JP5176037B2 - 極端紫外光源用ターゲット - Google Patents
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Description
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58)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59)。レーザ吸収領域51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55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57)。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52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51を極端紫外光発光領域52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。特許文献1に記載のターゲットはこの性質を利用したものである。
本発明に係る極端紫外光源用ターゲットの第2の態様のものは、レーザ光が照射されることにより極端紫外光を発光するターゲットであって、スズ及びリチウムを含有し、スズを含有する部分とリチウムを含有する部分が分離されており、スズ又はスズ化合物を含有するスズ含有部分の表面にリチウム又はリチウム化合物を含有するリチウム含有膜が配置された構造を有し、前記スズ含有部分が内部に空隙を有する低密度スズ体であることを特徴とする。
スズはレーザ光のエネルギーの吸収効率が高いため極端紫外光発光領域において強度の強い極端紫外光を発光させることができるが、発光領域よりもプラズマ密度の低い領域(再吸収領域)において極端紫外光の一部を再吸収する、という欠点を有する。一方、リチウムは、吸収したレーザ光のエネルギーに対する発光効率はスズよりも高いが、レーザ光のエネルギーの吸収効率自体が低いため、極端紫外光の強度がスズの場合よりも弱い。
そして、リチウムのプラズマはスズのプラズマよりも広い範囲に拡がりやすく、再吸収領域にもリチウムのプラズマが存在する。従って、このような特性を有するスズとリチウムの双方を含有させることにより、本発明の極端紫外光源用ターゲットは、(i)上記極端紫外光発光領域ではスズのプラズマにより強い強度で極端紫外光が発光し、(ii)上記再吸収領域ではリチウムのプラズマの存在により、スズのプラズマにより生成された極端紫外光の再吸収が抑制される。これら2つの理由により、本発明の極端紫外光源用ターゲットは、極端紫外光の発光に寄与する金属としてスズのみ、又はリチウムのみを含有する従来のターゲットよりも高い効率で極端紫外光を発光することができる。
第1の態様の極端紫外光源用ターゲットにおける低密度スズ体におけるスズの密度は、スズの結晶密度の0.5%〜80%とすることが望ましい。これにより、スズのプラズマに関するレーザ吸収領域と極端紫外光発光領域をほぼ一致させることができ、発光効率を高めることができる。
本発明に係る第1の態様の極端紫外光源用ターゲットの製造方法は、スズ又はスズ化合物から成り内部に空隙を有する低密度スズ体を陰極とし、リチウムイオンを含む溶液を電気分解することにより、該空隙にリチウム又はリチウム化合物を充填することを特徴とする。
あるいは、上記と同様にゲルを生成し、このゲルを乾燥させることにより低密度スズ体を製造することもできる。
図2(a)は、第1の態様の極端紫外光源用ターゲット10aを示す模式図(縦断面図)である。酸化スズから成る低密度スズ体11の内部の空孔(空隙)内に単体のリチウム12が充填されている。図2(b)及び(c)は、第2の態様の極端紫外光源用ターゲット10b及び10cを示す模式図(縦断面図)である。
図2(b)の極端紫外光源用ターゲット10bは、空孔(空隙)13を有する板状の低密度スズ体11の表面に単体のリチウムから成るリチウム膜14を形成したものである。図2(c)の極端紫外光源用ターゲット10cは、金属スズ15の表面にリチウム膜14を形成したものである。
極端紫外光源用ターゲット16aは、内部に空洞17が形成された殻状の低密度スズ体11’の空孔内に単体のリチウム12’を充填したものである。極端紫外光源用ターゲット16bは、中実の球形に成形された低密度スズ体11’’の空孔内に単体のリチウム12’’を充填したものである。極端紫外光源用ターゲット16c及び16dは、殻状の低密度スズ体11’(ターゲット16cの場合)、あるいは中実の球形に成形された低密度スズ体11’’(ターゲット16dの場合)の表面に単体のリチウムから成るリチウム膜14’を形成したものである。なお、ターゲット16c及び16dにおける低密度スズ体11’及び11’’内の空孔13’及び13’’にはリチウムは充填されていない。極端紫外光源用ターゲット10hは、中実の球形に成形された金属スズ15’の表面にリチウム膜14’を形成したものである。
まず、四塩化スズ(SnCl4)1.0gと脱水メタノール20.0gを混合し攪拌して、脱塩化水素反応によりスズ(IV)メトキシドのメタノール溶液を得る。次に、この溶液に純水50mlを混合してスズ(IV)メトキシドを加水分解させ、酸化スズを含むゲル21を得る。次に、粒径約0.5μmの微小なポリスチレンの粒子から成るナノパーティクルポリスチレン22を容器23に充填し、そこに酸化スズ含有ゲル21を加える((a), (b))。酸化スズ含有ゲル21とナノパーティクルポリスチレン22の混合物を240℃に加熱してナノパーティクルポリスチレン22を気化させることにより、酸化スズのみが残存し内部に空隙24を有する低密度スズ体25を得る(c)。なお、低密度スズ体25は酸化スズ含有ゲル21をそのまま乾燥させてゾル化させることにより作製することもできる。
次に、リチウムパークロレート(Lithium perchlorate, LiClO4)をプロピオンカーボネートに溶解させた溶液26を水槽27に入れ、このリチウムパークロレートプロピオンカーボネート溶液26に、白金から成る陽極281、低密度スズ体25から成る陰極282及びリチウムから成る参照極283を浸漬する(d)。参照極283を基準とした陰極282の電位が-3Vとなるように、陽極281と陰極282の間に電界を20分間印加することにより、リチウムパークロレート水溶液26を電気分解する。これにより、陰極282側に単体のリチウムが析出する。このとき、リチウムパークロレートプロピオンカーボネート溶液26は陰極281である低密度スズ体25において空隙24内に浸入するため、空隙24内にもリチウム29が析出する。こうして、第1の態様の極端紫外光源用ターゲット10aが得られる(e)。
実験に用いたターゲットの金属スズ15の厚さは50nm、リチウム膜14の厚さは20nmである。このターゲットにリチウム膜14側から波長1064nmのレーザ光を照射することにより、波長13.5nmの極端紫外光を得た。その実験結果を図6(a)に示す。
比較例として、上記と同じ方法により作製し、リチウムの蒸着を行わなかった、厚さ50nmの金属スズを極端紫外光源用ターゲットとして、同様の実験を行った。その実験結果を図6(b)に示す。
図6(a)及び(b)の横軸は極端紫外光の波長を、縦軸はその強度を表す。なお、(a)、(b)の縦軸の強度は共に任意単位で表したが、両者は同一の単位を用いており、両強度を直接比較することができる。
図7(a)は、テープ状に成形した極端紫外光源用ターゲット41の使用方法を示す断面図である。テープ状極端紫外光源用ターゲット41は、例えばポリエチレンテレフタラートから成るテープ状の基体の表面に酸化スズ含有ゲルを塗布し、それを乾燥させてゾル化し、その酸化スズ含有ゾルの上にリチウムを蒸着することにより作製することができる。テープ状極端紫外光源用ターゲット41をリール42に巻き付け、そのターゲット41をリール42から連続的に引き出し、引き出されたターゲット41にレーザ光43を照射する。これにより、レーザ光照射位置に常に新しいターゲットを供給することができ、光源を連続的に運転することができる。
11、24、31…低密度スズ体
12、29、32…リチウム
13、25…空孔(空隙)
14…リチウム膜
15…金属スズ
21…酸化スズ含有ゲル
22…ナノパーティクルポリスチレン
23…容器
26…リチウムパークロレートプロピオンカーボネート溶液
27…水槽
281…陽極
282…陰極(低密度スズ体)
283…参照極
33…ピークトップ
42…リール
43、46、48…レーザ光
45、47…ターゲットホルダ
51…レーザ吸収領域
52…極端紫外光発光領域
55…ターゲット表面
58、59…分布曲線
Claims (9)
- レーザ光が照射されることにより極端紫外光を発光するターゲットであって、スズ及びリチウムを含有し、スズを含有する部分とリチウムを含有する部分が分離されており、スズ又はスズ化合物から成り内部に空隙を有する低密度スズ体の空隙部に、リチウム又はリチウム化合物が充填されて成ることを特徴とする極端紫外光源用ターゲット。
- 前記低密度スズ体におけるスズの密度が結晶密度の0.5%〜80%であることを特徴とする請求項1に記載の極端紫外光源用ターゲット。
- レーザ光が照射されることにより極端紫外光を発光するターゲットであって、スズ及びリチウムを含有し、スズを含有する部分とリチウムを含有する部分が分離されており、スズ又はスズ化合物を含有するスズ含有部分の表面にリチウム又はリチウム化合物を含有するリチウム含有膜が配置された構造を有し、前記スズ含有部分が内部に空隙を有する低密度スズ体であることを特徴とする極端紫外光源用ターゲット。
- 前記スズ含有部分におけるスズの密度が結晶密度の0.5%〜80%であることを特徴とする請求項3に記載の極端紫外光源用ターゲット。
- 前記リチウム含有膜におけるリチウムの密度が結晶密度の10%以上であることを特徴とする請求項3又は4に記載の極端紫外光源用ターゲット。
- 1個につき、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スズ及びリチウムを含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の極端紫外光源用ターゲット。
- 前記低密度スズ体又は前記スズ含有部分を中空又は中実のカプセル状に成形したことを特徴とする請求項6に記載の極端紫外光源用ターゲット。
- スズ又はスズ化合物から成り内部に空隙を有する低密度スズ体を陰極とし、リチウムイオンを含む溶液を電気分解することにより、該空隙にリチウム又はリチウム化合物を充填することを特徴とする極端紫外光源用ターゲットの製造方法。
- 前記低密度スズ体におけるスズの密度が結晶密度の0.5%〜80%であることを特徴とする請求項8に記載の極端紫外光源用ターゲットの製造方法。
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