(57)【要約】【課題】小型、低コストで高強度の極端紫外光源を提供すること。【解決手段】絶縁体（３）を挟んで対向する第１の電極（４）および第２の電極（２）と、前記第１の電極（４）および前記絶縁体（３）とを貫通する細孔光路（３ａ＋４ａ）の他端側に連通して第２電極（２）に形成されたターゲット材収容部（２ａ）と、前記ターゲット材収容部（２ａ）に収容された極端紫外光（１３）の発光種となる固体のターゲット材（Ｔ）と、前記第１の電極（４）と前記第２の電極（２）との間に、真空状態の前記細孔光路（３ａ＋４ａ）に沿面放電を発生させる電圧パルスを印加するパルス電源（６）と、を備え、沿面放電により、前記ターゲット収容部（２ａ）の固体のターゲット材（Ｔ）をプラズマ化し、極端紫外光（１３）を発生させて、前記細孔光路（３ａ＋４ａ）を通じて外部に導く極端紫外光発生装置（１）。【選択図】図１
2011003316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体と、
前記絶縁体を挟んで対向する第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極および前記絶縁体とを貫通して形成され、一端が窓材を介さずに第１の電極の外方に開口し且つ他端が前記絶縁体端面で開口する細孔光路と、
前記細孔光路の他端側に連通して、前記第２電極に形成されたターゲット材収容部と、
前記ターゲット材収容部に収容された極端紫外光の発光種となる固体のターゲット材と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、真空状態の前記細孔光路に沿面放電を発生させる電圧パルスを印加するパルス電源と、
を備え、
前記沿面放電により、前記ターゲット収容部の固体のターゲット材をプラズマ化し、極端紫外光を発生させて、前記細孔光路を通じて外部に導く
ことを特徴とする極端紫外光発生装置。
【請求項２】
前記第２の電極が陰極であることを特徴とする請求項１に記載の極端紫外光発生装置。
【請求項３】
前記細孔光路の他端側に空間をあけて前記ターゲット材が収容された前記ターゲット収容部、
を備え、
前記細孔光路の他端側の空間の周壁が前記細孔光路と共に、中空筒状のホロー陰極の一部を構成し、前記ホロー陰極で生成される電子により前記ターゲット材をスパッタすることを特徴とする請求項２に記載の極端紫外光発生装置。
【請求項４】
前記第２の電極が、前記絶縁体に対して回動可能に支承され、前記回動方向に沿って複数のターゲット材収容部を有し、前記ターゲット材収容部と前記細孔光路との一致時に同期して電圧パルスが印加されて、前記細孔光路に対向するターゲット材収容部に収容された前記ターゲット材から極端紫外光を発生させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の極端紫外光発生装置。
【請求項５】
複数の元素を含む前記ターゲット材を使用することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の極端紫外光発生装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の極端紫外光発生装置と、
前記極端紫外光発生装置の前記細孔光路の一端側の開口が、窓を介さずに接続された処理室と、
前記処理室内および前記細孔光路を真空状態に排気する排気装置と、
前記処理室内に配置され、前記極端紫外光発生装置からの極端紫外光を分光する回折格子と、
前記処理室内に配置され、分光された極端紫外光が照射される被照射物と、
前記被照射物から脱離した物質を分析する質量分析計と、
を備えたことを特徴とする光脱離質量分析装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載の極端紫外光発生装置と、
前記極端紫外光発生装置の前記細孔光路の一端側の開口が、窓を介さずに接続された処理室と、
前記処理室内および前記細孔光路を真空状態に排気する排気装置と、
前記処理室内に配置され、前記極端紫外光発生装置からの極端紫外光を分光する回折格子と、
前記処理室内に配置され、分光された極端紫外光が照射される被照射物と、
前記被照射物を透過した光を測定する透過光測定装置と、
を備えたことを特徴とする極端紫外分光測光装置。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれかに記載の極端紫外光発生装置と、
前記極端紫外光発生装置の前記細孔光路の一端側の開口が、窓を介さずに接続された処理室と、
前記処理室内および前記細孔光路を真空状態に排気する排気装置と、
前記処理室内に配置され、前記極端紫外光発生装置からの極端紫外光を分光する回折格子と、
前記処理室内に配置され、分光された極端紫外光が照射される被照射物と、
前記被照射物で反射した光を測定する反射光測定装置と、
を備えたことを特徴とする極端紫外分光測光装置。
【請求項９】
絶縁体を挟んで対向する一対の電極の一方の電極に極端紫外光の発光種となる固体のターゲット材を収容するターゲット材収容部を形成し、他方の電極および前記絶縁体を貫通し且つ前記ターゲット収容部に開口する細孔光路を形成して、前記一対の電極間に前記細孔光路内で沿面放電を発生させる電圧パルスを印加することで、前記細孔光路の沿面放電により、固体のターゲット材をプラズマ化し、極端紫外光を発生させることを特徴とする極端紫外光発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長が１０ｎｍ〜３００ｎｍ程度、特に１２０ｎｍ以下程度の極端紫外光（ＥＵＶ：Extreme Ultraviolet）を発生させる極端紫外光発生装置、極端紫外光発生方法、前記極端紫外光源発生装置を使用した光脱離質量分析装置および極端紫外分光測光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体製造装置等の技術分野において、波長が１０ｎｍ〜３００ｎｍ以下、特に、１２０ｎｍ以下のＥＵＶ光源（Extreme Ultraviolet光源：極端紫外光源）の開発が盛んである。このようなＥＵＶ光源では、発光種（ターゲット）を励起状態（プラズマ化）にしてＥＵＶ光を得ており、ＥＵＶ光を発生させる発光種（ターゲット）として、ガスを使用するものと固体を使用するものが知られている。
【０００３】
ターゲットとしてガスを使用するＥＵＶ光源装置では、強い発光強度を売るためにガス圧が高い方（１気圧程度）がよいことが知られている（例えば、特許文献１：特開２００４−２２６２４４号公報等参照）。
ここで、１００ｎｍよりも短い波長域のＥＵＶ光を透過可能な窓材が存在しないため、ＥＵＶ光源と被照射物を配置する場所（チャンバ）との間を窓材で仕切ることができず、ＥＵＶ光源と被照射物の配置場所とを連通させておく必要がある。したがって、原料ガスが被照射物側に流入する問題や、波長が２２０ｎｍ程度以下のＥＵＶ光は、空気により吸収されるため、真空状態にする必要があり、ガスが流れるＥＵＶ光源と連通状態としつつ光路を真空状態とするためには、段階的に排気を行う差動排気が必要となる（前記特許文献１等参照）。
【０００４】
一方、ターゲットとして固体を使用する場合、固体を気化して励起状態からの発光を利用するため、効率よい気化が重要となる。ターゲットを励起する方式としては、大きく分けると、２つの方式があり、一方は、ターゲットをパルスレーザで励起して、発生するプラズマからＥＵＶ光を得るＬＰＰ方式（Laser Produced Plasma：レーザ生成プラズマ方式）であり、もう１つは、電極間にパルス電力を供給して発生した放電によるプラズマからＥＵＶ光を得るＤＰＰ方式（Discharge Produced Plasma:放電生成プラズマ方式）である。このようなＥＵＶ光源装置に関して、下記の特許文献２、３が知られている。
【０００５】
特許文献２としての特開２００９−３２７７６号公報には、リング状の絶縁材（２ｃ）を挟んで配置されたカソード（２ａ）とアノード（２ｃ）に、貫通する連通穴を形成して、連通穴にＳｎＨ４等のＥＵＶ放射種を含む原料ガスを供給し、カソード（２ａ）とアノード（２ｂ）との間にパルス電力を供給して、絶縁材（２ｃ）表面に沿面放電（creeping discharge）を発生させて大電流を流し、連通穴部分でプラズマを発生させて、Ｓｎに対応する波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を発生させる技術が記載されている。すなわち、ターゲットとしてガスを使用したＤＰＰ方式のＥＵＶ光源装置が記載されている。
また、特許文献２には、外周部分がエッジ状に形成された円盤状のカソード（２０ａ）とアノード（２０ｂ）を設け、アノード（２０ｂ）の外周縁に固体のＳｎや固体のＬｉを配置し、差動排気をしながら、固体Ｓｎや固体Ｌｉに対して、レーザ照射機（３０）でレーザを照射して気化、電離させると共に、電極（２０ａ，２０ｂ）間にパルス発生部（１１）でパルス電力を供給することで、エッジ間部分の空間でプラズマを発生させて、ＥＵＶ光を発生させる技術も記載されている。すなわち、ターゲットとして固体を使用したＬＰＰ方式のＥＵＶ光源装置が記載されている。
【０００６】
特許文献３としての特開平１１−２８３５５８号公報には、密封容器（２）内にガス（ネオンガス）を封入して、密閉容器（２）内の陽極（８）と円筒状のホロー陰極（９）との間に電圧を印加し、陽極（８）とホロー陰極（９）との間の放電によって、封入ガスが電離してプラズマが発生し、陰極（９）の白金がスパッタ（気化）され、１９３．４３６９ｎｍの波長にピークを有する輝線を得るＤＰＰ方式の技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２２６２４４号公報（「００１３」〜「００１５」、図１）
【特許文献２】特開２００９−３２７７６号公報（「０００３」〜「００１１」、「００４２」〜「００４９」、図７、図１０）
【特許文献３】特開平１１−２８３５５８号公報（「００１５」〜「００１９」、「００２４」、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般のＬＰＰ方式のＥＵＶ光源では、励起されたターゲット材の一部が、デブリとなり、発生したＥＵＶ光を集光等する光学系を損傷させやすい問題がある。また、ＬＰＰ方式では、レーザー光が照射される部分が損傷して窪みが形成され、発光条件が変わるため、レーザーが照射されるターゲットの表面を移動させる等して発光部分を変える必要がある。さらに、ＤＰＰ方式に比べて、装置が大型化しやすく、消費電力が大きいという課題もある。
【０００９】
特許文献３記載のＤＰＰ方式のＥＵＶ光源では、光が通過する窓を有する封入容器が必要であり、得たいＥＵＶ光の波長によっては、ＥＵＶ光が窓を通過できない問題がある。また、特許文献３記載の技術では、低圧ガスプラズマであるため、電子密度が低く、スパッタにより気化される金属蒸気の密度も低いため、得られる光の強度も弱いという問題がある。１００ｎｍ以下のＥＵＶ光を通過させるために窓材を設けない場合、特許文献１、２記載のように差動排気系が必要となる。しかしながら、差動排気系は、ＥＵＶ光が通過する開口が小さければ、ガスの流入量が少なく、真空ポンプの出力も低くて済むが、開口が小さいと通過するＥＵＶ光が少なくなるため、ある程度の大きさの開口が必要となり、高出力の真空ポンプが必要となってしまう。したがって、差動排気系を有するＥＵＶ光源では、高出力の真空ポンプが必要となり、大型化、高コスト化する問題がある。
【００１０】
特に、現在研究が行われている波長１３．５ｎｍの光源が半導体製造用のステッパー光源として採用された場合、いろいろな材料の波長１３．５ｎｍ近傍における光学特性を検査、測定する必要がある。光学特性を検査、測定するためには、波長１３．５ｎｍ近傍の光源が必要であるが、波長１００ｎｍ以下のＥＵＶ光である波長１３．５ｎｍの光を使用するステッパー光源は非常に高価で、これら検査用、測定用に使用する小型で、安価な光源の必要性は高い。特に、波長１００ｎｍ以下のＥＵＶ光を用いる光量子プロセスや、光脱離等の計測などで必要性が高い。光量子プロセスにおいては、２００ｎｍ〜５０ｎｍの光が必要であることが分かってきたが、ステッパーではなく計測機器用の光源として、１００ｎｍ以下の光源は実用的なものがほとんどない。
【００１１】
本発明は、小型、低コストで高強度の極端紫外光源を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記技術的課題を解決するために、請求項１記載の発明の極端紫外光発生装置は、
絶縁体と、
前記絶縁体を挟んで対向する第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極および前記絶縁体とを貫通して形成され、一端が窓材を介さずに第１の電極の外方に開口し且つ他端が前記絶縁体端面で開口する細孔光路と、
前記細孔光路の他端側に連通して、前記第２電極に形成されたターゲット材収容部と、
前記ターゲット材収容部に収容された極端紫外光の発光種となる固体のターゲット材と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、真空状態の前記細孔光路に沿面放電を発生させる電圧パルスを印加するパルス電源と、
を備え、
前記沿面放電により、前記ターゲット収容部の固体のターゲット材をプラズマ化し、極端紫外光を発生させて、前記細孔光路を通じて外部に導く
ことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の極端紫外光発生装置において、
前記第２の電極が陰極であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の極端紫外光発生装置において、
前記細孔光路の他端側に空間をあけて前記ターゲット材が収容された前記ターゲット収容部、
を備え、
前記細孔光路の他端側の空間の周壁が前記細孔光路と共に、中空筒状のホロー陰極の一部を構成し、前記ホロー陰極で生成される電子により前記ターゲット材をスパッタすることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の極端紫外光発生装置において、
前記第２の電極が、前記絶縁体に対して回動可能に支承され、前記回動方向に沿って複数のターゲット材収容部を有し、前記ターゲット材収容部と前記細孔光路との一致時に同期して電圧パルスが印加されて、前記細孔光路に対向するターゲット材収容部に収容された前記ターゲット材から極端紫外光を発生させることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の極端紫外光発生装置において、
複数の元素を含む前記ターゲット材を使用することを特徴とする。
【００１７】
前記技術的課題を解決するために、請求項６に記載の発明の光脱離質量分析装置は、
請求項１ないし５のいずれかに記載の極端紫外光発生装置と、
前記極端紫外光発生装置の前記細孔光路の一端側の開口が、窓を介さずに接続された処理室と、
前記処理室内および前記細孔光路を真空状態に排気する排気装置と、
前記処理室内に配置され、前記極端紫外光発生装置からの極端紫外光を分光する回折格子と、
前記処理室内に配置され、分光された極端紫外光が照射される被照射物と、
前記被照射物から脱離した物質を分析する質量分析計と、
を備えたことを特徴とする。
【００１８】
前記技術的課題を解決するために、請求項７に記載の発明の極端紫外分光測光装置は、
請求項１ないし５のいずれかに記載の極端紫外光発生装置と、
前記極端紫外光発生装置の前記細孔光路の一端側の開口が、窓を介さずに接続された処理室と、
前記処理室内および前記細孔光路を真空状態に排気する排気装置と、
前記処理室内に配置され、前記極端紫外光発生装置からの極端紫外光を分光する回折格子と、
前記処理室内に配置され、分光された極端紫外光が照射される被照射物と、
前記被照射物を透過した光を測定する透過光測定装置と、
を備えたことを特徴とする。
【００１９】
前記技術的課題を解決するために、請求項８に記載の発明の極端紫外分光測光装置は、
請求項１ないし５のいずれかに記載の極端紫外光発生装置と、
前記極端紫外光発生装置の前記細孔光路の一端側の開口が、窓を介さずに接続された処理室と、
前記処理室内および前記細孔光路を真空状態に排気する排気装置と、
前記処理室内に配置され、前記極端紫外光発生装置からの極端紫外光を分光する回折格子と、
前記処理室内に配置され、分光された極端紫外光が照射される被照射物と、
前記被照射物で反射した光を測定する反射光測定装置と、
を備えたことを特徴とする。
【００２０】
前記技術的課題を解決するために、請求項９に記載の発明の極端紫外光発生方法は、
絶縁体を挟んで対向する一対の電極の一方の電極に極端紫外光の発光種となる固体のターゲット材を収容するターゲット材収容部を形成し、他方の電極および前記絶縁体を貫通し且つ前記ターゲット収容部に開口する細孔光路を形成して、前記一対の電極間に前記細孔光路内で沿面放電を発生させる電圧パルスを印加することで、前記細孔光路の沿面放電により、固体のターゲット材をプラズマ化し、極端紫外光を発生させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１、９に記載の発明によれば、小型、低コストで高強度の極端紫外光源を提供することができる。
請求項２に記載の発明によれば、陽極に比べて電子のエネルギーが高い陰極が第２の電極において、第２電極のターゲット材収容部に収容されたターゲット材の気化が、ターゲット材収容部が形成されていない第１の電極を陰極とする場合に比べて、生じやすく、高出力の極端紫外光を得ることができる。
請求項３に記載の発明によれば、ターゲット材が設けられていないターゲット収容部の露出する内面がホロー陰極を形成し、高エネルギーの電子の発生により、ホロー陰極を形成しない場合に比べて、効率よくターゲット材がスパッタされる。同時にスパッタされたターゲット材の気体が高効率で多価イオンとなり強い極端紫外光が発生する。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、第２の電極を回転させることで、ターゲット収容部を切り替えることができ、ターゲット収容部に収容されたターゲットを切り替えることができる。したがって、異なる波長の極端紫外光を発生させるターゲット材を各ターゲット収容部に収容した場合には、広い波長範囲の光源を得ることが出来る。この方法は放電パルスと同期させてターゲット収容部を回転させると連続的に波長範囲を変えることが出来る。また、同一のターゲット材を各ターゲット収容部に収容した場合には、プラズマ化で消耗したターゲット材を、第２の電極を回転させるだけで、消耗していないターゲット材に容易に交換することができる。
請求項５に記載の発明によれば、単一の元素により構成されたターゲット材を使用する場合に比べて、広い波長域の極端紫外光を得ることができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、極端紫外光が照射された被照射物から光脱離した物質の質量分析を行うことができ、小型、低コストで、極端紫外光の波長域における被照射物の分析を行うことができる。また、従来、紫外光が透過可能な窓材が存在する１２０ｎｍよりも長い波長領域と、窓材が存在しない１２０ｎｍよりも短い波長領域では、異なる設計の装置が個別に必要であったが、請求項６に記載の発明によれば、紫外域から極端紫外域までの光が得られる極端紫外光発生装置を使用しており、紫外域から極端紫外域までの光を連続的に走査する光脱離質量分析装置を実現することが可能である。
請求項７、８に記載の発明によれば、極端紫外光が照射された被照射物の透過特性や反射特性の分析を行うことができ、小型、低コストで、極端紫外光の波長域における被照射物の分析を行うことができる。また、従来、紫外光が透過可能な窓材が存在する１２０ｎｍよりも長い波長領域と、窓材が存在しない１２０ｎｍよりも短い波長領域では、異なる設計の装置が個別に必要であったが、請求項７に記載の発明によれば、紫外域から極端紫外域までの光が得られる極端紫外光発生装置を使用しており、紫外域から極端紫外域までの光を連続的に走査する分光測光装置を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明の極端紫外光発生装置の説明図である。
【図２】図２は、実施例１の実験結果の説明図であり、横軸に波長、縦軸に光の強度を取ったグラフである。
【図３】図３は実施例２のＥＵＶ光源装置の説明図であり、図３Ａは断面図、図３Ｂはカソードの平面図である。
【図４】図４は実施例３のＥＵＶ光源装置を備えた透過型の極端紫外光分光測光装置の説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
【図５】図５は実施例４のＥＵＶ光源装置を備えた反射型の極端紫外光分光測光装置の説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例としての実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【実施例１】
【００２６】
図１は本発明の極端紫外光発生装置の説明図である。
図１において、本発明の実施例１の極端紫外光発生装置の一例としてのＥＵＶ光源１は、第２の電極の一例であって陰極の一例として、板状のカソード２を有する。前記カソード２の中央部には、上方に突出する円柱状の台座部２ａが形成されており、台座部２ａの中央部には、ターゲット収容部の一例として、凹部状に形成されたターゲット収容凹部２ｂが形成されている。
前記ターゲット収容凹部２ｂには、極端紫外光発生用のターゲット材の一例として、固体カリウムＴが収容されている。なお、実施例１では、固体カリウムＴの容積は、ターゲット収容凹部２ｂの容積よりも小さく設定されており、ターゲット収容凹部２ｂの内側面（周壁）の固体カリウムＴよりも右側の露出部２ｃが内部に露出した状態となっている。すなわち、露出した内側面である露出部２ｃが、筒状の電極、いわゆるホロー陰極を構成する。
【００２７】
前記カソード２の表面には、絶縁体の一例として、リング状のインシュレータ３が支持されている。前記インシュレータ３には、ターゲット収容凹部２ｂに対応する位置に貫通口３ａが形成されている。なお、実施例１では、前記貫通口３ａは、直径０．５ｍｍに設定されているが、直径はこの値に限定されず、後述する供給される電力等に応じて変更可能である。
前記インシュレータ３の表面には、第１の電極の一例であって陽極の一例として、板状のアノード４が支持されている。前記アノード４には、ターゲット収容凹部２ｂおよび貫通口３ａに対応して、円孔状の光通過口４ａが形成されている。
前記貫通口３ａおよび前記光通過口４ａにより、実施例１の細孔光路３ａ＋４ａが構成されている。
【００２８】
前記カソード２とアノード４との間には、パルス電源６が接続されており、カソード２とアノード４との間には、パルス電力（電圧パルス）が供給される。実施例１で、前記カソード２とアノード４との間には、パルス電力として、−３０［ｋＶ］、５００［Ａ］、パルス幅（半値幅）が１００［ｎｓ］〜２００［ｎｓ］程度の電力が供給される。なお、供給されるパルス電力は、例示した値に限定されず、沿面放電が発生可能な任意の電力とすることが可能である。
【００２９】
前記ＥＵＶ光源１の光通過口４ａは、処理室の一例としてのチャンバ１１に開口しており、チャンバ１１は、排気装置の一例としての真空ポンプ１２で真空排気されている。したがって、ＥＵＶ光源１の光通過口４ａや貫通口３ａ、ターゲット収容凹部２ｂも真空排気されている。前記チャンバ１１には、光通過孔４ａに対向して光導入部１１ａが形成されており、光導入部１１ａの内側には、光を絞る絞りの一例としての第１可変スリットＳ１が配置されている。前記チャンバ１１内には、光学系の一例として、光通過口４ａからの極端紫外光：ＥＵＶ光１３を分光する回折格子１４が配置されており、第１可変スリットＳ１を通過して回折格子１４で分光されたＥＵＶ光１３は、第２可変スリットＳ２で絞られて、被照射物の一例としての試料Ｓに照射される。
前記試料Ｓの近傍には、測定装置の一例であって、質量分析計の一例としての４重極子質量分析計（Ｑ−ＭＡＳ：quadrupole mass spectrometer）１６が配置されており、ＥＵＶ光１３が照射された試料Ｓから脱離した原子や分子の質量分析を行う。
前記ＥＵＶ光源装置１、前記チャンバ１１、真空ポンプ１２、スリットＳ１，Ｓ２、回折格子１４および４重極子質量分析計１６により、実施例１の光脱離質量分析装置（１〜１６）が構成されている。
【００３０】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１のＥＵＶ光源１を有する光脱離質量分析装置（１〜１６）では、パルス電源６からカソード２とアノード４との間に、パルス電力を供給すると、カリウムに対応する波長４０ｎｍのＥＵＶ光１３が発生した。
この原理の詳細は、以下のように考えられる。カソード２とアノード４との間に、パルス電力が供給されると、インシュレータ３の貫通口３ａの内表面に沿って、沿面放電が発生し、大電流が流れる。このとき、カソード２のターゲット収容凹部２ｂの内壁面近傍に陰極シースが形成され、この陰極シースで加速された電子がターゲット収容凹部２ｂ内の固体カリウムＴをスパッタし（叩き出し）、ターゲット材である固体カリウムＴが気体化すると同時に高いエネルギー状態に励起されて多価イオンとなる。したがって、発光種の一例としての気体化した多価イオンのカリウム粒子が、ターゲット収容凹部２ｂ内に、高密度で生成される。そして、インシュレータ３の貫通口３ａに沿った沿面放電により、貫通口３ａの内側のプラズマ領域で、気体化したカリウムがプラズマとなり、カリウムに対応する波長４０ｎｍ程度のＥＵＶ光１３が発生する。
【００３１】
特に、実施例１のＥＵＶ光源１では、ターゲットＴの細孔光路３ａ＋４ａ側で、ターゲット収容凹部２ｂの内側面が露出して、ホロー陰極を構成してる。したがって、放電に伴ってホロー陰極で、高エネルギーの電子が多く発生し、高エネルギー電子もターゲット材Ｔをスパッタする。したがって、スパッタされて気化したターゲット材の密度が高くなっており、発生するＥＵＶ光１３の強度が、ホロー陰極を構成しない場合に比べて、強くなっている。
発生したＥＵＶ光１３は、光通過口４ａからチャンバ１１内に照射され、回折格子１４で分光されて、試料Ｓに照射される。
【００３２】
実施例１のＥＵＶ光源１では、前記貫通口３ａおよび光通過口４ａが直径０．５ｍｍ程度の円柱孔により構成されており、いわば、キャピラリ管（毛細管）状に構成されている。したがって、発生したプラズマは、キャピラリ管３ａ＋４ａ内に閉じこめられており、気体化したカリウムは、プラズマとターゲット収容凹部２ｂに挟まれた内側に閉じこめられる。したがって、気体化したカリウムが、光通過口４ａを通じてチャンバ１１内に放出されることがほとんど無く、デブリによる光学系（可変スリットＳ１，Ｓ２や回折格子１４）の破損が低減されている。
【００３３】
また、実施例１のＥＵＶ光源１では、固体カリウムＴからターゲット収容凹部２ｂ内に多価イオンが高密度に生成されているため、多価イオンから強いＥＵＶ光の発光が得られる。したがって、実施例１のＥＵＶ光源１では、特許文献３記載の技術のようなホローカソードランプの光に比べて１万倍以上も強い光が得られる（ターゲット材と放電条件を最適化すればさらに強くなる）と共に、アルゴンガスをターゲットとするＬＰＰ方式のレーザー生成Ａｒプラズマ方式（例えば、特開２００８−２８６２号公報等参照）で得られる極端紫外光と同等以上の強い光が得られる。
【００３４】
さらに、実施例１のＥＵＶ光源１では、ターゲット収容凹部２ｂに収容するターゲット材の種類を変更することにより、ターゲット材に応じた波長の光を発生させることができ、光の波長を自由に選択することができる。特に、電極であるカソード２のターゲット収容凹部２ｂにターゲット材を収容するため、ターゲット材自体が導電性であるか、絶縁性であるかに関わらず、ターゲット材を気体化して、プラズマを得ることができる。
また、ターゲット材を、ブロック状や粉末状等の任意の形状とすることが可能であり、数種の発光種を混合することが可能となる。したがって、数種の発光種を混合した場合には、複数の波長の光が混合された光を得ることができ、発光波長帯を広くすることもできる。さらに、数種類の発光種を混合する場合に限定されず、複数の元素を含む多元系の化合物を採用することも可能である。また、ターゲット材としては、固体であればなんでも良く、必要とする波長に応じて任意の材料を選択可能である。特に、３００ｎｍ〜１０ｎｍの間の波長に対しては、鉄、ニッケル、銅、錫、タンタル、タングステン、鉛などが、好適に用いられる。
【００３５】
また、ターゲット材として固体が使用されており、発光種としてガスが使用されていないため、窓材が無くても、差動排気をする必要がなくなり、差動排気系が必要な従来の極端紫外光源に比べて、小型化、低コスト化できる。さらに、ＬＰＰ方式のような励起用のレーザー光源も必要なく、部品点数が削減でき、小型化、低コスト化できる。また、実施例１のＥＵＶ光源装置は、カソード２に凹部を形成し、インシュレータ３とアノード４に貫通口３ａと光通過口４ａを形成しただけの簡易な構成で、極端紫外光を得ることができ、製作が極めて容易である。
したがって、従来、紫外光が透過する窓材が存在する１２０ｎｍよりも長い波長領域と、窓材が存在しない１２０ｎｍよりも短い波長領域では、異なる設計の装置が個別に必要であったが、実施例１の光脱離質量分析装置（１〜１６）では、紫外域から極端紫外域までの光を照射可能なＥＵＶ光源１を使用しており、紫外域から極端紫外域までの光を連続的に走査する光脱離質量分析装置（１〜１６）を実現することが可能である。
【００３６】
また、実施例１のＥＵＶ光源装置１において、供給されるパルス電力を−３０［ｋＶ］、５００［Ａ］とし、パルス幅（半値幅）を１００［ｎｓ］〜２００［ｎｓ］とし、パルス幅を１００ｎｓとすると、１パルス当たりの電力Ｗ１は、Ｗ１＝３０×１０３［Ｖ］×５００［Ａ］×１×１０−７［ｓ］＝１．５［Ｗ］程度であり、１秒間に１０パルス、すなわち繰り返し回数が１０［Ｈｚ］の場合、１秒あたりの消費電力は１５［Ｗ］、１００Ｈｚでも１５０Ｗ程度となる。したがって、従来のステッパー用の極端紫外光源等で必要な大電力が必要なくなり、大型の電源装置が必要なく、電源も小型化、省エネルギー化されると共に、高繰り返し動作が可能となっている。
したがって、実施例１のＥＵＶ光源装置１は、小型、低コスト且つ簡易な構成で、１００ｎｍ以下の高強度のＥＵＶ光１３を発生させることができ、計測機器等にも簡易に使用できる。
【００３７】
（実施例１の変更例）
図２は、実施例１の実験結果の説明図であり、横軸に波長、縦軸に光の強度を取ったグラフである。
実施例１のＥＵＶ光源装置１では、カソード２にターゲット収容凹部２ｂを形成し、アノード４に光通過口４ａを形成したが、実施例１の変更例では、パルス電源６による印加電圧の極性を反転させ、ターゲット収容凹部２ｂが形成された電極を陽極とし、光通過口４ａが形成された電極を陰極として、パルス電源６を印加した。この場合でも、ＥＵＶ光の発生が確認された。すなわち、陰極側である光通過口４ａの内周面近傍に陰極シースが生成され、陰極シースからの電子が貫通口３ａを通過してターゲット収容凹部２ｂまで達し、固体カリウムＴをスパッタしたものと考えられる。
【００３８】
ここで、図２において、実施例１の構成で、ターゲット収容凹部２ｂ側をカソードとして実験を行った場合は、図２の実線で示すように、波長４０ｎｍに強い光が観測され、実施例１の変更例のように、ターゲット収容凹部２ｂ側をアノードとした場合は、図２の破線で示すように、波長４０ｎｍに、実施例１よりは強度が弱いが、ピークが観測された。これは、陰極側の電子の方が、陽極側の電子よりもエネルギーが高いためであり、ターゲット材Ｔを収容している第２電極２側を陰極にした方が、ターゲット材の気化が生じやすく、極端紫外光の強度も強くなる。すなわち、ターゲット収容凹部２ｂ側をカソードとする方が、強い光が得られることが確認されたが、ターゲット収容凹部２ｂ側をアノードとすることも可能であることが確認された。
【実施例２】
【００３９】
図３は実施例２のＥＵＶ光源装置の説明図であり、図３Ａは断面図、図３Ｂはカソードの平面図である。
次に、本発明の実施例２の説明をするが、この実施例２の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この実施例２は、下記の点で前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成されている。
図３において、実施例２のＥＵＶ光源１′では、実施例１のカソード２に替えて、第２の電極の一例であり陰極の一例としての円板状のカソード２′を有する。
実施例２のカソード２′は、回転軸２１を中心として回転可能に支持されており、図３Ｂに示すように、回転軸２１から予め設定された半径ｒ１離れた位置には、９０度ずつ位相をずらして、４つのターゲット収容凹部２ｂ′が形成されている。
【００４０】
図３Ａにおいて、カソード２′の表面には、カソード２′と同様の直径を有する円板状のインシュレータ３′が支持されている。前記インシュレータ３′には、１つのターゲット収容凹部２ｂ′に対向する位置に、貫通口３ａ′が形成されている。
前記貫通口３ａ′の位置には、実施例１と同様のアノード４が配置されており、アノード４とカソード２′との間には、パルス電源６によりパルス電力が供給可能に構成されている。
したがって、実施例２では、回転軸２１を９０度ずつ回転させることで、貫通口３ａ′および光通過口４ａの位置に、４つのターゲット収容凹部２ｂ′が順次移動、対向するように構成されている。
【００４１】
（実施例２の作用）
前記構成を備えた実施例２のＥＵＶ光源１′では、貫通口３ａ′および光通過口４ａと対向したターゲット収容凹部２ｂ′において、沿面放電によるプラズマが発生し、ＥＵＶ光１３が発生する。
そして、実施例２のＥＵＶ光源１′では、回転軸２１を中心としてカソード２′を回転させて、貫通口３ａ′等に対向するターゲット収容凹部２ｂ′を切り替えることで、ターゲット収容凹部２ｂ′に収容されたターゲット材Ｔを変更できる。よって、各ターゲット収容凹部２ｂ′に異なるターゲット材Ｔを収容しておけば、異なる波長のＥＵＶ光を容易に得ることができる。各ターゲット収容凹部２ｂ′に、例えば、固体Ｓｎ（波長１３．５ｎｍ）や固体Ｌｉ（波長１３．５ｎｍ）、固体Ｋ（４０ｎｍ）等をそれぞれ収容し、回転軸２１を回転させることで、異なる波長の極端紫外光を選択的に得ることが可能なＥＵＶ光源１′を提供できる。また、仮に各ターゲット収容凹部２ｂ′に、同一のターゲット材Ｔを収容しておき、使用によりターゲット材Ｔが劣化、消耗すると、カソード２′を回転させることで、別のターゲット収容凹部２ｂ′に収容されている劣化等していないターゲット材Ｔに交換することができ、速やかにＥＵＶ光１３の照射や計測等が再開可能とすることも可能である。
【実施例３】
【００４２】
図４は実施例３のＥＵＶ光源装置を備えた透過型の極端紫外光分光測光装置の説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
次に、本発明の実施例３の説明をするが、この実施例３の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この実施例３は、下記の点で前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成されている。
図４において、実施例３の透過型の分光測光装置３１では、実施例１の４重極子質量分析計１６に替えて、透過光測定装置の一例として、試料Ｓの下方に配置され、試料Ｓを透過したＥＵＶ光１３を検出する光検出器３２が支持されている。
【００４３】
（実施例３の作用）
前記構成を備えた実施例３の分光測光装置３１では、ＥＵＶ光源１から照射されたＥＵＶ光１３は、試料Ｓに照射され、試料Ｓを透過したＥＵＶ光１３が光検出器３２で検出される。したがって、光検出器３２で検出された透過光強度等の検出結果により、試料Ｓの透過特性を測定することが可能である。
特に、従来の分光測光装置では、紫外光が透過可能な窓材が存在する１２０ｎｍよりも長い波長領域と、窓材が存在しない１２０ｎｍよりも短い波長領域では、異なる設計の装置が個別に必要であったが、実施例３の分光測光装置３１では、紫外域から極端紫外域までの光が得られるＥＵＶ光源１を使用しており、回折格子１４の回転に伴って紫外域から極端紫外域までの光を連続的に走査することが可能である。
【実施例４】
【００４４】
図５は実施例４のＥＵＶ光源装置を備えた反射型の極端紫外光分光測光装置の説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
次に、本発明の実施例４の説明をするが、この実施例４の説明において、前記実施例１、３の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この実施例４は、下記の点で前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１、３と同様に構成されている。
図５において、実施例４の反射型の分光測光装置４１では、実施例１の４重極子質量分析計１６に替えて、反射光測定装置の一例として、試料Ｓの斜め上方に配置され、試料Ｓで反射されたＥＵＶ光１３を検出する光検出器４２が支持されており、光検出器４２に対応して、実施例４の試料Ｓは、実施例１に比べて、光検出器４２側に斜めに傾斜した状態で支持されている。
【００４５】
（実施例４の作用）
前記構成を備えた実施例４の分光測光装置４１では、ＥＵＶ光源１から照射されたＥＵＶ光１３は、試料Ｓに照射され、試料Ｓで反射されたＥＵＶ光１３が光検出器４２で検出される。したがって、光検出器４２で検出された反射光強度等の検出結果により、試料Ｓの反射特性を測定することが可能である。また、実施例４の分光測光装置４１でも、実施例３と同様に、紫外域から極端紫外域までの光が得られるＥＵＶ光源１を使用しており、回折格子１４の回転に伴って紫外域から極端紫外域までの光を連続的に走査することが可能である。
【００４６】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ06）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、実施例に例示した数値や具体的な材料名等は、実施例に例示したものに限定されず、設計や仕様に応じて任意に変更可能である。
（Ｈ02）前記実施例２において、ターゲット収容凹部２ｂ′は、９０度ずつ位相をずらして４つ設けたが、この構成に限定されず、数や位置は任意に変更可能である。
【００４７】
（Ｈ03）前記実施例において、ターゲット収容凹部２ｂ，２ｂ′は、円柱状の凹部に限定されず、半円球状や、円錐状、四角柱や三角柱等の多角柱状、四角錐や三角錐等の多角錐状等、任意の形状とすることが可能である。また、実施例２のカソード２′の形状も円板状に限定されず、多角板状等の任意の形状とすることが可能である。
（Ｈ04）前記実施例において、ターゲット材Ｔの容積は、ターゲット収容凹部２ｂ，２ｂ′よりも小さくしたが、ターゲット収容凹部２ｂ，２ｂ′と同容積または大きな容積とすることも可能である。なお、同容積として実験した場合にも、ＥＵＶ光１３が発生した。これは、ターゲット収容凹部２ｂ，２ｂ′とターゲット材との間の微小な隙間等があるため、カソード２とアノード４との間で沿面放電が発生したものと考えられる。
【００４８】
（Ｈ05）前記実施例において、測定機器としてのＱ−ＭＡＳで質量分析を行う光脱離質量分析装置や、透過特性または反射特性の測定を行う分光測光装置３１を例示したが、この構成に限定されず、これら以外にも紫外光が照射される、任意の分析、測定装置に適用可能である。また、分析、測定装置に限定されず、極端紫外光源を使用した半導体製造や、試料表面の改質、洗浄等にも使用可能である。また、実施例３の透過型の測光分光装置３１と実施例４の反射型の測光分光装置４１とを組み合わせて、透過光を検出する光検出器３２と、反射光を検出する光検出器４２の両方を備えた測光分光装置とすることも可能である。この他にも、実施例１と実施例３、４とを組み合わせたり、実施例２と実施例３、４とを組み合わせたりすることも可能である。
（Ｈ06）前記実施例２において、ターゲット収容凹部２ｂ′が貫通口３ａ′に対向した状態でカソード２′の回転を停止して、電圧パルスを印加する構成を例示したが、この構成に限定されず、カソード２′は停止せずに回転し続けた状態で、ターゲット収容凹部２ｂ′が貫通口３ａ′に対向した状態において、電圧パルスが印加されればよい。すなわち、ターゲット収容凹部２ｂ′と細孔光路３ａ′＋４ａとの一致に同期して電圧パルスが印加されればよく、カソード２′が、連続的に回転する構成でも、予め設定された時間間隔で間欠的に回転する構成でも、入力がされない限り停止する構成でも適用が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１′…極端紫外光発生装置、
１〜１６…光脱離質量分析装置、
２，２′…第２の電極，陰極、
２ｂ，２ｂ′…ターゲット収容部、
２ｃ…ホロー陰極、
３，３′…絶縁体、
３ａ＋４ａ，３ａ′＋４ａ…細孔光路、
４…第１の電極，陽極、
１１…処理室、
１２…排気装置、
１４…回折格子、
１６…質量分析計、
３１，４１…極端紫外光分光測光装置、
３２…透過光測定装置、
４２…反射光測定装置、
Ｓ…被照射物、
Ｔ…ターゲット材。
【図１】
2011003316.tif 000003
【図２】
2011003316.tif 000004
【図３】
2011003316.tif 000005
【図４】
2011003316.tif 000006
【図５】
2011003316.tif 000007