JPH09306693A - レーザプラズマｘ線発生装置およびその発生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光の照射時にターゲット表面にキーホ
ールが発生することを抑制し、かつ、デブリの発生を抑
制するレーザプラズマＸ線発生装置およびその発生方法
を提供する。 【解決手段】 プラズマ発生用のターゲット６を冷却伝
導板７を介して冷媒９によって冷却してプラズマ発生用
ガス２をターゲット６の表面に吸着させる。その結果、
ターゲット６の表面に固体または液体のガス吸着層５を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザを用いたＸ
線発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、物質（ターゲット）にレーザ光を
集光して熱を発生させ、この熱によって生じたプラズマ
からＸ線を発生させるレーザプラズマＸ線発生装置があ
る。このレーザプラズマＸ線発生装置には、例えば板状
または円筒状のターゲットを使用するもの（G.Zeng,et
al.,SPIE 2015巻,45頁-56頁） や、テープ状のターゲッ
トを使用するもの（I.C.E. Turcu et al.,Journal Appl
ied Physics,73巻 8081頁-8087頁）等がある。

【０００３】ところで、これら従来のレーザプラズマＸ
線発生装置は、レーザ光をターゲット表面に照射するこ
とによって物質を飛ばし、この物質をプラズマ化させて
Ｘ線を発生させるものである。そのため、レーザ光を照
射する毎にターゲットの表面にはキーホールと呼ばれる
穴が開いてしまう。そして、キーホールの生じた表面に
おいてはレーザ光が散乱してしまうため、レーザ光を照
射した後再度プラズマを発生させることは不可能であ
る。そこで、従来はレーザ光を照射する毎にターゲット
を移動させてレーザ光の照射位置を変えていた。

【０００４】ここで、従来のレーザプラズマＸ線装置に
よって測定されたレーザ照射回数とＸ線強度との関係に
ついて図を用いて説明する。図４はターゲットの材質に
アルミニウムを用いた場合のＸ線強度とレーザ照射回数
との関係を示すグラフである。また、図５はターゲット
の材質に金を用いた場合のＸ線強度とレーザ照射回数と
の関係を示すグラフである。

【０００５】図４、５は何れもレーザ光として１パルス
当たり３００ｍＪ、波長５２４ｎｍのＹＡＧレーザを用
いている。また、Ｘ線強度は、厚さが３００Åのカーボ
ンフィルタの後ろに設置されたフォトカソードを用いて
測定されている。なお、図中の１回目（四角形印）、２
回目（ばつ印）とは同一ターゲットにおけるレーザ光の
照射位置を変えることによって得られた第１回目の測定
データと第２回目の測定データとを示す。

【０００６】まず、図４においては、レーザ照射回数が
２回目から急激にＸ線強度が減少し、３回目以降になる
とＸ線強度はほとんど得られていないことがわかる。一
方、図５においては、レーザ照射回数の２回目は１回目
と比べて１０％程度しかＸ線強度は減少せず、３回目以
降になっても図４に比べＸ線強度の減少は緩やかであ
る。しかし、レーザ照射回数が増加するにともなって図
４と同様にＸ線強度は減少し、７回目以降においてはほ
とんどＸ線強度は得られていないことがわかる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のレ
ーザプラズマＸ線発生装置は、レーザ光の照射位置を変
えずに同一個所にレーザ光を照射し続けると、ターゲッ
トの表面にキーホールが生じ、Ｘ線強度が急速に低下す
るという問題点がある。そこで、従来は安定したＸ線強
度を得るためには、レーザ光を照射する毎にターゲット
を移動させてレーザ光の照射位置を変えたり、定期的に
ターゲットを新しいものと交換したりする必要があっ
た。また、プラズマの発生にともなってターゲットから
デブリと呼ばれる微粒子や微粉が生じるため、これらが
ターゲット設置チャンバー、レーザ導入窓、Ｘ線分光用
光学素子等に付着してそれらを汚染するという問題点が
あった。本発明はこのような課題を解決するためのもの
であり、ターゲット表面におけるキーホールの発生を抑
制し、かつ、デブリの発生を抑制するレーザプラズマＸ
線発生装置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】このような目的を達成す
るために、本発明によるレーザプラズマＸ線発生装置
は、ターゲットを冷却する冷却手段と、ターゲットを内
部に設置して真空排気可能なプラズマ発生室と、プラズ
マ発生室へプラズマ発生用の気体またはプラズマ発生用
の液体を導入する手段とを備えている。このように構成
することにより、本発明は、ターゲットを冷却すること
によりターゲットの表面にプラズマ発生用の気体または
プラズマ発生用の液体を吸着させてガス吸着層を形成す
るものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の詳細について図面
を参照して説明する。図１は本発明の一つの実施の形態
を示した説明図である。同図において、プラズマ発生室
であり真空排気可能な真空チャンバー１内に、図示しな
いガス導入手段を用いてプラズマ発生用ガス２を導入す
る。さらに、真空チャンバー１内に冷媒９を蓄えた冷媒
保存槽８と冷却伝導板７とターゲット６とを設置する。
冷却伝導板７は冷媒保存槽８とターゲット６とにそれぞ
れ接しているため、ターゲット６は冷却伝導板７を介し
て冷媒９によって冷却される。そして、冷却されたター
ゲット６の表面には、プラズマ発生用ガス２が吸着され
てガス吸着層５が形成される。このガス吸着層５はプラ
ズマ発生用ガス２の液体または固体から形成されてい
る。

【００１０】なお、プラズマ発生用ガス２にはＨｅ、Ｎ
ｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ等の希ガス、または、水、炭酸ガ
ス等を用いることができる。また、このプラズマ発生用
ガス２は気体でなく液体であってもよい。さらに、冷媒
９には液体ヘリウム、液体窒素、液体空気等を用いるこ
とができる。

【００１１】次に、真空チャンバー１にはレーザ光導入
窓１２およびＸ線取り出し用窓１４が設けられ、真空チ
ャンバー１の外部にはレーザ発生装置１３と集光レンズ
１１とが設置されている。このレーザ発生装置１３で発
生したレーザ光１０は、集光レンズ１１とレーザ光導入
窓１２とを介してガス吸着層５上に照射される。ガス吸
着層５はレーザ光１０が照射されると、ガスプラズマ４
を発生する。

【００１２】以上の構成による本発明の動作について詳
細に述べる。まず、冷媒９により冷却伝導板７を介して
ターゲット６が冷却されると、プラズマ発生用ガス２が
ターゲット６の表面に吸着されてガス吸着層５が形成さ
れる。そして、このガス吸着層５が十分な厚さ（例え
ば、約１ｍｍ）になると、レーザ発生装置１３において
レーザ光１０を発生させる。発生したレーザ光１０はレ
ーザ光導入窓１２を介してターゲット６上に形成された
ガス吸着層５に照射される。このとき、集光レンズ１１
は、レーザ光１０を集光することによって、照射位置に
おける単位面積当たりのレーザ光１０の強度を増加させ
ることができる。

【００１３】レーザ光１０が照射されて高温度に熱せら
れたガス吸着層５は、瞬間的にプラズマ状態に変化して
ガスプラズマ４を形成する。このガスプラズマ４は真空
チャンバー１内において冷却されると共にＸ線３を発生
する。そして、このＸ線３はＸ線取り出し用窓１４を介
して真空チャンバー１の外部へ照射され、図示しない外
部の装置によって利用される。

【００１４】さて、ターゲット６の表面に形成されたガ
ス吸着層５が固化層である場合、レーザ光１０を照射す
るとガスプラズマ４が発生し、ガス吸着層５の表面には
キーホールと呼ばれる穴が生じる。しかし、ターゲット
６は冷却伝導板７を介して冷媒９によって冷却されてい
るため、プラズマ発生用ガス２がキーホール内に吸着さ
れる。そして、この吸着されたプラズマ発生用ガス２に
よって時間の経過と共にキーホールは埋められてしま
う。その結果、ガス吸着層５は常に平面性が維持され
る。

【００１５】同様に、ガス吸着層５が液化層である場
合、レーザ光１０を照射するとガスプラズマ４が発生
し、ガス吸着層５にキーホールが生じる。しかし、キー
ホールは周囲の液体によって直ちに埋められてしまうた
め、ガス吸着層５の表面は常に平面性が維持される。

【００１６】このようにレーザ光１０を照射してターゲ
ット６の表面にキーホールが発生しても、プラズマ発生
用ガス２によって埋められてしまうため、ターゲット６
の表面は常に平面性が保たれる。したがって、本発明
は、レーザ光１０の照射後、照射位置を変えること無く
再度同じ位置にレーザ光１０を照射してガスプラズマ４
を発生させることができる。また、本発明は、プラズマ
発生用の材料としてプラズマ発生用ガス２を使用するた
め原理的にはデブリが発生することはない。よって、光
学系が汚染されることがなくクリーンな状態を保つこと
ができる。

【００１７】なお、ターゲットの冷却手段には上記のよ
うに冷却伝導板７を介してターゲットを冷却する間接冷
却方式の他に、ターゲットの内部に冷媒を溜めて直接タ
ーゲットを冷却する直接冷却方式を採用してもよい。こ
の直接冷却方式においては真空チャンバー１の外部に設
置した冷媒保存槽からフレキシブルホースを介して冷媒
を供給すれば、長時間に亙ってターゲットを冷却するこ
とができる。また、ターゲットにペルチェ素子、ヘリウ
ム冷凍機等の冷却手段を設けてターゲットを冷却しても
よい。

【００１８】次に、本発明に係るレーザプラズマＸ線装
置によるレーザ照射回数とＸ線強度との関係について図
を用いて説明する。図２は図１に係るレーザプラズマＸ
線発生装置によって測定されたレーザ照射回数とＸ線強
度との関係を示すグラフである。図２において、プラズ
マ発生用ガス２には融点および沸点が高く、化学的に安
定なゼノン（キセノン）ガスを用いている。レーザ光１
０には図４、５に係る従来例と同じＹＡＧレーザを用い
ている。冷媒には液体窒素を用いている。また、ターゲ
ット６の表面に形成されたガス吸着層５は、熱電対によ
る測定から液化ゼノンによって覆われていることが推定
される。

【００１９】さて、図２と図４、５とを比較すると、レ
ーザ照射回数の２回目以降において若干Ｘ線強度が減少
しているが、それ以降はレーザ照射回数を増やしてもほ
とんど減少していないことがわかる。

【００２０】次に、図３は図１に係るレーザプラズマＸ
線発生装置によって測定されたレーザ照射回数とＸ線強
度との関係を示すグラフであり、図２におけるレーザ照
射回数を増加させたものである。すなわち、図３はレー
ザ光１０の繰り返し周波数を１０Ｈｚとして約１４時間
に亙って連続照射して得られた測定データを示す。図３
からレーザ照射回数が５×１０⁵ 程度までは、ほぼ安定
したＸ線強度が得られていることがわかる。また、同一
ターゲットにおいてレーザ照射位置を変えても、両者に
おけるＸ線強度にほとんど差がないことがわかる。すな
わち、同一ターゲットにおける１回目の測定データ（四
角形印）と、レーザ光１０の照射位置を変えた２回目の
測定データ（ばつ印）とを比較しても両者におけるＸ線
強度にほとんど差はない。

【００２１】ところが、従来の方法によってこれだけの
照射回数を実現するには、ターゲットの移動幅を１ｍｍ
としても２００ｍｍ×２００ｍｍ程度の面積を持つ大き
なターゲットが必要となる。また、このようなターゲッ
トを真空中で移動させるためには大形の真空チャンバー
を用意する必要がある。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明はプラズマ
発生用のターゲットにガス吸着層を形成するため、レー
ザ光を照射してもターゲットの表面にキーホールが生じ
ることはない。そのため、レーザ光を照射する毎にレー
ザ光の照射位置を変える必要がなく、ターゲットの大き
さは小型なもので十分である。そのため、装置全体も非
常にコンパクトなものとなる。このように本発明は簡便
にレーザプラズマによるＸ線を利用することができるた
め、Ｘ線リソグラフィー技術、Ｘ線顕微鏡技術への貢献
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一つの実施の形態を示す説明図であ
る。

【図２】 図１に係るレーザプラズマＸ線発生装置によ
って測定されたレーザ照射回数とＸ線強度との関係を示
すグラフである。

【図３】 図１に係るレーザプラズマＸ線発生装置によ
って測定されたレーザ照射回数とＸ線強度との関係を示
すグラフである。

【図４】 ターゲットにアルミニウムを使用したとき
の、従来例に係るレーザプラズマＸ線発生装置によって
測定されたレーザ照射回数とＸ線の強度との関係を示す
グラフである。

【図５】 ターゲットに金を使用したときの、従来例に
係るレーザプラズマＸ線発生装置によって測定されたレ
ーザ照射回数とＸ線の強度との関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１…真空チャンバー、２…プラズマ発生用ガス、３…Ｘ
線、４…ガスプラズマ、５…ガス吸着層、６…ターゲッ
ト、７…冷却伝導板、８…冷媒保存槽、９…冷媒、１０
…レーザ光、１１…集光用レンズ、１２…レーザ光導入
窓、１３…レーザ発生装置、１４…Ｘ線取り出し用窓。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹中 久貴 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光をターゲットの物質に照射する
   ことにより発生したプラズマからＸ線を発生させるレー
   ザプラズマＸ線発生装置において、 ターゲットを冷却する冷却手段と、 ターゲットを内部に設置して真空排気可能なプラズマ発
   生室と、 プラズマ発生室へプラズマ発生用の気体またはプラズマ
   発生用の液体を導入する手段とを備え、ターゲットを冷
   却することによりターゲットの表面にプラズマ発生用の
   気体またはプラズマ発生用の液体を吸着させてガス吸着
   層を形成することを特徴とするレーザプラズマＸ線発生
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１に係るレーザプラズマＸ線発生
   装置を用いたレーザプラズマＸ線発生方法において、 プラズマ発生室にプラズマ発生用の気体またはプラズマ
   発生用の液体を導入する工程と、 冷却手段によってターゲットを冷却してターゲットの表
   面にガス吸着層を形成する工程と、 ガス吸着層にレーザ光を照射してガスプラズマを発生さ
   せる工程と、 ガスプラズマを冷却することによりＸ線を発生させる工
   程とを含むことを特徴とするレーザプラズマＸ線発生方
   法。