(57)【要約】【課題】軟Ｘ線光源において、レーザ光から軟Ｘ線への変換効率を高めること。【解決手段】ターゲット３２にレーザ光６０を照射することにより前記ターゲットに含まれる元素を含むプラズマを生成し、前記プラズマから軟Ｘ線６２を放射させるレーザ装置３６と、前記ターゲットを内部に収納し、前記レーザ装置が前記ターゲットに前記レーザ光を照射するときに、前記内部のガスのガス圧力を１０Ｐａ以上かつ大気圧未満とするチャンバ３０と、を具備する軟Ｘ線光源。【選択図】図１２
2019168477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットにレーザ光を照射することにより前記ターゲットに含まれる元素を含むプラズマを生成し、前記プラズマから軟Ｘ線を放射させるレーザ装置と、
前記ターゲットを内部に収納し、前記レーザ装置が前記ターゲットに前記レーザ光を照射するときに、前記内部のガスのガス圧力を１０Ｐａ以上かつ大気圧未満とするチャンバと、
を具備することを特徴とする軟Ｘ線光源。
【請求項２】
前記内部の前記ガスのガス圧力は１０Ｐａ以上かつ１０００Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１記載の軟Ｘ線光源。
【請求項３】
前記内部の前記ガスのガス圧力は、前記プラズマにより形成されるプラズマ球が真空中のプラズマ球より小さくなるようなガス圧力であることを特徴とする請求項１または２記載の軟Ｘ線光源。
【請求項４】
前記軟Ｘ線の波長は１３ｎｍ以上かつ１４ｎｍ以下であり、
前記ガスはシリコンを含むガス、モリブデンを含むガス、ヘリウムガスおよび水素ガスの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の軟Ｘ線光源。
【請求項５】
前記軟Ｘ線の波長は６ｎｍ以上かつ７ｎｍ以下であり、
前記ガスは炭素を含むガス、ボロンを含むガス、ヘリウムガスおよび水素ガスの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の軟Ｘ線光源。
【請求項６】
前記軟Ｘ線の波長は４．５ｎｍ以上かつ５ｎｍ以下であり、
前記ガスは炭素を含むガス、窒素を含むガス、ヘリウムガスおよび水素ガスの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の軟Ｘ線光源。
【請求項７】
前記軟Ｘ線の波長は２．３ｎｍ以上かつ４．５ｎｍ以下であり、
前記ガスは酸素を含むガス、窒素を含むガス、ヘリウムガスおよび水素ガスの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の軟Ｘ線光源。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項記載の軟Ｘ線光源を含む露光装置。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか一項記載の軟Ｘ線光源を含む顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟Ｘ線光源、露光装置および顕微鏡に関し、例えばレーザ光をターゲットに照射することにより軟Ｘ線を放射させる軟Ｘ線光源、露光装置および顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
極紫外（ＥＵＶ：Extreme Ultraviolet）光または軟Ｘ線の光源として、レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ：Laser Produced Plasma）光源が知られている（例えば特許文献１〜４）。ＬＰＰ光源は、ターゲット材料にレーザ光を照射することでターゲット材料がプラズマ化し、このプラズマから放射される極紫外光または軟Ｘ線を利用する光源である。
【０００３】
ＥＵＶ光源において、チャンバ内に緩衝ガスを導入することによりデブリと呼ばれる飛散粒子が光学系を汚染または損傷することを抑制することが知られている（例えば特許文献５）。緩衝ガスをプラズマ放電中のチャンバ内に導入することで、プラズマにより生成されたイオンを遅くし光学系等への損傷を抑制することが知られている（例えば特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０００−５０９１９０号公報
【特許文献２】特開２００１−３５６８８号公報
【特許文献３】特開２０１３−２５１１００号公報
【特許文献４】特開２０１３−９３３０８号公報
【特許文献５】特開２００８−４１３９１号公報
【特許文献６】特表２０１４−５１０４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＰＰ光源では、高出力化が求められている。このため、照射するレーザ光のエネルギーに対し出射される軟Ｘ線のエネルギーを示す変換効率を高めることが求められている。特許文献５および６には、光学系等の汚染や損傷を抑制するためにチャンバ内に緩衝ガスを導入することが記載されている。しかし、プラズマから放射される軟Ｘ線自体を高出力化する方法については記載されていない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、軟Ｘ線光源において、レーザ光から軟Ｘ線への変換効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ターゲットにレーザ光を照射することにより前記ターゲットに含まれる元素を含むプラズマを生成し、前記プラズマから軟Ｘ線を放射させるレーザ装置と、前記ターゲットを内部に収納し、前記レーザ装置が前記ターゲットに前記レーザ光を照射するときに、前記内部のガスのガス圧力を１０Ｐａ以上かつ大気圧未満とするチャンバと、を具備することを特徴とする軟Ｘ線光源である。
【０００８】
上記構成において、前記内部の前記ガスのガス圧力は１０Ｐａ以上かつ１０００Ｐａ以下である構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記内部の前記ガスのガス圧力は、前記プラズマにより形成されるプラズマ球が真空中のプラズマ球より小さくなるようなガス圧力である構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記軟Ｘ線の波長は１３ｎｍ以上かつ１４ｎｍ以下であり、前記ガスはシリコンを含むガス、モリブデンを含むガス、ヘリウムガスおよび水素ガスの少なくとも１つである構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記軟Ｘ線の波長は６ｎｍ以上かつ７ｎｍ以下であり、前記ガスは炭素を含むガス、ボロンを含むガス、ヘリウムガスおよび水素ガスの少なくとも１つである構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記軟Ｘ線の波長は４．５ｎｍ以上かつ５ｎｍ以下であり、前記ガスは炭素を含むガス、窒素を含むガス、ヘリウムガスおよび水素ガスの少なくとも１つである構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記軟Ｘ線の波長は２．３ｎｍ以上かつ４．５ｎｍ以下であり、前記ガスは酸素を含むガス、窒素を含むガス、ヘリウムガスおよび水素ガスの少なくとも１つである構成とすることができる。
【００１４】
本発明は、上記軟Ｘ線光源を含む露光装置である。
【００１５】
本発明は、上記軟Ｘ線光源を含む顕微鏡である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、軟Ｘ線光源において、レーザ光から軟Ｘ線への変換効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（ａ）および図１（ｂ）は、実験１における波長に対する相対発光強度を示す図である。
【図２】図２は、実験１における相対圧力に対する相対発光強度を示す図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、実験２における波長に対する発光強度を示す図である。
【図４】図４は、実験２におけるＮ２ガス圧力に対する発光強度を示す図である。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、実験３における波長に対する発光強度を示す図である。
【図６】図６は、実験３における吸収補正後の波長に対する相対発光強度を示す図である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、実験４におけるプラズマ球の平均画像である。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ図７（ａ）および図７（ｂ）の画像内のＡ−Ｂにおけるピクセルに対するグレー値を示す図である。
【図９】図９（ａ）は、実験５における時間に対するファラデーカップの荷電粒子数を示す図、図９（ｂ）は、図９（ａ）の時間をエネルギーに変換した図である。
【図１０】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、考察した真空中のプラズマからの荷電粒子の拡散過程を示す模式図である。
【図１１】図１１（ａ）から図１１（ｃ）は、考察したガス中のプラズマからの荷電粒子の拡散過程を示す模式図である。
【図１２】図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施形態１に係る軟Ｘ線光源のブロック図である。
【図１３】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、各元素の波長に対するＵＴＡ発光の線強度を示す図（その１）である。
【図１４】図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、各元素の波長に対するＵＴＡ発光の線強度を示す図（その２）である。
【図１５】図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、波長に対する軟Ｘ線の透過率を示す図（その１）である。
【図１６】図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、波長に対する軟Ｘ線の透過率を示す図（その２）である。
【図１７】図１７は、波長に対する軟Ｘ線の透過率を示す図（その３）である。
【図１８】図１８は、実施形態２の露光装置のブロック図である。
【図１９】図１９は、実施形態３の顕微鏡のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず、発明者らが行なった実験について説明する。
実験の手順は以下である。
チャンバ内にターゲットを配置する。
チャンバ内にガスを導入する。
ターゲットにレーザ光を照射する。
ターゲットから出射する軟Ｘ線のスペクトルを分光器および軟Ｘ線検出器を用い測定する。
【００１９】
［実験１］
実験１の条件を以下に示す。
レーザ装置：激光（Ｇｅｋｋｏ）ＸＩＩ（大阪大学  レーザエネルギー学研究センター）
レーザ光波長：１０５３ｎｍ
パルスエネルギー：１２０Ｊ
パルス幅：５００ピコ秒
ターゲット：Ａｕ（金）、またはＡｌ（アルミニウム）  膜厚が１００μｍの薄膜
チャンバ内ガス：Ｎ２（窒素）ガス
分光器：Ｆｌａｔ−ｆｉｅｌｄ型斜入射分光器（回折格子溝間隔２４００本／ｍｍ）
ターゲットから分光器の入射窓までの距離：８００ｍｍ
分光器から検出器までの距離：８００ｍｍ
ターゲットから検出器までは一定圧力のガスで満たされている。
【００２０】
図１（ａ）および図１（ｂ）は、実験１における波長に対する相対発光強度を示す図である。図１（ａ）および図１（ｂ）のターゲットはそれぞれＡｕおよびＡｌである。相対発光強度は、Ｎ２ガスによる軟Ｘ線の吸収を補正（以下吸収補正）した後、ガスをチャンバ内に導入しないガス圧力が０Ｐａの発光強度で規格化している。吸収補正は、ターゲットから検出器までの距離１６００ｍｍとしたときのＮ２ガスの軟Ｘ線の透過率より算出した。波長は、Ｎ２ガスに起因するＫ殻吸収端Ｎ−Ｋ（約３．０ｎｍ）および分光器の炭素に起因するＫ殻吸収端Ｃ−Ｋ（約４．４ｎｍ）で較正した。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、ターゲットがＡｕのとき、波長が３ｎｍから６ｎｍにおいて、Ｎ２ガスの圧力が高くなると相対発光強度が大きくなる。特にＮ−Ｋ端およびＣ−Ｋ端の長波長側で相対発光強度が大きく、ガス圧力が４００Ｐａのとき、相対発光強度は約５となる。図１（ｂ）に示すように、ターゲットがＡｌのとき、ガス圧力が２６７ＰａでＮ−Ｋ端の長波長側における相対発光強度は１２となる。
【００２２】
図２は、実験１における相対圧力に対する相対発光強度を示す図である。図示した相対発光強度は波長が３．２ｎｍの発光強度である。相対圧力はガス圧力が６７Ｐａを１としている。図２に示すように、ターゲットの種類によらずガス圧力に対して相対発光強度は線形に増大する。
【００２３】
［実験２］
実験２の条件を以下に示す。
レーザ装置：Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
レーザ光波長：１０６４ｎｍ
パルスエネルギー：１Ｊ未満
パルス幅：７ナノ秒
ターゲット：Ａｕ
チャンバ内ガス：Ｎ２ガス
分光器：Ｆｌａｔ−ｆｉｅｌｄ型斜入射分光器（回折格子溝間隔２４００本／ｍｍ）
ターゲットから分光器および検出器までの距離：１０００ｍｍ
ターゲットから検出器までは一定圧力のガスで満たされている。
【００２４】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、実験２における波長に対する発光強度を示す図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ吸収補正前および吸収補正後の発光強度を示す。発光強度は任意単位（arbitrary unit）である。吸収補正後の発光強度は、ターゲットから検出器までの距離１０００ｍｍとしたときのＮ２ガスの軟Ｘ線の透過率より算出した。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、波長が２ｎｍから４．５ｎｍにおいて、ガス圧力が５０Ｐａから９９Ｐａではガス圧力が０Ｐａに比べ発光強度が小さい。ガス圧力が１２５Ｐａ以上ではガス圧力が０Ｐａに比べ発光強度が大きくなる。波長が４．５ｎｍから７ｎｍにおいて、ガス圧力が０Ｐａの発光強度は波長が長くなると大きくなる。図３（ｂ）に示すように、吸収補正後では、ガス圧力が９９Ｐａ以上で発光強度が０Ｐａより大きくなる。ガス圧力が大きくなると、発光強度は大きくなる。このように、吸収補正すると、３ｎｍから６ｎｍにおいて、ガス圧力が１００Ｐａ以上で、ガス圧力が０Ｐａより発光強度が大きくなる。
【００２６】
図４は、実験２におけるＮ２ガス圧力に対する発光強度を示す図である。発光強度は、波長が２．３ｎｍから４．４ｎｍにおける積算値（任意単位）である。同様の実験を３回行ない、３回の実験結果をそれぞれ白四角、黒丸および白丸で示す。ガス圧力が０Ｐａに比較し、ガス圧力を大きくすると発光強度が大きくなる。特にガス圧力が５０Ｐａ以上では、ガス圧力に対して発光強度は線形に増大する。発光強度を大きくするためには、ガス圧力は１００Ｐａ以上が好ましく、１５０Ｐａ以上がより好ましく、２００Ｐａ以上がさらに好ましい。
【００２７】
［実験３］
実験３の条件を以下に示す。
レーザ装置：Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
レーザ光波長：１０６４ｎｍ
パルスエネルギー：０．８５Ｊ未満
パルス幅：８ナノ秒から１２ナノ秒
レーザ光径：２２μｍ
レーザ光照射強度：２．０×１０１３±５×１０１１Ｗ／ｃｍ２
ターゲット：Ｗ（タングステン）  膜厚が０．３ｍｍの薄膜
チャンバ内ガス：Ｈｅ（ヘリウム）ガス
分光器：１６６°定偏角型分光器（回折格子溝間隔６００本／ｍｍ）
ターゲットから分光器までの距離：１５００ｍｍ
ターゲットから分光器の入射スリットまでの距離：１０００ｍｍ
分光器から出射スリットまでの距離：２５０ｍｍ
出射スリットの下流に波長１ｎｍから３０ｎｍに特に感度を持つ検出器（フォトダイオード：ＩＲＤ社製  ＥＵＶＵＶ１００）を設ける。
ターゲットから分光器の入射スリットまではほぼ一定圧力のガスで満たされている。
【００２８】
図５（ａ）および図５（ｂ）は、実験３における波長に対する発光強度を示す図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ吸収補正前および吸収補正後の発光強度を示す。図６は、吸収補正後の波長に対する相対発光強度を示す図である。発光強度は１００パルスの積算値であり任意単位である。吸収補正後の発光強度は、ターゲットから分光器の入射スリットまでの距離１０００ｍｍとしたときのＨｅガスの軟Ｘ線の透過率より算出した。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、波長が８ｎｍから３０ｎｍにおいて、ガス圧力が大きくなると、発光強度は小さくなる。これは、Ｈｅにより軟Ｘ線が吸収されるためである。図５（ｂ）に示すように、吸収補正すると、波長が８ｎｍから３０ｎｍにおいて、ガス圧力が大きくなると、発光強度が大きくなる。波長が１７ｎｍ以下と１７ｎｍ以上で振る舞いが異なる。波長が８ｎｍから１７ｎｍにおいてブロードな発光ピークが観察される。ガス圧力を３０Ｐａ以上とすると、この波長領域の発光強度は、ガス圧力の増加に対して、線形に増加する。波長が１７ｎｍから３０ｎｍにおいては、明確なピーク構造は観測されない。この波長域での発光強度は、ガス圧力の増加に対して、指数関数的に増大する。
【００３０】
図６に示すように、実験３におけるガス圧力が０Ｐａの発光強度で規格化すると、波長が８．５ｎｍ付近、９．５ｎｍ付近、１０．５ｎｍ付近および２０ｎｍ付近にピークＰ１からＰ４が観察される。ガス圧力が大きくなると、ピークＰ１からＰ４の強度も大きくなる。
【００３１】
図５（ｂ）の波長が１２ｎｍから１７ｎｍの発光は、T. Putterich et al., Plasma Phys. Control. Fusion 50 (2008) 085016に示されているプラズマ温度が１ｋｅＶのときのＷ２４＋からＷ２７＋の発光と考えられる。一方、図６のピークＰ１からＰ３は、C.S. Harte, et al., J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., 43 205004に記載されているそれぞれＷ２０＋、Ｗ１９＋、およびＷ１８＋の発光と考えられる。ピークＰ４は、C. Suzuki, et al., J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., 44 175004.に記載されているＷ２０＋の発光と考えられる。波長が１７ｎｍ以上の発光は１７ｎｍ以下の発光とは振る舞いが異なるため、発光機構が異なると考えられる。波長が１７ｎｍ以上の発光は、例えば電子の制動輻射と考えられる。
【００３２】
実験１から実験３の結果をまとめると、ガス雰囲気中のターゲットにレーザ光を照射すると出射される軟Ｘ線の強度が大きくなる。すなわち変換効率が高くなる。ターゲットとしてＡｕ、ＡｌおよびＷにおいても同様の現象が生じる。ガスとしてＮ２およびＨｅにおいて同様の現象が生じる。また、波長が２ｎｍから３０ｎｍの範囲で同様の現象が生じる。
【００３３】
このようなチャンバ内へのガスの導入による発光強度の増大の機構を調べるため以下の実験を行なった。
【００３４】
［実験４］
実験３の実験装置を用い、シャッタを０．１秒開放しプラズマ球を写真撮影した。ガス圧力が０Ｐａと６０Ｐａについて、それぞれ８５枚の写真を撮影した。ＰＣＡ（Principal Component Analysis）処理し、それぞれの平均画像を算出した。
【００３５】
図７（ａ）および図７（ｂ）は、実験４におけるプラズマ球の平均画像である。図７（ａ）および図７（ｂ）において、左側の円形状の白パターンがプラズマ球である。右側の白いパターンはプラズマ球の反射画像である。図７（ａ）および図７（ｂ）はそれぞれガス圧力が０Ｐａおよび６０Ｐａである。図７（ａ）と図７（ｂ）を比較すると、図７（ｂ）ではプラズマ球が小さくなっているようにみえる。
【００３６】
図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ図７（ａ）および図７（ｂ）の画像内のＡ−Ｂにおけるピクセルに対するグレー値を示す図である。図８（ａ）および図８（ｂ）において、グレー値が白（０．００４５）の半分となるピクセル位置を破線で示す。破線の間隔がプラズマ球の直径に対応するとする。ガス圧力が６０Ｐａのプラズマ球の直径は、ガス圧力が０Ｐａの約８０％となっている。このように、ガスの導入によりプラズマ球は収縮することがわかる。
【００３７】
［実験５］
実験３の実験装置を用い、チャンバ内にガスを導入しない（ガス圧力が０Ｐａ）のときのプラズマから飛来する荷電粒子の速度を測定した。ターゲットの法線方向に沿ってレーザ光を入射し、ターゲット面上のレーザ照射点から伸ばした法線に対して角度θの直線上でかつ照射点から距離が１１５ｍｍの場所にファラデーカップを配置した。レーザ光のパルスと同期させ、飛来する荷電粒子のレーザ光照射直後からの時間応答を測定した。
【００３８】
図９（ａ）は、実験５における時間に対するファラデーカップの荷電粒子数を示す図である。図９（ａ）は、ファラデーカップの計測値から求めた荷電粒子数を絶対値で示している。図９（ｂ）は、図９（ａ）の時間をエネルギーに変換した図である。角度θが、２３．７°、４３．７°、５３．７°および７６．０°の結果を示している。
【００３９】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、４つのピークＰａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄが観察される。図９（ａ）および図９（ｂ）のピーク記号Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄは、それぞれ対応するピークを表わしている。各ピークの時間から荷電粒子の速度を算出すると以下となる。
Ｐａ：３．２×１０５ｍ／秒
Ｐｂ：２．５×１０４ｍ／秒
Ｐｃ：８．９×１０３ｍ／秒
Ｐｄ：３．３×１０３ｍ／秒
【００４０】
ピークＰａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄをＷイオンによる信号と考えて、エネルギーに換算すると、それぞれ５００００ｅＶ、６２０ｅＶ、７０ｅＶおよび１２ｅＶとなる。ピークＰａのエネルギーは投入エネルギーから予想される黒体輻射温度ピークの値（１８０ｅＶ〜６００ｅＶ）に対して２桁ほど大きく、投入エネルギーに対して高すぎるエネルギー値であるため、プラズマ中のＷイオンからの信号とは考えられない。一方で、ピークＰａを電子による信号と考えて、エネルギーに換算すると０．３ｅＶとなり、プラズマ中の電子として十分とりうる値である。以上のことより、ピークＰａは電子に相当し、ピークＰｂ、ＰｃおよびＰｄは価数の異なるＷイオンに相当すると考えられる。
【００４１】
［実験の考察］
実験１から実験３において、チャンバ内へのガスの導入により発光強度が増大する機構については明確でないが、実験４および実験５の結果に基づき、例えば以下のように考えられる。
【００４２】
実験５の結果より、真空中のプラズマからの荷電粒子の拡散について、以下のように考えられる。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、考察した真空中のプラズマからの荷電粒子の拡散過程を示す模式図である。図１０（ａ）に示すように、ターゲット１０にレーザ光１２を照射すると、ターゲット１０の一部１０ａが溶融する。ターゲット１０の材料（例えばＷ）のプラズマ球１８が生成される。プラズマ球１８には、電子１４およびターゲット材料のイオン１６が含まれる。レーザ光１２の照射からピコ秒程度経過すると、プラズマ球１８から軟Ｘ線２０が出射される。
【００４３】
図１０（ｂ）に示すように、レーザ光１２の照射からマイクロ秒程度経過すると、レーザ光からエネルギーを得た荷電粒子は真空中を飛散する。レーザ光のエネルギーは荷電粒子に等分配されると、イオン１６ａから１６ｄの束縛を離れた一部の電子１４は最も速く飛散し、価数の異なるイオン１６ａから１６ｄは電子１４より遅く飛散する。イオン１６ａから１６ｄは価数が異なっており、価数により速度が異なる。このように、最も外側が電子１４となりイオン１６ａから１６ｄが内側となる。
【００４４】
次に、実験４の結果より、ガス中のプラズマ球１８は以下のように収縮すると考えられる。図１１（ａ）から図１１（ｃ）は、考察したガス中のプラズマからの荷電粒子の拡散過程を示す模式図である。図１１（ａ）に示すように、チャンバ内にはガス分子２２が存在する。ターゲット１０にレーザ光１２を照射すると、図１０（ａ）と同様にプラズマ球１８が生成される。図１１（ｂ）に示すように、レーザ光１２の照射からピコ秒程度経過すると、プラズマ球１８から軟Ｘ線２０が放射される。図１１（ｃ）に示すように、軟Ｘ線２０が放射されてからナノ秒程度経過すると、ガス分子２２が軟Ｘ線２０に照射され光電効果によってガス分子２２が電離する。
【００４５】
ガス分子２２の電離によりイオン２２ａおよび電子２２ｂが生成される。イオン２２ａおよび電子２２ｂと電子１４の間にはクーロン相互作用が働く。これを通じて電子１４が冷却され、電子１４の飛散速度が抑えられる。同様に、プラズマ球１８内のイオン１６の飛散も抑制される。これにより、実験４のように、ガス雰囲気ではプラズマ球１８が収縮すると考えられる。このとき、電子１４およびイオン１６は最小発熱の原理を満たすように運動する。これにより、電子１４は光などの形でエネルギーを放出し運動速度を低下させプラズマ球１８内の電子密度を増加させる。一方、イオン１６は光の形でエネルギーを放出することが出来ないので、運動エネルギーの一部を内部エネルギーに変換し、価数を増加させる。その結果、イオン１６の密度の増加が起こる。すなわち、圧縮されたプラズマ球１８においては、電子密度とイオン密度の増大が同時に起こると考えられる。
【００４６】
膨張するプラズマ球１８から放射される軟Ｘ線２０のエネルギーについて考える。１個のイオンが放射する光子束ｐｒａｄは電子密度ｎｅに比例する。比例係数ｂを用い、光子束ｐｒａｄは数式１で表される。
【数１】
2019168477.tif 000003
比例係数ｂは、イオンの振動子強度ｆと電子温度Ｔｅによって定まる。放射する光のエネルギーをΔＥとすると、比例係数ｂは数式２で表される。
【数２】
2019168477.tif 000004
プラズマ中での波長λの軟Ｘ線を発生するイオン密度をＮｉ，ｅｍｉｔ、レーザ光の持続時間（パルス時間）をｔｌａｓｅｒとおくと、プラズマから放射される波長λの軟Ｘ線のエネルギーＥ（λ）は数式３となる。ｈはプランク定数、νは軟Ｘ線の振動数である。
【数３】
2019168477.tif 000005
【００４７】
パルスレーザ光により生成されたプラズマは膨張してエネルギーを失う。このときプラズマの発光領域の径方向の幅Ｌはプラズマの吸収係数αに反比例する。吸収係数αを比例係数ａ、電離度Ｚおよび電子密度ｎｅを用いてα＝ａＺｎｅ２
と表すと、発光領域の幅Ｌは吸収係数αの逆数となる。よってＬは数式４で表される。
【数４】
2019168477.tif 000006
【００４８】
プラズマが速度Ｖｅｘｐで膨張するとき、軟Ｘ線の発光領域は、時間ｔｅｘｐ＝Ｌ／Ｖｅｘｐで倍の大きさに膨張する。このため、発光領域の膨張に対応する分、発光するイオンはエネルギーを失い、その数が減少する。イオンの数の減少に伴う強度の減少を単純に、ｔｌａｓｅｒ／ｔｅｘｐとして、数式２に代入すると、軟Ｘ線のエネルギーＥ（λ）は数式５となる。
【数５】
2019168477.tif 000007
数式５の最大値はｔｌａｓｅｒ＝ｔｅｘｐのときで、このときは数式３となる。数式３および５におけるイオン密度Ｎｉ，ｅｍｉｔと電子密度ｎｅが増大し、軟Ｘ線の発光強度を増大させるためには、プラズマの膨張を抑制し、イオン密度Ｎｉ，ｅｍｉｔと電子密度ｎｅを増大させればよいことがわかる。
【００４９】
図１０（ａ）から図１１（ｃ）において説明したように、ターゲット１０をガス雰囲気とすることで、プラズマ球１８の大きさが収縮する。これによりイオン密度および電子密度が増大する。よって、数式３および５におけるイオン密度Ｎｉ，ｅｍｉｔと電子密度ｎｅが増大し、軟Ｘ線の発光強度が増大したものと考えられる。この考察によれば、ガスによる発光強度の増大は、ターゲットの種類、ガスの種類およびレーザ光の種類には依存しないことがわかる。
【００５０】
以上の実験１から実験５およびその考察に基づき、本発明の実施形態について説明する。
【００５１】
［実施形態１］
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施形態１に係る軟Ｘ線光源のブロック図である。図１２（ａ）はターゲットが固体の場合であり、図１２（ｂ）はターゲットが液体の場合である。
【００５２】
図１２（ａ）に示すように、軟Ｘ線光源１００は、チャンバ３０、ターゲット３２、光学系３４、レーザ装置３６、ガス供給ユニット３８および真空ポンプ４０を備えている。チャンバ３０には窓３１ａおよび３１ｂが設けられている。ターゲット３２はチャンバ３０内に設置される。レーザ装置３６はレーザ光６０を出射する。レーザ光６０は窓３１ａを介しターゲット３２に照射される。ターゲット３２から放射された軟Ｘ線６２は、光学系３４により集光される。軟Ｘ線６２は窓３１ｂを介しチャンバ３０から出射される。ガス供給ユニット３８はチャンバ３０内にガスを供給し、チャンバ３０内のガス圧力を一定に維持する。真空ポンプ４０はチャンバ３０内のガスを排気する。
【００５３】
図１２（ｂ）に示すように、軟Ｘ線光源１０２において、ターゲット供給ユニット４２は、ターゲット３２の液滴をチャンバ３０内に供給する。ターゲット３２は重力により落下する。レーザ光６０はターゲット３２が落下する途中にターゲット３２に照射される。ターゲット回収ユニット４４は落下したターゲット３２を回収する。その他の構成は図１２（ａ）と同じであり説明を省略する。
【００５４】
実施形態１によれば、レーザ装置３６は、ターゲット３２にレーザ光６０を照射することによりターゲット３２に含まれる元素を含むプラズマを生成し、プラズマから軟Ｘ線６２を放射させる。チャンバ３０は、ターゲット３２を内部に収納し、レーザ装置３６がターゲット３２にレーザ光６０を照射するときに、内部のガスのガス圧力を１０Ｐａ以上かつ大気圧未満とする。すなわち、ガス供給ユニット３８は、ターゲット３２にレーザ光６０を照射するときにターゲット３２周囲が１０Ｐａ以上かつ大気圧未満のガス圧となるようにガスを供給する。これにより、軟Ｘ線光源１００および１０２において、レーザ光６０から軟Ｘ線６２への変換効率を高めることができる。
【００５５】
ターゲット３２として固体または液体の例を説明したが、ターゲット３２は、気体でもよい。ターゲット３２が気体の場合、ターゲットの気体を含むチャンバ内部のガスのガス圧力が１０Ｐａ以上かつ大気圧以下であればよい。ターゲットの気体を含まないガスの分圧が１０Ｐａ以上であることが好ましい。また、固体または液体のターゲットにレーザ光をプレパルス照射し、ターゲットの一部または全てをプラズマ化し、プラズマ化したターゲットにさらにレーザ光を照射することで、プラズマを生成してもよい。
【００５６】
レーザ光６０の波長は、プラズマを生成するものであれば特に限定されない。レーザ光６０の波長は、例えば数１００ｎｍ程度から数１０μｍとすることができる。レーザ装置３６としては、高出力の可能なＹＡＧレーザ装置またはＣＯ２レーザ装置等を用いることができる。レーザ光６０はパルスレーザ光である。パルス幅は、図１１（ｃ）において、軟Ｘ線２０がガス分子２２に到達する時間より長いことが好ましい。ガス分子２２が存在する範囲を３０ｃｍ程度と想定すると、パルス幅は１ナノ秒以上が好ましく、２ナノ秒以上がより好ましく、５ナノ秒以上がさらに好ましい。パルス幅は５００ナノ秒以下が好ましく、１００ナノ秒以下がより好ましい。
【００５７】
軟Ｘ線６２の波長は、一般的に０．３ｎｍから２００ｎｍである。実験１から実験３では、軟Ｘ線の波長は２ｎｍから３０ｎｍである。２ｎｍから３０ｎｍの波長域は極紫外線とも呼ばれる。軟Ｘ線の波長は、目的に応じ任意に設定できる。
【００５８】
ターゲット３２として好ましい材料を考察する。プラズマからの発光機構は大きく３つに分類される。１つめは黒体輻射である。黒体輻射はターゲットの種類に依存しない。プラズマ温度および／またはプラズマ密度を高くすることにより発光強度を大きくできる。２つめは制動輻射による発光である。制動輻射は、プラズマ中の電子がイオンの周りを通過したときなど荷電粒子間のクーロン力により荷電粒子に加速度が加わったときに発生する。制動輻射はターゲットの種類に依存しない。
【００５９】
３つめは電子遷移による発光である。電子遷移による発光は、短波長においても強度が大きいため、最も用い易い。原子番号とイオンの価数によりイオン化エネルギーが異なるため、プラズマから出射される軟Ｘ線には複数の発光線が観察できる。原子番号が３のＬｉ（リチウム）から９４のＡｍ（アメリシウム）までの１価のイオンにおけるＫ殻、Ｌ殻およびＭ殻からの発光線のエネルギーは例えばA. Thompson et al., "X-ray Data Booklet" (Lawrence Berkely National Laboratory, Univ. of Cal., Berkeley, CA 94720 (2009)) Section 1.2.に記載されている。原子番号が大きくなると、多価イオンから多数の遷移が生じ、ＵＴＡ（Unresolved Transition Array）と呼ばれる幅の広い発光を示す。発光強度を大きくするにはＵＴＡ発光を用いることが好ましい。
【００６０】
各元素からのＵＴＡ発光についてはT Higashiguchi, et al., J. Physics: Conf. Series 463 (2013) 012024に記載されている。図１３（ａ）から図１４（ｂ）は、この文献に記載された各元素の波長に対するＵＴＡ発光の線強度を示す図である。図１３（ａ）は、原子番号が４９から５９であるＩｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｔｅ（テルル）、Ｉ（ヨウ素）、Ｘｅ（キセノン）、Ｃｓ（セシウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）およびＰｒ（プラセオジム）における波長が７ｎｍから２６ｎｍの範囲の線強度を示す図である。図１３（ｂ）は、原子番号が６０から７０であるＮｄ（ネオジム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）およびＹｂ（イッテルビウム）における波長が４ｎｍから１３ｎｍの範囲の線強度を示す図である。
【００６１】
図１４（ａ）は、原子番号が７１から８１であるＬｕ（ルテチウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｒｅ（レニウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｈｇ（水銀）およびＴｌ（タリウム）における波長が３ｎｍから９ｎｍの範囲の線強度を示す図である。図１４（ｂ）は、原子番号が８２から９２であるＰｂ（鉛）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｐｏ（ポロニウム）、Ａｔ（アスタチン）、Ｒｎ（ラドン）、Ｆｒ（フランシウム）、Ｒａ（ラジウム）、Ａｃ（アクチニウム）、Ｔｈ（トリウム）、Ｐａ（プロトアクチニウム）およびＵ（ウラン）における波長が１ｎｍから８ｎｍの範囲の線強度を示す図である。
【００６２】
図１３（ａ）から図１４（ｂ）に示すように、原子番号が大きくなるとＵＴＡ発光の波長が短くなる。ターゲット３２の材料は、発光波長に合わせ適宜選択することができる。ターゲット３２はチャンバ３０内において、固体または液体であることが好ましい。ＵＴＡ発光の波長およびターゲット３２が固体または液体であるという観点で、ターゲット３２の材料は以下であることが好ましい。
【００６３】
軟Ｘ線光源を用いる応用としてＥＵＶＬ（Extreme ultraviolet lithography）がある。ＥＵＶＬには、波長が１３．５ｎｍ付近、例えば１３ｎｍから１４ｎｍの軟Ｘ線を用いる。図１３（ａ）に１３．５ｎｍの波長を実線で示し、波長１３ｎｍおよび１４ｎｍを点線で示した。波長が１３ｎｍから１４ｎｍの波長範囲のターゲット材料としては、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、ＴｅまたはＩ等が好ましい。
【００６４】
さらに、次世代のＥＵＶＬとして、波長が６ｎｍから７ｎｍが検討されている。図１３（ｂ）に波長６ｎｍおよび７ｎｍを点線で示した。波長が６ｎｍから７ｎｍの波長範囲のターゲット材料としては、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、ＴｍまたはＹｂ等が好ましい。
【００６５】
さらに、４．５ｎｍから５ｎｍの範囲は、炭素の窓と呼ばれている。この範囲は、炭素のＫ殻吸収端の長波長側の範囲である。酸素、窒素および炭素のＫ殻吸収端より長波長のため、生物構成元素すべてに比較的透明である。このため、細胞やポリマーなどの軽元素化合物などの観察に適した軟Ｘ線となる。図１４（ａ）に波長４．５ｎｍおよび波長５．０ｎｍを一点鎖線で示した。この波長範囲のターゲット材料としては、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、ＨｇまたはＴｌ等が好ましい。
【００６６】
さらに、２．３ｎｍから４．５ｎｍの範囲は、水の窓と呼ばれている。この範囲は、炭素と酸素のＫ殻吸収端の間の範囲である。酸素のＫ殻吸収端より短波長のため、水には透明であり、炭素には不透明となる。このため、細胞等の観察に適した軟Ｘ線となる。図１４（ａ）および１４（ｂ）に波長２．３ｎｍおよび４．５ｎｍを点線で示した。この波長範囲のターゲット材料としては、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｔｌ、ＰｂまたはＢｉ等が好ましい。
【００６７】
次に、ガスとして好ましい材料を考察する。前述の［実験の考察］のように、発光強度の増大はガスの種類に依存しない。しかし、軟Ｘ線を吸収するガスは好ましくない。吸収端の長波長側では透過率が高くなる。このため、吸収端が軟Ｘ線の波長の短波長側になるようにガスを選択することが好ましい。
【００６８】
また、［実験の考察］に示したようにプラズマから飛散する電子がガスによって冷却されてプラズマ球１８の圧縮が起こる結果、発光強度が増大する。このため、より強く電子が冷却される方が、プラズマ球１８がより小さく圧縮される。電子の冷却の程度は、ガスの持つ内部エネルギーに比例する。例えば単原子気体であるＨｅと２原子分子気体であるＮ２を比較した場合、Ｎ２の方が分子の空間対称性が悪く、そのため分子の回転に伴うエネルギーが大きく、その結果として内部エネルギーが大きくなる。したがって仮にＨｅとＮ２が同じ透過率を持つ波長では、プラズマから飛散する電子は、Ｎ２によってより強く冷却され、結果として発光強度が強くなると考えられる。このため、吸収端が軟Ｘ線の波長の短波長側になるようにすることに加えて、より空間対称性の悪い分子からなるガスを選択することが好ましい。空間対称性の観点からは希ガスのような単原子ガスより多原子分子ガスが好ましい。また、Ｈ２ガスおよびＮ２ガスのような単一元素のガスより、複数種類の元素を含むガスが好ましい。
【００６９】
吸収端の観点および空間対称性の観点において示したガスは、互いに反応性でない場合においては、混合して用いることもできる。これにより、より強い電子の冷却効果が期待できるガスが安全上の理由により使用できない場合などにおいて、混合することにより安全性の高い状態に変えて使用することが可能となる。
【００７０】
１５ｎｍ以上の波長範囲では、吸収端のないＨｅまたはＭ殻吸収端が約１３．２ｎｍのＫｒ（クリプトン）が好ましい。
【００７１】
１２．３ｎｍから１５ｎｍ程度の波長範囲ではＬ殻吸収端が１２．４ｎｍであるＳｉ（シリコン）を含むガスが好ましい。Ｓｉを含むガスは、例えばＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４、ＳｉＨ４、ＳｉＨ３（ＣＨ３）、ＳｉＨ２（ＣＨ３）２、ＳｉＨ（ＣＨ３）３、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、またはＳｉ（ＯＣＨ３）４などのシラン系ガスである。
【００７２】
１０ｎｍから１２．３ｎｍの波長範囲ではＬ殻吸収端が約９．２ｎｍのＰ（リン）を含むガスが好ましい。Ｐを含むガスは、例えばＰＦ３、ＰＦ５、ＰＣｌ３、ＰＣｌ５、ＰＨ３またはＰＯＣｌ３である。
【００７３】
９ｎｍから１２ｎｍの波長範囲では、Ｎ殻吸収端が９．０ｎｍであるＳｎ（スズ）を含むガスが好ましい。Ｓｎを含むガスは、例えばＳｎＨ４またはＳｎＣｌ４である。
【００７４】
７．６ｎｍから１０ｎｍの波長範囲ではＬ殻吸収端が約７．６ｎｍのＳ（硫黄）を含むガスが好ましい。Ｓを含むガスは、例えばＳ２Ｈ、ＳＦ６またはＳＯ２である。
【００７５】
６．６ｎｍから７．６ｎｍの波長範囲ではＫ殻吸収端が６．６ｎｍのＢ（ボロン）を含むガスが好ましい。Ｂを含むガスは、例えばＢＢｒ３、ＢＣｌ３、ＢＦ３またはＢ２Ｈ６である。
【００７６】
波長５．４ｎｍから２０ｎｍまでの波長範囲では、Ｎ殻吸収端が５．４ｎｍであるＭｏ（モリブデン）を含むガスが好ましい。Ｍｏを含むガスは、例えばＭｏＦ６またはＭｏＣｌ５である。
【００７７】
４．５ｎｍから６．６ｎｍの波長範囲ではＫ殻吸収端が約４．４ｎｍのＣ（炭素）を含むガスが好ましい。Ｃを含むガスは、例えばＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ８、Ｃ３Ｈ６、Ｃ４Ｈ６、Ｃ４Ｈ１０、Ｃ３Ｈ８、Ｃ３Ｈ６、Ｃ６Ｈ６、（ＣＨ３）２０、ＣＯ２またはフルオロカーボン類である。
【００７８】
３．４ｎｍから４．５ｎｍの波長範囲ではＫ殻吸収端が約３．０ｎｍのＮ（窒素）を含むガスが好ましい。Ｎを含むガスは、例えばＮ２、ＮＤ３、ＮＦ３、ＮＨ３、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２またはＮ（ＣＨ３）３である。
【００７９】
２．３ｎｍから３．４ｎｍの波長範囲ではＫ殻吸収端が約２．３ｎｍのＯ（酸素）を含むガスが好ましい。Ｏを含むガスは、例えばＣＯ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＳＯ２またはフルオロカーボン類である。
【００８０】
２．３ｎｍ以下では、多くのガスにおいて透過率が高い。例えば不活性ガスを用いることができる。不活性ガスは、例えば、Ｈｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、アルゴン（Ａｒ）、Ｋｒ（クリプトン）、Ｘｅ（キセノン）、Ｒｎ（ラドン）、Ｎ２、ＣＯ２またはフルオロカーボン類である。
【００８１】
明確な吸収端を有さない元素を含むガスは軟Ｘ線の波長によらず用いることができる。明確な吸収端を有さない元素は例えばＨｅまたはＨ（水素）である。
【００８２】
以上より、軟Ｘ線の波長範囲が１３ｎｍ以上かつ１４ｎｍ以下では、ガスはシリコンを含むガス、Ｍｏを含むガス、ヘリウムガスおよび水素ガスの少なくとも１つであることが好ましい。
【００８３】
また、軟Ｘ線の波長範囲が６ｎｍ以上かつ７ｎｍ以下では、ガスは炭素を含むガス、ボロンを含むガス、ヘリウムガスおよび水素ガスの少なくとも１つであることが好ましい。
【００８４】
また、軟Ｘ線の波長範囲が４．５ｎｍ以上かつ５ｎｍ以下では、ガスは炭素を含むガス、ヘリウムガスおよび水素ガスの少なくとも１つであることが好ましい。
【００８５】
軟Ｘ線の波長範囲が２．３ｎｍ以上かつ４．５ｎｍ以下では、ガスは酸素を含むガス、窒素を含むガス、ヘリウムガスおよび水素ガスの少なくとも１つであることが好ましい。
【００８６】
次に、好ましいガス圧力について考察する。ガス圧力の下限は、真空中より軟Ｘ線の発光強度が大きくなるようなガス圧力である。このようなガス圧力は、図７（ａ）から図８（ｂ）のように、ガス圧力をプラズマにより形成されるプラズマ球が真空中のプラズマ球より小さくなるようなガス圧力とすることにより実現できる。ガス雰囲気中のプラズマ球の大きさ（径）は真空中のプラズマ球の９５％以下が好ましく、９０％以下がより好ましい。
【００８７】
図１（ａ）、図４および図６より、ガス圧力は１０Ｐａ以上が好ましく、５０Ｐａ以上がより好ましく、１００Ｐａ以上がさらに好ましい。
【００８８】
ガス圧力の上限は、軟Ｘ線の吸収が少ない範囲となる。ガスを通過後の軟Ｘ線の強度Ｉ（λ，ｐ）は、軟Ｘ線の波長λとガス圧力ｐの関数である。真空中の発光強度Ｉ０（λ，０）、ガスを導入したことによる発光強度の増幅率α（λ，ｐ）、ガス中の軟Ｘ線の透過率Ｔ（λ，ｐ）とすると、強度Ｉ（λ，ｐ）は以下の式で表される。
Ｉ（λ，ｐ）＝Ｉ０（λ，０）×α（λ，ｐ）×Ｔ（λ，ｐ）
実験１から実験３より、α（λ，ｐ）として１０程度とすると、Ｉ（λ，ｐ）をＩ０（λ，０）より大きくするためには、Ｔ（λ，ｐ）を０．１以上とすることが好ましい。また、Ｉ（λ，ｐ）をより大きくするためには、Ｔ（λ，ｐ）を０．６以上とすることが好ましい。
【００８９】
透過率Ｔ（λ，ｐ）は軟Ｘ線がガスを通過する距離に依存する。軟Ｘ線をガスで吸収させないためには、軟Ｘ線がガス内を通過する距離を短くすることが有効である。しかし、光学系等を考慮すると、この距離は少なくとも１０ｃｍ程度となる。そこで、各種ガスのガス圧力を変え軟Ｘ線がガスを１０ｃｍ通過する場合の透過率を算出した。
【００９０】
図１５（ａ）から図１７は、波長に対する軟Ｘ線の透過率を示す図であり、それぞれＮ２、ＣＨＣｌＦ２、ＳｉＨ４、ＫｒおよびＨｅの軟Ｘ線の透過率を示す図である。Ｎ２、ＣＨＣｌＦ２、ＳｉＨ４、Ｋｒは吸収端を有するガスの例であり、Ｈｅは吸収端を有さない例である。
【００９１】
図１５（ａ）に示すように、Ｎ２では３．０ｎｍ付近がＮのＫ殻吸収端となる。ほぼ全ての波長範囲で透過率を０．１以上および０．６以上とするためには、Ｎ２ガスのガス圧力はそれぞれ約１００Ｐａ以下および約３０Ｐａ以下となる。ガス圧力が１０００Ｐａでは、透過率が０．１以上となる波長範囲は１．５ｎｍ以下または３ｎｍから５ｎｍである。ガス圧力が５０００Ｐａでは、透過率が０．１以上となる波長範囲は１ｎｍ以下または３ｎｍから３．６ｎｍである。
【００９２】
ＮのＫ殻吸収端の長波長側の水の窓付近で透過率を０．１以上および０．６以上とするためにはガス圧力はそれぞれ約１０００Ｐａ以下および約７００Ｐａ以下が好ましい。６ｎｍ−７ｎｍの波長範囲で透過率を０．１以上および０．６以上とするためには、ガス圧力はそれぞれ約８００Ｐａ以下および約５００Ｐａ以下であることが好ましい。１３ｎｍ−１４ｎｍの波長範囲で透過率を０．１以上および０．６以上とするためには、ガス圧力はそれぞれ約３００Ｐａ以下および約８０Ｐａ以下であることが好ましい。
【００９３】
図１５（ｂ）に示すように、ＣＨＣｌＦ２では、約１．８ｎｍにＦのＫ殻吸収端、約４．４ｎｍにＣのＫ殻吸収端および約６．２ｎｍにＣｌのＬ殻吸収端が存在する。ほぼ全ての波長範囲で透過率を０．１以上および０．６以上とするためには、ＣＨＣｌＦ２ガスのガス圧力はそれぞれ約５０Ｐａ以下および約１０Ｐａ以下となる。水の窓付近で透過率を０．１以上および０．６以上とするためにはガス圧力はそれぞれ約２００Ｐａ以下および約５０Ｐａ以下が好ましい。６ｎｍ−７ｎｍの波長範囲で透過率を０．１以上および０．６以上とするためには、ガス圧力はそれぞれ約２００Ｐａ以下および約１００Ｐａ以下であることが好ましい。１３ｎｍ−１４ｎｍの波長範囲で透過率を０．１以上および０．６以上とするためには、ガス圧力はそれぞれ約１００Ｐａ以下および約３０Ｐａ以下であることが好ましい。
【００９４】
図１６（ａ）に示すように、ＳｉＨ４では、１２．４ｎｍ付近がＳｉのＬ殻吸収端となる。１３ｎｍ−１４ｎｍの波長範囲で透過率を０．１以上および０．６以上とするためには、ＳｉＨ４のガス圧力はそれぞれ約２０００Ｐａ以下および約５００Ｐａ以下であることが好ましい。
【００９５】
図１６（ｂ）に示すように、Ｋｒでは、１３．２ｎｍ付近がＭ殻吸収端である。波長が１４ｎｍから２０ｎｍの範囲で透過率を０．１以上および０．６以上とするためには、ガス圧力はそれぞれ約１０００Ｐａ以下および約４００Ｐａ以下であることが好ましい。
【００９６】
図１７に示すように、Ｈｅでは明確な吸収端が存在しない。水の窓では、ガス圧力が５０００Ｐａ以下で透過率は０．６以上となる。６ｎｍから７ｎｍの波長範囲では、５０００Ｐａ以下で透過率は０．１以上である。１３ｎｍから１４ｎｍの波長範囲ではガス圧力が５００Ｐａ以下で透過率が０．６以上である。
【００９７】
図１５（ａ）から図１６（ｂ）のように、吸収端を有するガスにおいて吸収端の長波長側に軟Ｘ線の波長が位置する場合、ガス圧力は１０００Ｐａ以下が好ましく、５００Ｐａ以下がより好ましく、２００Ｐａ以下がさらに好ましい。図１７のように、Ｋ殻吸収端を有さないガスでは、水の窓付近では、ガス圧力は大気圧未満であればよい。１３ｎｍから１４ｎｍの波長範囲でもガス圧力は１０００Ｐａ以下であればよい。
【００９８】
以上より、ターゲット３２周囲のガス圧力は１０Ｐａ以上かつ大気圧未満であり、１０Ｐａ以上かつ１０００Ｐａ以下が好ましく、５０Ｐａ以上かつ５００Ｐａ以下がより好ましい。
【００９９】
［実施形態２］
実施形態２は、実施形態１の軟Ｘ線光源を用いた露光装置である。図１８は、実施形態２の露光装置のブロック図である。図１８に示すように、露光装置１０４は、軟Ｘ線光源１００または１０２、チャンバ５０、光学系５２および５４を備えている。チャンバ５０内は軟Ｘ線が吸収されない程度の真空度を有する真空に維持されている。光学系５２は、軟Ｘ線光源１００または１０２を出射した軟Ｘ線６２をマスク５６に集光する。光学系５４は、マスク５６で反射した軟Ｘ線をウエハ５８に集光する。これにより、マスク５６上のパターンがウエハ５８に転写される。
【０１００】
波長が１３．５ｎｍを用いたＥＵＶＬにおける軟Ｘ線光源の出力は例えば２５０Ｗが要求されている。実施形態１に係る軟Ｘ線光源を用いることで、変換効率が高まり、軟Ｘ線光源の出力を高めることができる。
【０１０１】
実施形態２のように、実施形態１に係る軟Ｘ線光源１００または１０２を露光装置に用いることができる。
【０１０２】
［実施形態３］
実施形態３は、実施形態１の軟Ｘ線光源を用いた顕微鏡である。図１９は実施形態３の顕微鏡のブロック図である。図１９に示すように、顕微鏡１０５は、軟Ｘ線光源１００または１０２、チャンバ７０、光学系７２、７４および２次元検出器７６を備えている。チャンバ７０内は、軟Ｘ線が吸収されない程度の真空度を有する真空に維持されている。光学系７２は、軟Ｘ線光源１００または１０２を出射した軟Ｘ線６２を、軟Ｘ線６３として観察したい試料７８に集光する。試料７８を透過または反射した軟Ｘ線６４は、光学系７４によって、２次元検出器７６に集光される。これにより、試料の透過像または反射像が、２次元検出器７６に拡大投影される。
【０１０３】
軟Ｘ線を用いた顕微鏡は、これまでの可視光顕微鏡に比べて空間分解能が一桁以上高く、内殻吸収端により非染色で物質の元素分布が得られることから、ナノ領域の分析装置として要望されている。しかし強い軟Ｘ線光源が必要とされるため、光源として放射光を用いる方法が主であった。実施形態３のように、実施形態１に係る軟Ｘ線光源１００または１０２を軟Ｘ線顕微鏡に用いることができる。
【０１０４】
実施形態１に係る軟Ｘ線光源１００または１０２は、露光装置および軟Ｘ線顕微鏡以外にも、発光分光装置、吸収分光装置計または光電子分光装置等の計測機器に用いることもできる。例えば実施形態１の軟Ｘ線光源を水の窓または炭素の窓の波長に適用することで、生物細胞の観察および分析を行なうことができる。
【０１０５】
以上、発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態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において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０、３２  ターゲット
１２、６０  レーザ光
２０、６２  軟Ｘ線
３０  チャンバ
３４  光学系
３６  レーザ装置
３８  ガス供給ユニット
４０  真空ポンプ
【図１】
2019168477.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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