７１、７７２間へのターゲット７１’の供給は、ターゲット７１’を落下させることや空気銃で射出すること等により行うことができる。ターゲット７１’は電極７７１、７７２間で加速されてパルスレーザ光７４の照射位置まで移動し、パルスレーザ光７４が照射されることにより極端紫外光７５を発光する。この方法においても、パルスレーザ光７４のパルス周期に合わせてターゲット供給源７６からを供給することにより、これにより極端紫外光７５をこのパルス周期と同じ周期で繰り返し発生させることができる。
Claims (27)
- 水酸基を有する１種又は２種以上の高分子物質から成るマトリックスに重金属を含有させたものであることを特徴とする極端紫外光・X線源用ターゲット。
- 形状が薄膜状であることを特徴とする請求項１に記載の極端紫外・X線源用ターゲット。
- 前記水酸基を有する高分子物質がヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノールのいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の極端紫外光・X線源用ターゲット。
- レーザ光が所定の出力で所定の時間照射されることにより極端紫外光又はX線を生成するターゲットにおいて、１個につき、該レーザ光が該所定出力で該所定時間照射されることにより消費されるだけの量の重金属を、又は該量の重金属を含む化合物を中空のカプセル状又は中実のビーズ状に成形したものであることを特徴とする極端紫外光・X線源用ターゲット。
- 前記重金属の密度が該重金属の結晶密度の0.5%〜80%であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の極端紫外光・X線源用ターゲット。
- 前記重金属の密度が該重金属の結晶密度の0.5%〜30%であることを特徴とする請求項５に記載の極端紫外光・X線源用ターゲット。
- 前記重金属がGe、Zr、Mo、Ag、Sn、La、Gd、Wのいずれかであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の極端紫外光源用ターゲット。
- 前記重金属がSnであることを特徴とする請求項７に記載の極端紫外光源用ターゲット。
- 前記重金属がCu、Moのいずれかであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のX線源用ターゲット。
- 重金属及び高分子物質を溶媒に混合し、該高分子物質を残すように溶媒を蒸発させることを特徴とする極端紫外光・X線源用ターゲット製造方法。
- 前記重金属及び高分子物質を、最終生成物の重金属の密度が該重金属の結晶密度の0.5%〜80%になるように溶媒に混合することを特徴とする請求項１０に記載の極端紫外光・X線源用ターゲット製造方法。
- 前記高分子物質が水酸基を有するものであり、前記溶媒がアルコールを含むものであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の極端紫外光・X線源用ターゲット製造方法。
- 溶媒を蒸発させた後に更に加熱して高分子物質の一部を除去することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の極端紫外光・X線源用ターゲット製造方法。
- 請求項４に記載の極端紫外光・X線源用ターゲットを製造する方法であって、
a) 前記重金属又はそれを含む化合物を水性の溶媒に溶解させた重金属溶液と、油性の溶媒に樹脂を溶解させた樹脂溶液と、を作製する溶液作製工程と、
b) 外側管と内側管から成る二重管の先端を水性溶液から成る液滴分散媒中に浸漬し、外側管から前記樹脂溶液を、内側管から前記重金属溶液を、それぞれ所定の流量で流出させることにより、外側が樹脂溶液、内側が前記の量の重金属を有する重金属溶液から成る二層構造の液滴を前記液滴分散媒中に分散させる液滴作製工程と、
c) 液滴の外側の樹脂溶液中の油性溶媒成分を除去する工程と、
d) 所定の温度で乾燥させることにより重金属溶液中の前記水性溶媒を除去する工程と、
e) 前記乾燥温度よりも高い所定の温度で加熱することにより前記樹脂を除去する工程と、
を含むことを特徴とする極端紫外光・X線源用ターゲット製造方法。 - 前記樹脂溶液、重金属水溶液、及び液滴分散媒の比重を略一致させることを特徴とする請求項１４に記載の極端紫外光・X線源用ターゲット製造方法。
- 請求項４に記載の極端紫外光・X線源用ターゲットを製造する方法であって、
a) 前記重金属又はそれを含む化合物を溶媒に溶解させた重金属溶液を作製する溶液作製工程と、
b) 前記重金属溶液を所定の流量で流出させることにより前記の量の重金属を有する液滴を作製する液滴作製工程と、
c) 前記液滴中の溶媒を除去する工程と、
を含むことを特徴とする極端紫外光・X線源用ターゲット製造方法。 - 前記溶媒を真空中で揮発させることにより除去することを特徴とする請求項１６に記載の極端紫外光・X線源用ターゲット製造方法。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の極端紫外光・X線源用ターゲットを側面に巻き付けて保持する筒状のターゲットホルダと、
前記ターゲットホルダの側面にレーザ光を照射する照射装置と、
前記ターゲットホルダを筒の中心軸を中心として回転させる回転手段と、
前記ターゲットホルダと前記レーザ光の相対位置を該中心軸の軸方向に移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする極端紫外光・X線発生装置。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の極端紫外光・X線源用ターゲットを表面に載置して保持するターゲットホルダと、
前記ターゲットホルダの表面にレーザ光を照射する照射装置と、
前記ターゲットホルダを前記表面に垂直な中心軸を中心として回転させる回転手段と、
前記ターゲットホルダと前記レーザ光の相対位置を、前記表面に平行に移動させる移動手段と、
を備えることを特徴とする極端紫外光・X線発生装置。 - 使用前のターゲットを保持したターゲットホルダを前記レーザ光の照射位置に移送し、該ターゲットを使用した後に該ターゲットホルダを該照射位置の外に移送し、新たに使用前のターゲットを保持したターゲットホルダを該照射位置に移送するターゲット交換装置を有することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の極端紫外光・X線発生装置。
- 使用前のターゲットを前記ターゲットホルダに取り付け、該ターゲットを使用した後に該ターゲットを該ターゲットホルダから取り外し、新たに使用前のターゲットを前記ターゲットホルダに取り付けるターゲット交換装置を有することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の極端紫外光・X線発生装置。
- 請求項４に記載の極端紫外光・X線源用ターゲットを所定の周期で１個ずつ所定の領域に供給する極端紫外光・X線源用ターゲット供給装置と、
前記所定領域への極端紫外光・X線源用ターゲットの供給に同期して、前記所定出力、前記所定時間のパルス幅及び前記所定周期を有するパルスレーザ光を該所定領域に照射するレーザ光源と、
を備えることを特徴とする極端紫外光・X線発生装置。 - 前記極端紫外光・X線源用ターゲット供給装置が空気圧で極端紫外光・X線源用ターゲットを射出する空気銃であることを特徴とする請求項２２に記載の極端紫外光・X線発生装置。
- 前記極端紫外光・X線源用ターゲット供給装置が静電界で極端紫外光・X線源用ターゲットを加速させて前記レーザ光照射領域に移動させる静電界印加手段であることを特徴とする請求項２２に記載の極端紫外光・X線発生装置。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の極端紫外光・X線源用ターゲットを筒状のターゲットホルダに巻き付けて保持し、前記ターゲットホルダを筒の中心軸を中心として回転させつつ、前記ターゲットとレーザ光の相対位置を前記中心軸の軸方向に移動させながら前記レーザ光を前記ターゲットに照射することを特徴とする極端紫外光・X線発生方法。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の極端紫外光・X線源用ターゲットをターゲットホルダの表面に載置して保持し、前記ターゲットホルダを前記表面に垂直な中心軸を中心として回転させつつ、前記ターゲットホルダと前記レーザ光の相対位置を、前記表面に平行に移動させながら前記レーザ光を前記ターゲットに照射することを特徴とする極端紫外光・X線発生方法。
- 請求項４に記載の極端紫外光・X線源用ターゲットを所定の周期で１個ずつ供給し、
前記所定出力、前記所定時間のパルス幅及び前記所定周期を有するパルスレーザ光を、１個の極端紫外光・X線源用ターゲットが供給される毎に１パルスずつ照射する、
ことを特徴とする極端紫外光・X線発生方法。
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