JPH10260300A - 光学装置及び光短波長化方法 - Google Patents
光学装置及び光短波長化方法Info
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- JPH10260300A JPH10260300A JP9063294A JP6329497A JPH10260300A JP H10260300 A JPH10260300 A JP H10260300A JP 9063294 A JP9063294 A JP 9063294A JP 6329497 A JP6329497 A JP 6329497A JP H10260300 A JPH10260300 A JP H10260300A
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- electron
- laser
- electron beam
- wavelength
- laser beam
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】電子ビームとレーザビームの衝突によって、１
０13個オーダー以上の短波長化された光子を得ることが
でき、しかも、所望の波長を有する電磁波（紫外線）を
容易に得ることを可能にする光学装置を提供する。 【解決手段】光学装置は、線形加速器１０から成る電子
線源とレーザ光源２０とを備え、電子線源から射出され
た相対論的速度で運動する電子ビーム中の電子とレーザ
光源から射出されたレーザビーム中の光子とを衝突させ
て、電子の有するエネルギーをレーザビームの光子に与
え、散乱光を短波長化する光学装置であって、衝突する
電子ビームとレーザビームの断面積の内、大きな方の断
面積をＡ（単位：ｃｍ2）としたとき、１×１０-6≦Ａ
≦１×１０-1を満足する。
０13個オーダー以上の短波長化された光子を得ることが
でき、しかも、所望の波長を有する電磁波（紫外線）を
容易に得ることを可能にする光学装置を提供する。 【解決手段】光学装置は、線形加速器１０から成る電子
線源とレーザ光源２０とを備え、電子線源から射出され
た相対論的速度で運動する電子ビーム中の電子とレーザ
光源から射出されたレーザビーム中の光子とを衝突させ
て、電子の有するエネルギーをレーザビームの光子に与
え、散乱光を短波長化する光学装置であって、衝突する
電子ビームとレーザビームの断面積の内、大きな方の断
面積をＡ（単位：ｃｍ2）としたとき、１×１０-6≦Ａ
≦１×１０-1を満足する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、所謂、逆コンプト
ン散乱を応用した光学装置及び光短波長化方法に関す
る。
ン散乱を応用した光学装置及び光短波長化方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置のデザインルールは微細化の
一途を辿り、２５６ＭビットのＤＲＡＭにおいては０．
２５μｍルール、１ＧビットのＤＲＡＭにおいては０．
１８μｍルール、４ＧビットのＤＲＡＭにおいては０．
１３μｍルールになると予想されている。このようにデ
ザインルールが微細化するに従い、所謂リソグラフィ技
術における光源が大きな問題の１つとなってきている。
一途を辿り、２５６ＭビットのＤＲＡＭにおいては０．
２５μｍルール、１ＧビットのＤＲＡＭにおいては０．
１８μｍルール、４ＧビットのＤＲＡＭにおいては０．
１３μｍルールになると予想されている。このようにデ
ザインルールが微細化するに従い、所謂リソグラフィ技
術における光源が大きな問題の１つとなってきている。
【０００３】即ち、半導体装置を製造するために用いら
れる半導体露光装置においては、レジスト材料の露光
（感光）に用いる光の波長をλ、レンズの開口数をＮＡ
としたとき、解像度は、レイリーの式 ｋλ／ＮＡ で
表わされる。尚、ｋは定数である。このレイリーの式か
ら、デザインルールが小さくなるに従い、波長λの短い
露光光源を使用しないと、十分なる解像度を得ることが
できないことが明白である。従って、０．２５μｍルー
ルにおいてはＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２５３ｎ
ｍ）、０．１８μｍルールにおいてはＡｒＦエキシマレ
ーザ（λ＝１９３ｎｍ）を用いる必要があるとされてい
る。
れる半導体露光装置においては、レジスト材料の露光
（感光）に用いる光の波長をλ、レンズの開口数をＮＡ
としたとき、解像度は、レイリーの式 ｋλ／ＮＡ で
表わされる。尚、ｋは定数である。このレイリーの式か
ら、デザインルールが小さくなるに従い、波長λの短い
露光光源を使用しないと、十分なる解像度を得ることが
できないことが明白である。従って、０．２５μｍルー
ルにおいてはＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２５３ｎ
ｍ）、０．１８μｍルールにおいてはＡｒＦエキシマレ
ーザ（λ＝１９３ｎｍ）を用いる必要があるとされてい
る。
【０００４】このようなデザインルールの微細化に伴
い、短波長の露光光を得るために、電子ビームを使用し
たリソグラフィ技術や、シンクロトロン放射を応用した
Ｘ線ビームによるリソグラフィ技術が検討されている。
ところが、電子ビームを使用したリソグラフィ技術は、
少量多品種の半導体装置の製造に適するものの、スルー
プットが低く、半導体装置の大量生産には不向きであ
る。また、シンクロトロン放射を応用したＸ線ビームに
よるリソグラフィ技術においては、Ｘ線源として大規模
で複雑な装置が必要とされ、半導体装置の製造コストの
上昇が免れないといった問題がある。従って、従来の技
術の延長である光（レーザ）を用いた基本的にリソグラ
フィ技術によって、半導体装置のデザインルールの微細
化に対処できるならば、かかる技術が最も好ましい技術
であると云える。しかしながら、デザインルールの変更
に応じて、所望の波長を有する新規のレーザを開発する
ことは非常に困難であるばかりか、露光光の短波長化と
レーザ開発の歩みを共にする必要があり、極めて開発効
率が悪いといえる。
い、短波長の露光光を得るために、電子ビームを使用し
たリソグラフィ技術や、シンクロトロン放射を応用した
Ｘ線ビームによるリソグラフィ技術が検討されている。
ところが、電子ビームを使用したリソグラフィ技術は、
少量多品種の半導体装置の製造に適するものの、スルー
プットが低く、半導体装置の大量生産には不向きであ
る。また、シンクロトロン放射を応用したＸ線ビームに
よるリソグラフィ技術においては、Ｘ線源として大規模
で複雑な装置が必要とされ、半導体装置の製造コストの
上昇が免れないといった問題がある。従って、従来の技
術の延長である光（レーザ）を用いた基本的にリソグラ
フィ技術によって、半導体装置のデザインルールの微細
化に対処できるならば、かかる技術が最も好ましい技術
であると云える。しかしながら、デザインルールの変更
に応じて、所望の波長を有する新規のレーザを開発する
ことは非常に困難であるばかりか、露光光の短波長化と
レーザ開発の歩みを共にする必要があり、極めて開発効
率が悪いといえる。
【０００５】物質によって散乱されたＸ線のなかに、そ
の波長が入射Ｘ線の波長より長い方にずれたものが含ま
れるコンプトン散乱現象は古くから知られた現象であ
る。かかるコンプトン散乱においては、静止した電子に
Ｘ線が衝突して散乱し、Ｘ線の有するエネルギーを電子
が受け取ると共に、Ｘ線自体のエネルギーは減少する。
一方、相対論的速度で運動する電子による光の散乱によ
って電子の有するエネルギーを光子に与え、散乱された
光を短波長化する逆コンプトン効果も古くから知られて
いる。例えば、E. Feenberg and H. Primakoff, Phys.
Rev. 73, (1948)449 あるいは、R.H. Milburn, Phys. R
ev. Lett. 10 (1963) 75 や F.R. Arutyunian and V.A.
Tumanian, Phys. Lett. 4 (1963) 176、「エネルギー
可変偏極単色γ線の発生−逆コンプトン散乱の応用」、
大垣 英明及び野口 勉、日本物理学会誌、Vol.50, N
o.5 (1995) pp381-386 を参照のこと。
の波長が入射Ｘ線の波長より長い方にずれたものが含ま
れるコンプトン散乱現象は古くから知られた現象であ
る。かかるコンプトン散乱においては、静止した電子に
Ｘ線が衝突して散乱し、Ｘ線の有するエネルギーを電子
が受け取ると共に、Ｘ線自体のエネルギーは減少する。
一方、相対論的速度で運動する電子による光の散乱によ
って電子の有するエネルギーを光子に与え、散乱された
光を短波長化する逆コンプトン効果も古くから知られて
いる。例えば、E. Feenberg and H. Primakoff, Phys.
Rev. 73, (1948)449 あるいは、R.H. Milburn, Phys. R
ev. Lett. 10 (1963) 75 や F.R. Arutyunian and V.A.
Tumanian, Phys. Lett. 4 (1963) 176、「エネルギー
可変偏極単色γ線の発生−逆コンプトン散乱の応用」、
大垣 英明及び野口 勉、日本物理学会誌、Vol.50, N
o.5 (1995) pp381-386 を参照のこと。
【０００６】また、雑誌「パリティ」Vol.12, No.01, 1
997-01 の第４７頁に掲載された「ニュースダイジェス
ト」によれば、ローレンス・バークレー国立研究所材料
科学部門のシェーンラインらのチームは、赤外レーザの
パルスを線型加速器から引き出した電子ビームに直角に
当て、電子ビームの方向に散乱してくるピコ秒以下の極
短Ｘ線パルスを観測したと報告されている。即ち、シェ
ーンラインらの実験では、テラワット級のレーザパルス
を曲率半径７５ｃｍの鏡で直径３０μｍのスポットに絞
り、線型加速器から取り出したエネルギー５０ＭｅＶ、
ビーム厚み約９０μｍの電子線に直角に当てる。その結
果、電子ビームの方向に、エネルギー３０ｅＶ（波長
０．０４ｎｍ）、パルス０．３ｐ秒の指向性のよいＸ線
パルスが観測されたと報告されている。尚、Ｘ線の強さ
は、光子数にして１パルス当たり約５×１０4個であ
る。更には、１９９５年には、海軍研究所で０．６Ｍｅ
Ｖの電子ビームと出力１ＴＷのレーザ光とを正面衝突さ
せ、レーザ光の後方散乱としてエネルギー２０ｅＶの輻
射が得られたと報告されている。
997-01 の第４７頁に掲載された「ニュースダイジェス
ト」によれば、ローレンス・バークレー国立研究所材料
科学部門のシェーンラインらのチームは、赤外レーザの
パルスを線型加速器から引き出した電子ビームに直角に
当て、電子ビームの方向に散乱してくるピコ秒以下の極
短Ｘ線パルスを観測したと報告されている。即ち、シェ
ーンラインらの実験では、テラワット級のレーザパルス
を曲率半径７５ｃｍの鏡で直径３０μｍのスポットに絞
り、線型加速器から取り出したエネルギー５０ＭｅＶ、
ビーム厚み約９０μｍの電子線に直角に当てる。その結
果、電子ビームの方向に、エネルギー３０ｅＶ（波長
０．０４ｎｍ）、パルス０．３ｐ秒の指向性のよいＸ線
パルスが観測されたと報告されている。尚、Ｘ線の強さ
は、光子数にして１パルス当たり約５×１０4個であ
る。更には、１９９５年には、海軍研究所で０．６Ｍｅ
Ｖの電子ビームと出力１ＴＷのレーザ光とを正面衝突さ
せ、レーザ光の後方散乱としてエネルギー２０ｅＶの輻
射が得られたと報告されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】これらの文献によれ
ば、電子線源として大掛かりな装置が必要とされる。し
かも、得られるＸ線の強さは、光子数に換算して１パル
ス当たり高々１０5〜１０6個程度である。リソグラフィ
技術においては、例えばＫｒＦエキシマレーザを用いる
場合、１パルス当たりのレジスト材料への照射エネルギ
ーを例えば１ｍＪ／ｃｍ2とし、２０パルス程度のレー
ザ照射によってレジスト材料を感光させている。この照
射エネルギー量の総和を光子数に換算すると、以下のと
おりとなる。尚、ＫｒＦエキシマレーザにおける１個の
光子の有するエネルギーを４．９ｅＶとする。
ば、電子線源として大掛かりな装置が必要とされる。し
かも、得られるＸ線の強さは、光子数に換算して１パル
ス当たり高々１０5〜１０6個程度である。リソグラフィ
技術においては、例えばＫｒＦエキシマレーザを用いる
場合、１パルス当たりのレジスト材料への照射エネルギ
ーを例えば１ｍＪ／ｃｍ2とし、２０パルス程度のレー
ザ照射によってレジスト材料を感光させている。この照
射エネルギー量の総和を光子数に換算すると、以下のと
おりとなる。尚、ＫｒＦエキシマレーザにおける１個の
光子の有するエネルギーを４．９ｅＶとする。
【０００８】
【数１】 １ｍＪ＝１×１０-3×１０7（ｅｒｇ） ＝１×１０4×０．６２×１０12（ｅＶ） ＝６．２×１０15（ｅＶ） 光子数＝６．２×１０15×２０／４．９ ＝２．５×１０16（個） （１）
【０００９】これらの文献に開示された技術は、専ら、
原子核の構造の研究や化学反応、相転移、表面過程の研
究に関するものであり、得られるＸ線の強さも上記の程
度で十分なる研究が可能である。然るに、リソグラフィ
技術においては、レジスト材料を感光させるために極め
て多量の光子数が要求される。また、Ｘ線リソグラフィ
技術においては、光子１個当たりのエネルギーが増加す
るので、必要とされる光子数は一層少なくともよい可能
性もあるが、それでも１０13個オーダー以上の光子が必
要とされる。
原子核の構造の研究や化学反応、相転移、表面過程の研
究に関するものであり、得られるＸ線の強さも上記の程
度で十分なる研究が可能である。然るに、リソグラフィ
技術においては、レジスト材料を感光させるために極め
て多量の光子数が要求される。また、Ｘ線リソグラフィ
技術においては、光子１個当たりのエネルギーが増加す
るので、必要とされる光子数は一層少なくともよい可能
性もあるが、それでも１０13個オーダー以上の光子が必
要とされる。
【００１０】従って、本発明の目的は、電子ビームとレ
ーザビームの衝突によって、１０13個オーダー以上の短
波長化された光子を得ることができ、しかも、所望の波
長を有する電磁波（紫外線）を容易に得ることを可能に
する光学装置及び光短波長化方法を提供することにあ
る。
ーザビームの衝突によって、１０13個オーダー以上の短
波長化された光子を得ることができ、しかも、所望の波
長を有する電磁波（紫外線）を容易に得ることを可能に
する光学装置及び光短波長化方法を提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の光学装置は、電子線形加速器とレーザ光源
とを備え、電子線形加速器から射出された相対論的速度
で運動する電子ビーム中の電子とレーザ光源から射出さ
れたレーザビーム中の光子とを衝突させて、電子の有す
るエネルギーをレーザビームの光子に与え、散乱光を短
波長化する光学装置であって、衝突する電子ビームとレ
ーザビームの断面積の内、大きな方の断面積をＡ（単
位：ｃｍ2）としたとき、１×１０-6≦Ａ≦１×１０-1
を満足することを特徴とする。
めの本発明の光学装置は、電子線形加速器とレーザ光源
とを備え、電子線形加速器から射出された相対論的速度
で運動する電子ビーム中の電子とレーザ光源から射出さ
れたレーザビーム中の光子とを衝突させて、電子の有す
るエネルギーをレーザビームの光子に与え、散乱光を短
波長化する光学装置であって、衝突する電子ビームとレ
ーザビームの断面積の内、大きな方の断面積をＡ（単
位：ｃｍ2）としたとき、１×１０-6≦Ａ≦１×１０-1
を満足することを特徴とする。
【００１２】上記の目的を達成するための本発明の光短
波長化方法は、電子線形加速器から射出された相対論的
速度で運動する電子ビーム中の電子とレーザ光源から射
出されたレーザビーム中の光子とを衝突させて、電子の
有するエネルギーをレーザビームの光子に与え、散乱光
を短波長化する方法であって、衝突する電子ビームとレ
ーザビームの断面積の内、大きな方の断面積をＡ（単
位：ｃｍ2）としたとき、１×１０-6≦Ａ≦１×１０-1
を満足することを特徴とする。
波長化方法は、電子線形加速器から射出された相対論的
速度で運動する電子ビーム中の電子とレーザ光源から射
出されたレーザビーム中の光子とを衝突させて、電子の
有するエネルギーをレーザビームの光子に与え、散乱光
を短波長化する方法であって、衝突する電子ビームとレ
ーザビームの断面積の内、大きな方の断面積をＡ（単
位：ｃｍ2）としたとき、１×１０-6≦Ａ≦１×１０-1
を満足することを特徴とする。
【００１３】尚、衝突する電子ビームの断面積とレーザ
ビームの断面積の内、どちらの断面積の方が大きな断面
積となるかは、光学装置の設計によって決定される。
ビームの断面積の内、どちらの断面積の方が大きな断面
積となるかは、光学装置の設計によって決定される。
【００１４】本発明の光学装置あるいは光短波長化方法
においては、電子線形加速器から射出された電子ビーム
の有するエネルギーは１×１０5ｅＶ以上であることが
好ましい。電子線形加速器から射出された電子ビームの
有するエネルギーが１×１０5ｅＶ未満では、逆コンプ
トン散乱による光の短波長化の効果が小さく、しかも、
電子ビーム中の電子間の散乱によって電子ビームを所望
のサイズに絞り難い。電子ビームの電流値は１μＡ以上
であることが好ましい。また、衝突時の、電子線形加速
器から射出された電子ビームの進行方向と、レーザ光源
から射出されたレーザビームの進行方向とは、任意の角
度で交わっていてよいが、短波長化された光子の収率を
考慮すると、略逆方向であることが望ましい。即ち、入
射する電子ビームとレーザビームが正面から衝突する、
所謂ヘッドオン衝突となるようにシステムを構成するこ
とが好ましい。尚、入射する電子ビームとレーザビーム
が厳密に正面から衝突する必要はない。
においては、電子線形加速器から射出された電子ビーム
の有するエネルギーは１×１０5ｅＶ以上であることが
好ましい。電子線形加速器から射出された電子ビームの
有するエネルギーが１×１０5ｅＶ未満では、逆コンプ
トン散乱による光の短波長化の効果が小さく、しかも、
電子ビーム中の電子間の散乱によって電子ビームを所望
のサイズに絞り難い。電子ビームの電流値は１μＡ以上
であることが好ましい。また、衝突時の、電子線形加速
器から射出された電子ビームの進行方向と、レーザ光源
から射出されたレーザビームの進行方向とは、任意の角
度で交わっていてよいが、短波長化された光子の収率を
考慮すると、略逆方向であることが望ましい。即ち、入
射する電子ビームとレーザビームが正面から衝突する、
所謂ヘッドオン衝突となるようにシステムを構成するこ
とが好ましい。尚、入射する電子ビームとレーザビーム
が厳密に正面から衝突する必要はない。
【００１５】本発明の光学装置における電子線形加速器
（リニアック）としては、進行波型線形加速器や定在波
型線形加速器、あるいは誘導型線形加速器、高電圧整流
型加速器（例えば、コッククロフト−ウォルトン型加速
器）、バンデグラフ型加速器、共振変圧器型加速器等を
用いることができる。進行波型線形加速器として円盤装
荷導波管形式を挙げることができ、定在波型線形加速器
としてアルバレ型、総合空洞型、高周波四重極型を挙げ
ることができる。また、電子線形加速器には、バンチャ
ーと称される電子のバンチ化を図る装置が備えられてい
てもよい。
（リニアック）としては、進行波型線形加速器や定在波
型線形加速器、あるいは誘導型線形加速器、高電圧整流
型加速器（例えば、コッククロフト−ウォルトン型加速
器）、バンデグラフ型加速器、共振変圧器型加速器等を
用いることができる。進行波型線形加速器として円盤装
荷導波管形式を挙げることができ、定在波型線形加速器
としてアルバレ型、総合空洞型、高周波四重極型を挙げ
ることができる。また、電子線形加速器には、バンチャ
ーと称される電子のバンチ化を図る装置が備えられてい
てもよい。
【００１６】また、レーザ光源としては、連続発振型の
レーザ光源とすることもできるが、高効率・高出力で短
いパルス幅でレーザを射出することができるＱスイッチ
レーザを用いることが望ましく、具体的には、ＹＡＧレ
ーザやチタンサファイアレーザ等の固体レーザ、炭酸ガ
スレーザ、ＸｅＣｌエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレ
ーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等の気体レーザを挙げるこ
とができる。レーザ光源としては、出力（Ｐ）が０．１
ｍＪ／ｃｍ2以上であり、しかも、ビームの直径（ｄ）
が１ｍｍ以下であって、繰り返し周波数（ｆ）の高いも
の、即ち、Ｐｆ／ｄの値が大きいレーザ光源を用いるこ
とが好ましい。
レーザ光源とすることもできるが、高効率・高出力で短
いパルス幅でレーザを射出することができるＱスイッチ
レーザを用いることが望ましく、具体的には、ＹＡＧレ
ーザやチタンサファイアレーザ等の固体レーザ、炭酸ガ
スレーザ、ＸｅＣｌエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレ
ーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等の気体レーザを挙げるこ
とができる。レーザ光源としては、出力（Ｐ）が０．１
ｍＪ／ｃｍ2以上であり、しかも、ビームの直径（ｄ）
が１ｍｍ以下であって、繰り返し周波数（ｆ）の高いも
の、即ち、Ｐｆ／ｄの値が大きいレーザ光源を用いるこ
とが好ましい。
【００１７】図２に示すように、衝突時の、電子線形加
速器から射出された電子ビームの進行方向と、レーザ光
源から射出されたレーザビームの進行方向とは、逆方向
であると仮定する。即ち、振動数ν0（波長λ0）を有す
る光子と、速度ｖ0を有する電子とが正面衝突し、光子
及び電子が角度θ及びψで散乱されたと仮定する。ま
た、散乱光の振動数（散乱後の光子の振動数）をν（波
長λ）、散乱後の電子の速度をｖとする。このとき、エ
ネルギー保存則から以下の式（２）が導かれ、運動量保
存則から以下の式（３−１）及び（３−２）が導かれ
る。尚、ｈはプランク定数、ｍ0は電子の静止質量であ
り、β0はｖ0／ｃ、βはｖ／ｃを表す。ｃは光速であ
る。
速器から射出された電子ビームの進行方向と、レーザ光
源から射出されたレーザビームの進行方向とは、逆方向
であると仮定する。即ち、振動数ν0（波長λ0）を有す
る光子と、速度ｖ0を有する電子とが正面衝突し、光子
及び電子が角度θ及びψで散乱されたと仮定する。ま
た、散乱光の振動数（散乱後の光子の振動数）をν（波
長λ）、散乱後の電子の速度をｖとする。このとき、エ
ネルギー保存則から以下の式（２）が導かれ、運動量保
存則から以下の式（３−１）及び（３−２）が導かれ
る。尚、ｈはプランク定数、ｍ0は電子の静止質量であ
り、β0はｖ0／ｃ、βはｖ／ｃを表す。ｃは光速であ
る。
【００１８】
【数２】
【００１９】
【数３】
【００２０】式（２）、式（３−１）及び式（３−２）
からｖ及びψを消去すると、以下の式（４）が得られ
る。
からｖ及びψを消去すると、以下の式（４）が得られ
る。
【００２１】
【数４】
【００２２】ところで、式（４）中の（ｈ／ｃｍ0）の
値は０．００２４３ｎｍであるが故に、（ｈ／ｃｍ0）
を含む項は省略することができ、式（４）は以下の式
（５）のとおりに近似することができる。
値は０．００２４３ｎｍであるが故に、（ｈ／ｃｍ0）
を含む項は省略することができ、式（４）は以下の式
（５）のとおりに近似することができる。
【００２３】
【数５】 λ＝λ0｛（１−β0・ｃｏｓθ）／（１＋β0）｝ （５）
【００２４】電子の加速電圧をＶ（ボルト）とすると、
β0は以下の式（６）で表すことができる。尚、ｅは電
気素量である。
β0は以下の式（６）で表すことができる。尚、ｅは電
気素量である。
【００２５】
【数６】
【００２６】Ｖ＝１ＭｅＶとしたとき、β0の値は０．
９４１となるので、式（５）を、以下の式（７）のよう
に変形することができる。
９４１となるので、式（５）を、以下の式（７）のよう
に変形することができる。
【００２７】
【数７】 λ＝λ0（０．５１５−０．４８５ｃｏｓθ） （７）
【００２８】従って、電子線形加速器から射出された電
子ビームの有するエネルギー（加速電圧）及びレーザ光
源から射出されたレーザビームの波長（λ0）を適切に
選択し、しかも、電子との衝突によって散乱された散乱
光の散乱角度θを適宜設定すれば、所望の波長λを有す
る散乱光を得ることができる。尚、λ0＝１０６４ｎ
ｍ、２４８ｎｍ及び１９３ｎｍにおける、加速電圧
（Ｖ）と散乱光の波長λの関係（但し、θ＝０度）を、
それぞれ、図３、図４及び図５に示す。
子ビームの有するエネルギー（加速電圧）及びレーザ光
源から射出されたレーザビームの波長（λ0）を適切に
選択し、しかも、電子との衝突によって散乱された散乱
光の散乱角度θを適宜設定すれば、所望の波長λを有す
る散乱光を得ることができる。尚、λ0＝１０６４ｎ
ｍ、２４８ｎｍ及び１９３ｎｍにおける、加速電圧
（Ｖ）と散乱光の波長λの関係（但し、θ＝０度）を、
それぞれ、図３、図４及び図５に示す。
【００２９】電子線形加速器から射出された相対論的速
度で運動する電子ビーム中の電子とレーザ光源から射出
されたレーザビーム中の光子とを衝突させて、電子の有
するエネルギーをレーザビームの光子に与え、散乱光を
短波長化するとき、かかる短波長化された散乱光の光子
の収率Ｙは、電子ビーム及びレーザビームがパルス状で
ガウス分布を有すると仮定したとき、以下の式（８）で
表すことができる。
度で運動する電子ビーム中の電子とレーザ光源から射出
されたレーザビーム中の光子とを衝突させて、電子の有
するエネルギーをレーザビームの光子に与え、散乱光を
短波長化するとき、かかる短波長化された散乱光の光子
の収率Ｙは、電子ビーム及びレーザビームがパルス状で
ガウス分布を有すると仮定したとき、以下の式（８）で
表すことができる。
【００３０】
【数８】 Ｙ＝２Ｎe・ＮL・σ・Ｌ／（Ａ・τ・ｃ） （８）
【００３１】ここで、 Ｎe：１パルス当たりの電子の個数 ＮL：１パルス当たりの光子の個数 σ ：基本的な散乱断面積であり、（８／３）π（ｅ／
ｍｃ2）2（ｃｍ2） Ｌ ：電子ビームとレーザビームの衝突領域の有効長
（ｃｍ） Ａ ：衝突する電子ビームとレーザビームの断面積の
内、大きな方の断面積（単位：ｃｍ2）。電子ビームと
レーザビームの衝突領域においてＡの値が変化する場合
には、最大時の値をＡの値とする。 τ ：衝突する電子ビームとレーザビームのパルスの
内、長い方のビームパルス幅（秒） ｃ ：光速（３×１０10ｃｍ／秒）
ｍｃ2）2（ｃｍ2） Ｌ ：電子ビームとレーザビームの衝突領域の有効長
（ｃｍ） Ａ ：衝突する電子ビームとレーザビームの断面積の
内、大きな方の断面積（単位：ｃｍ2）。電子ビームと
レーザビームの衝突領域においてＡの値が変化する場合
には、最大時の値をＡの値とする。 τ ：衝突する電子ビームとレーザビームのパルスの
内、長い方のビームパルス幅（秒） ｃ ：光速（３×１０10ｃｍ／秒）
【００３２】例えば、波長λ0が１．０６４μｍ、射出
エネルギーが１０ｍＪ／ｃｍ2、パルス幅τが１ｎ秒、
繰り返し周波数が１ｋＨｚのＹＡＧレーザを用いる場
合、光子の数は５．２×１０16個／秒である。電子ビー
ムの電流値を３０μＡ、電子ビームパルスのパルス幅を
１ｎ秒とした場合、電子の数は１．８×１０14個／秒で
ある。また、σ、Ｌ及びτの値をそれぞれ以下の値とす
る。 σ＝１．５×１０-26（ｃｍ2） Ｌ＝３×１０10ｃｍ×１０-9＝３０（ｃｍ） τ＝１０-9（秒）
エネルギーが１０ｍＪ／ｃｍ2、パルス幅τが１ｎ秒、
繰り返し周波数が１ｋＨｚのＹＡＧレーザを用いる場
合、光子の数は５．２×１０16個／秒である。電子ビー
ムの電流値を３０μＡ、電子ビームパルスのパルス幅を
１ｎ秒とした場合、電子の数は１．８×１０14個／秒で
ある。また、σ、Ｌ及びτの値をそれぞれ以下の値とす
る。 σ＝１．５×１０-26（ｃｍ2） Ｌ＝３×１０10ｃｍ×１０-9＝３０（ｃｍ） τ＝１０-9（秒）
【００３３】以上の値に基づき式（８）を変形すると、
以下の式（９）を得ることができる。
以下の式（９）を得ることができる。
【００３４】
【数９】Ｙ＝２．８×１０8／Ａ （９）
【００３５】従って、Ａ（単位：ｃｍ2）が、１×１０
-6≦Ａ≦１×１０-1を満足すれば、短波長化された光子
の収率Ｙは、２．８×１０9≦Ｙ≦２．８×１０14とな
り、電子ビームとレーザビームの衝突によって、所望の
１０13個オーダー以上の短波長化された光子を得ること
ができ、例えば、リソグラフィ技術においてレジスト材
料を十分に感光させることが可能となる。しかも、従来
のシンクロトロン放射を応用する場合には、通常、電子
の蓄積リングを使用するが、本発明の電子線形加速器に
おいては次々と新たな電子ビームをレーザビームとの衝
突に用いることができるので、短波長化された光子の収
率Ｙの向上を図ることができる。尚、以上の議論は特定
の数値に基づく議論であるが、種々のパラメータの値
は、使用する光学装置に依存して適宜設定すればよい。
-6≦Ａ≦１×１０-1を満足すれば、短波長化された光子
の収率Ｙは、２．８×１０9≦Ｙ≦２．８×１０14とな
り、電子ビームとレーザビームの衝突によって、所望の
１０13個オーダー以上の短波長化された光子を得ること
ができ、例えば、リソグラフィ技術においてレジスト材
料を十分に感光させることが可能となる。しかも、従来
のシンクロトロン放射を応用する場合には、通常、電子
の蓄積リングを使用するが、本発明の電子線形加速器に
おいては次々と新たな電子ビームをレーザビームとの衝
突に用いることができるので、短波長化された光子の収
率Ｙの向上を図ることができる。尚、以上の議論は特定
の数値に基づく議論であるが、種々のパラメータの値
は、使用する光学装置に依存して適宜設定すればよい。
【００３６】尚、逆コンプトン散乱による散乱光の光子
の収率Ｙを一層向上させるためには、一般的には、 （Ａ）レーザビームの高出力化及び繰り返し周波数の増
加 （Ｂ）電子銃の大電流化及び電子ビームパルスの繰り返
し周波数の増加 （Ｃ）電子ビーム及びレーザビームの集束度の向上を図
ることが重要である。
の収率Ｙを一層向上させるためには、一般的には、 （Ａ）レーザビームの高出力化及び繰り返し周波数の増
加 （Ｂ）電子銃の大電流化及び電子ビームパルスの繰り返
し周波数の増加 （Ｃ）電子ビーム及びレーザビームの集束度の向上を図
ることが重要である。
【００３７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態に基づき本発明を説明する。
施の形態に基づき本発明を説明する。
【００３８】本発明の光学装置の概念図を図１の（Ａ）
あるいは図１の（Ｂ）に示す。この光学装置は、電子線
源である電子線形加速器１０と、レーザ光源２０とを備
えている。尚、電子線形加速器１０からはパルス状の電
子ビームが射出される。また、レーザ光源２０はＱスイ
ッチレーザであるＹＡＧレーザから構成されている。レ
ーザ光源２０から射出されたレーザビームは、周知のレ
ンズ系２１を通過し、ハーフミラー２２によって反射さ
れ、電子線形加速器１０から射出された相対論的速度で
運動する電子ビームと衝突する空間（衝突領域）に集束
される。一方、電子線形加速器１０から射出された電子
ビームは、図示しない電子レンズによって整形され、更
に、レーザ光源２０から射出されたレーザビームと衝突
する空間（衝突領域）に集束される。これによって、電
子線形加速器１０から射出された相対論的速度で運動す
る電子ビーム中の電子とレーザ光源２０から射出された
レーザビーム中の光子とが、所定の空間（衝突領域）内
で衝突する。尚、衝突時の、電子線形加速器１０から射
出された電子ビームの進行方向と、レーザ光源２０から
射出されたレーザビームの進行方向とは、逆方向とし
た。ここで、図１の（Ａ）と（Ｂ）とは、レーザ光源２
０から衝突領域までの光学系及びレーザ光源２０を配設
する位置が異なるだけである。
あるいは図１の（Ｂ）に示す。この光学装置は、電子線
源である電子線形加速器１０と、レーザ光源２０とを備
えている。尚、電子線形加速器１０からはパルス状の電
子ビームが射出される。また、レーザ光源２０はＱスイ
ッチレーザであるＹＡＧレーザから構成されている。レ
ーザ光源２０から射出されたレーザビームは、周知のレ
ンズ系２１を通過し、ハーフミラー２２によって反射さ
れ、電子線形加速器１０から射出された相対論的速度で
運動する電子ビームと衝突する空間（衝突領域）に集束
される。一方、電子線形加速器１０から射出された電子
ビームは、図示しない電子レンズによって整形され、更
に、レーザ光源２０から射出されたレーザビームと衝突
する空間（衝突領域）に集束される。これによって、電
子線形加速器１０から射出された相対論的速度で運動す
る電子ビーム中の電子とレーザ光源２０から射出された
レーザビーム中の光子とが、所定の空間（衝突領域）内
で衝突する。尚、衝突時の、電子線形加速器１０から射
出された電子ビームの進行方向と、レーザ光源２０から
射出されたレーザビームの進行方向とは、逆方向とし
た。ここで、図１の（Ａ）と（Ｂ）とは、レーザ光源２
０から衝突領域までの光学系及びレーザ光源２０を配設
する位置が異なるだけである。
【００３９】光学装置全体は、Ｘ線遮蔽手段３０で覆わ
れている。光学装置の内部は、空気による絶縁破壊を防
止するために、或る程度の真空度に保持することが好ま
しい。また、散乱光の所望の散乱角度θに対応するＸ線
遮蔽手段３０の部分には可変スリット３１が設けられて
いる。尚、可変スリット３１は光学装置の内部に配置し
てもよい。これによって、電子と衝突し散乱され、短波
長化された散乱光を系外に取り出し、例えばフォトリソ
グラフィ技術における光源として用いることができる。
れている。光学装置の内部は、空気による絶縁破壊を防
止するために、或る程度の真空度に保持することが好ま
しい。また、散乱光の所望の散乱角度θに対応するＸ線
遮蔽手段３０の部分には可変スリット３１が設けられて
いる。尚、可変スリット３１は光学装置の内部に配置し
てもよい。これによって、電子と衝突し散乱され、短波
長化された散乱光を系外に取り出し、例えばフォトリソ
グラフィ技術における光源として用いることができる。
【００４０】発明の実施の形態においては、電子ビーム
の電流値を３０μＡとし、電子線形加速器１０から射出
された電子ビームの有するエネルギーを１ＭｅＶとし
た。また、ＹＡＧレーザの仕様を、波長λ0＝１．０６
４μｍ、射出エネルギー＝１０ｍＪ／ｃｍ2、パルス幅
τ＝１ｎ秒、繰り返し周波数＝１ｋＨｚとした。更に
は、衝突時の電子ビーム及びレーザビームの断面積を同
一（５×１０-5ｃｍ2）とした。従って、断面積Ａは５
×１０-5ｃｍ2である。それ故、式（９）から求めた散
乱光の光子の収率Ｙは１０13となる。かかる光子の収率
は、レジスト材料を露光（感光）するのに十分なる光子
の数である。
の電流値を３０μＡとし、電子線形加速器１０から射出
された電子ビームの有するエネルギーを１ＭｅＶとし
た。また、ＹＡＧレーザの仕様を、波長λ0＝１．０６
４μｍ、射出エネルギー＝１０ｍＪ／ｃｍ2、パルス幅
τ＝１ｎ秒、繰り返し周波数＝１ｋＨｚとした。更に
は、衝突時の電子ビーム及びレーザビームの断面積を同
一（５×１０-5ｃｍ2）とした。従って、断面積Ａは５
×１０-5ｃｍ2である。それ故、式（９）から求めた散
乱光の光子の収率Ｙは１０13となる。かかる光子の収率
は、レジスト材料を露光（感光）するのに十分なる光子
の数である。
【００４１】以上、本発明を、発明の実施の形態に基づ
き説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。発明の実施の形態に基づき説明した光学装置及び光
短波長化方法における条件や数値は例示であり、適宜設
計変更することができる。
き説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。発明の実施の形態に基づき説明した光学装置及び光
短波長化方法における条件や数値は例示であり、適宜設
計変更することができる。
【００４２】
【発明の効果】本発明においては、高い自由度にて所望
の波長を有する電磁波（紫外線）を得ることが可能であ
り、しかも、電子ビームとレーザビームの衝突によっ
て、１０13個オーダー以上の短波長化された光子を得る
ことができる。しかも、装置的には、基本的に左程複雑
な構造ではない。
の波長を有する電磁波（紫外線）を得ることが可能であ
り、しかも、電子ビームとレーザビームの衝突によっ
て、１０13個オーダー以上の短波長化された光子を得る
ことができる。しかも、装置的には、基本的に左程複雑
な構造ではない。
【図１】本発明の光学装置の概念図である。
【図２】電子と光子が衝突する状態のモデル図である。
【図３】λ0＝１０６４ｎｍにおける、加速電圧（Ｖ）
と散乱光の波長λの関係を示すグラフである。
と散乱光の波長λの関係を示すグラフである。
【図４】λ0＝２４８ｎｍにおける、加速電圧（Ｖ）と
散乱光の波長λの関係を示すグラフである。
散乱光の波長λの関係を示すグラフである。
【図５】λ0＝１９３ｎｍにおける、加速電圧（Ｖ）と
散乱光の波長λの関係を示すグラフである。
散乱光の波長λの関係を示すグラフである。
１０・・・電子線形加速器、２０・・・レーザ光源、２
１・・・レンズ系、２２・・・ハーフミラー、３０・・
・Ｘ線遮蔽手段、３１・・・可変スリット
１・・・レンズ系、２２・・・ハーフミラー、３０・・
・Ｘ線遮蔽手段、３１・・・可変スリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大垣 英明 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 真峯 隆義 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】電子線形加速器とレーザ光源とを備え、電
子線形加速器から射出された相対論的速度で運動する電
子ビーム中の電子とレーザ光源から射出されたレーザビ
ーム中の光子とを衝突させて、電子の有するエネルギー
をレーザビームの光子に与え、散乱光を短波長化する光
学装置であって、 衝突する電子ビームとレーザビームの断面積の内、大き
な方の断面積をＡ（単位：ｃｍ2）としたとき、１×１
０-6≦Ａ≦１×１０-1を満足することを特徴とする光学
装置。 - 【請求項２】電子線形加速器から射出された電子ビーム
の有するエネルギーは１×１０5ｅＶ以上であることを
特徴とする請求項１に記載の光学装置。 - 【請求項３】衝突時の、電子線形加速器から射出された
電子ビームの進行方向と、レーザ光源から射出されたレ
ーザビームの進行方向とは、略逆方向であることを特徴
とする請求項１に記載の光学装置。 - 【請求項４】電子線形加速器から射出された相対論的速
度で運動する電子ビーム中の電子とレーザ光源から射出
されたレーザビーム中の光子とを衝突させて、電子の有
するエネルギーをレーザビームの光子に与え、散乱光を
短波長化する方法であって、 衝突する電子ビームとレーザビームの断面積の内、大き
な方の断面積をＡ（単位：ｃｍ2）としたとき、１×１
０-6≦Ａ≦１×１０-1を満足することを特徴とする光短
波長化方法。 - 【請求項５】電子線形加速器から射出された電子ビーム
の有するエネルギーは１×１０5ｅＶ以上であることを
特徴とする請求項４に記載の光短波長化方法。 - 【請求項６】衝突時の、電子線形加速器から射出された
電子ビームの進行方向と、レーザ光源から射出されたレ
ーザビームの進行方向とは、略逆方向であることを特徴
とする請求項４に記載の光短波長化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9063294A JPH10260300A (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 光学装置及び光短波長化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9063294A JPH10260300A (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 光学装置及び光短波長化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10260300A true JPH10260300A (ja) | 1998-09-29 |
Family
ID=13225167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9063294A Pending JPH10260300A (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 光学装置及び光短波長化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10260300A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005285764A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | General Electric Co <Ge> | Ｘ線を発生するためのシステム及び方法 |
| JP2007248081A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Kyoto Univ | 光子ビーム発生装置及び該方法 |
| JP2008546152A (ja) * | 2005-06-02 | 2008-12-18 | マデイ，ジョン・エム・ジェイ | 光アンジュレータを使用する高効率単色ｘ線源 |
| JP2010205594A (ja) * | 2009-03-04 | 2010-09-16 | Ihi Corp | Ｘ線射出装置 |
-
1997
- 1997-03-17 JP JP9063294A patent/JPH10260300A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005285764A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | General Electric Co <Ge> | Ｘ線を発生するためのシステム及び方法 |
| JP2008546152A (ja) * | 2005-06-02 | 2008-12-18 | マデイ，ジョン・エム・ジェイ | 光アンジュレータを使用する高効率単色ｘ線源 |
| JP2007248081A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Kyoto Univ | 光子ビーム発生装置及び該方法 |
| JP2010205594A (ja) * | 2009-03-04 | 2010-09-16 | Ihi Corp | Ｘ線射出装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040928 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050920 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051021 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051115 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060307 |