J. Plasma Fusion Res. Vol.89, No.6 (2013)３
４１‐３４８

解説

EUV 光源開発の現状
Progress in Extreme Ultraviolet (EUV) Source Development
東 口 武 史１，２），遠 藤

彰３，４），溝 口

計５）

HIGASHIGUCHI Takeshi１，２）, ENDO Akira３，４）and MIZOGUCHI Hakaru５）１）

宇都宮大学大学院工学研究科，２）宇都宮大学オプティクス教育研究センター，

３）

チェコ科学アカデミー HiLase プロジェクト，４）早稲田大学理工学術院，５）ギガフォトン株式会社（原稿受付：２
０
１
３年４月２
１日）

半導体集積回路の微細化は情報化社会の飛躍的発展を支えており，半導体集積回路の高密度化を支えてきたのは微細な回路パターンを形成するリソグラフィ技術である．EUV（Extreme ultraviolet）露光機が市場に投入されるための懸案は，量産用 EUV 光源の出力が低いことである．本解説では，プラズマ EUV 光源の開発がどこまで進展しているかについて，最近の動向と現状を解説することにする．
Keywords:
extreme ultraviolet (EUV), laser-produced plasma (LPP), discharge-produced plasma (DPP),
high volume manufacturing (HVM), droplet, tin, debris, pre-pulse, ion beam

１．はじめにで光源に要求される波長が先に決まっている．

産業のコメと呼ばれる半導体集積回路の高集積化は，いEUV 光を半導体製造に使う動きは日本で始められていまや縁の下の力持ちとして機能しており，現代の生活に自た．木下氏による放射光による EUV 光で半導体回路の細然に入り込んでいる．パソコン，タブレットの処理速度は線化が実証されたのは１
９８０年代の中頃のことである［１］．

未だに高速化，高容量化しているし，車や飛行機などでもその後の歴史的背景は様々な報告があり，２０１２年３月に日

電子化は進んでおり，そこにも半導体集積回路が活躍して本光学会で特集された岡崎氏の解説に詳しいので参照されいる．

たい［２］．その後，露光波長に関する様々な議論があって，半導体集積回路の一つで CPU（Central Processing Unit）

半導体分野で EUV 光源というと波長 13.5 nmの光のことをの分野で有名な会社インテル（Intel Corporation）の創始意味するようになった．

者の一人であるゴードン・ムーアは，有名な法則を提唱しEUV 露光技術は，今行われている ArF 液浸技術までのている．半導体チップの回路の複雑さはトランジスタの個

光露光技術を突破すると期待されている．しかし…EUV数に比例し，１８か月ごとに倍になるというムーアの法則で光源がない．正確には，EUV 光源は開発されているが，もある．限られた体積，面積内に多くのトランジスタを入れう少しのところで半導体回路を量産するための光源はまだ込むわけである．この原稿を書いている現在，波長 193 nm

市場に投入されていない．そのため，まだ EUV 光源がないの ArF レーザーが活躍しており，液浸法により微細回路をようにみえているのである．もう少しの状況になっている

量産している．しかしその先の EUV 光源を関係者は首をとは，量産用光源の出力がもう少し，ということである．

長くして待っているわけである．

EUV光源の開発に基礎研究から携わってきた研究者，開発

半導体の微細化に寄与する EUV 光源は，様々な光源方者からすると確実に進展していると思っているが，この分式の中にあって，波長が 13.5 nm のインコヒーレント光源

野以外の方から EUV 露光技術の分野をみると，進捗が遅を指している．物理の教科書でいうところの真空紫外でもれているようにみえているのであろう．

あ る し，軟 X 線 で も あ る．極 端 紫 外 光 と い う こ と も あ

これまで本学会誌でも EUV 光源の現状と将来展望など

る．XUV 光源といってもよいし，EUV 光源といってもよについて小特集
［３，
４］や論文
［５，
６］が掲載されてきたので，い．それは，この波長を見るとき，見ている人の立ち位置

本解説では，これまで行われてきた EUV 光源の開発の歴で呼び方が変わる．半導体関連分野では，EUV 光源と呼ん

史は他の文献に譲ることにする．また，本学会１０月号にでいる．EUV 露光技術では，Mo/Si 多層膜鏡の反射率特性「プラズマによる短波長光源研究の進展とその物理」の小

１）Department of Advanced Interdisciplinary Sciences, Utsunomiya University, Utsunomiya, TOCHIGI 321-8585, Japan
２）Utsunomiya University Center for Optical Research & Education (CORE), Utsunomiya, TOCHIGI 321-8585, Japan
３）HiLASE Project, Institute of Physics AS, CR, Na Slovance 2, 18221 Prague 8, Czech Republic,４）Faculty of Science and Engineering, Waseda University, TOKYO 169-8555, Japan
５）Gigaphoton Inc.,Oyama-shi, TOCHIGI 323-8558, Japan

Coresponding author’s email: higashi@cc.utsunomiya-u.ac.jp

３４１!2013 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.89, No.6 June 2013

特集が予定されているので，EUV 光源の物理につい て変であるが，利用可能な変換効率を１％としても，エネル

は，そちらで詳しく述べられる予定である．そこで，本解ギー源としてのレーザーは，ナノ秒パルスでの高繰り返し説では，本稿が書かれている時期の最新の状況を踏まえ，動作が可能で，平均出力が 100 kW まで可能な方式を選択

産業界で実用化が目前に迫っている EUV 光源の進展につする必要があった．

いて述べることにする．量産用 EUV 光源のコンセプトとEUV 光源は，原子番号が !!#!の錫（Sn）の多価イオン

現状の放射特性，EUV 露光技術の課題について報告する．

プラズマからのインコヒーレントの点光源である．プラズ
マを生成する方法にはレーザー生成プラズマ方式と放電プ

２．露光 EUV 光源の基本構成の成立

ラズマ方式がある．発光効率のよい量産用 EUV 光源プラ
ズマの典型的なプラズマパラメータは，電子温度が 30−

原子番号が大きな元素による高密度プラズマから放射さ50 eV，電子密度が 1017−1019 cm−3 の程度である．

れるスペクトルは EUV の波長域にあり，帯域の広いスペクトル構造をもつ．このことが最初に示されたのは１９８０年

プラズマ媒質としては UTA スペクトルでのピーク波長

代前半の頃である［７，８］．その後，錫の多価イオンプラズマが 13.5 nm と Mo/Si 多層膜ミラーの反射率のピークと一致

が波長13.5 nmを強く放射し，かつ，出力が大きいことが示する錫が最終的に選択されたのは必然であった．大学を中されたのは，１９９０年代のことである［９，１０］．錫の多価イオ心とする基礎研究で，変換効率を維持したままでの必要最ンからの共鳴線発光は図１に示されるように光子エネル

少原子数が探索され，これは mass-limited target と呼ばれギー92 eV領域つまり波長13.5 nm領域に集中している．こたが，100 mJ 程度のレーザーパルスエネルギー の場合のような放射のスペクトルは，共鳴千一本一本を分光器で10 μm 程度の微小ドロップレットに相当することが結論さ

波長分解することはできず，連続スペクトルとして観測されている［１１］．

れる．このようなスペクトル構造を unresolved transition

量産用 EUV 光源におけるターゲット供給の課題は，こarray（UTA）と呼んでいる．多価イオン錫プラズマの場の微小ドロップレットを高速で真空チャンバーの発光点に合，共鳴線は，波長 13.5 nm 領域に１０００本以上ある．それぞ

輸送する手段の研究開発である．図２にはその概念を示

れの共鳴線は放射強度も大きく，これらが束になっている

す．インクジェットなどで研究の進んでいた微小液体技術

ことから，波長 13.5 nm 領域の高出力放射が可能になってを応用することで，現在ではノズルから 20 cm 程離れたポいる．この放射特性を光源に適用しているのが EUV 光源

イントに位置，時間安定度を満足する装置が開発されていである．この放射の物理については，誌面の都合から本解る．

説では割愛し，本学会誌１０月号に譲ることにする．

レーザー生成プラズマ EUV 光源における変換効率（conversion efficiency: CE）は等方的に発光する EUV 光をチャ

半導体リソグラフィでの EUV 光源では要求される連続
出力は，２０００年頃の研究開発の開始時点で既に 100 W 以

ンバーの片側に置かれた Mo/Si 多層膜ミラーで中間集光点

上，現在では 1 kW 以上と通常の実験設備とは非常に異な（intermediate focus: IF）に集めることに対応して，照射る領域にあり，その基本構成をまったくのゼロベースで検!sr）空間に放レーザーパルスエネルギーに対する半球（"

討することから始まった．プラズマからの発光は図１に示射される 13.5 nm を中心波長とする２％帯域幅に含まれるされているような UTA のスペクトル構造をもつことは不パルスエネルギーで定義している．光源のサイズにはEtendue と呼ばれるパラメータが存在し，これは，（光源サイズ）×（集光立体角）と定義される．Etendue の代表

図１

図２

各錫イオンから放射されるエネルギー分布．

３４２

ドロップレットターゲットによるレーザー生成プラズマ
EUV 光源の概念．

Commentary

Progress in Extreme Ultraviolet (EUV) Source Development

T. Higashiguchi et al.

的なパラメータは 3.3 mm2 sr であり，レーザー生成プラズ

滴中に衝撃波を伝搬させて急速にクラスターに分散させる

マではこれを十分に満足できる小径のプラズマを実現でき方式が採用されている．この結果として主パルスのナノ秒る点も有利である．図３は光源，捕集鏡，中間集光点の典CO2 レーザーに対する変換効率が５％に近い値まで得られ型的な配置を示している．

ている［１６］．このプリパルスとして動作するピコ秒固体

エネルギー源としてのパルスレーザーとして，EUV光源

レーザーはパルスエネルギーとして 5 mJ 程度が必要なたの開発が開始された頃は Nd:YAG レーザーが用いられた

めに，既存のレーザー装置のパラメータに収まらず，これが，ビームあたりの平均出力が 1 kW に近い動作領域ではに向けて薄ディスクを増幅器とする固体レーザーの研究開

固体媒質での熱揺らぎによるレーザービームの波面の乱れ

発が進められている．

が顕著になり，数十 μm に集光することは困難になる．固以上の基本構成は数多くの理論的，実験的研究を介して体媒質の形状はロッドが典型的であるが，この問題の解決

次第に確立されたが，残る課題は装置の安定な長時間稼働に向けて冷却効率の高い薄ディスク（thin disk）などの方に向けた光源の清浄度維持とターゲット物質の完全な回収式が試みられている．いくつかの国際プロジェクトでの目がある．これには投入された錫ドロップレットを平均的な標レベルは，平均出力1 kWでのシングルビームで，ビームクラスターに分散させて，加熱レーザーパルスで完全なイ

品質 ! !!!が現実的とみられて設定されている．

オン化を行い，外部磁場によるガイドで回収する方式が実量産用 EUV 光源のための駆動用レーザーには，シング用に向けた研究が進んでいる．実験的には９５％以上のイオ

ルビームで10 kW以上のパルス出力を良好なビーム品質でン化が観測されているうえに，中性錫は電離錫原子と高速実現できるレーザー装置としてはパルス炭酸ガス（CO2）の荷電交換を行うので，全体として一体のプラズマとしてレーザーが消去法で唯一残る解であった．同位体分離への振る舞う．図５には外部磁場中を伝搬する錫プラズマから利用を念頭に進められたパルス CO2 レーザーからの経験の発光を示す．ドロップレットあたりに含まれる錫原子数で，高気圧での放電を利用する TEA（transversely-excitedは 1013 程度あり，これがすべて一価のイオンに電離して伝atmospheric-pressure）増幅器では，長時間にわたる安定

搬すると，数 A のパルスイオンビームになる．電子サイクな動作が困難であることが知られていたので，増幅器としロトロン共鳴（electron cyclotron resonance: ECR）イオンては低気圧のガス媒質をマイクロ波放電で励起する工業用源と比較してより多いイオンが含まれるビームが取り出さ

連続発振器が増幅器として転用された．これと並行して，れるので，ドロップレットから出発するイオン源はこれか

パルスCO2 レーザーによるEUV放射実験が行われたが，こら有望な方法として期待される．

こで予測されていなかった好結果が得られた．同じ実験条
件では，波長1 μmのNd:YAGレーザーに比べて数倍高い変３．量産用 EUV 光源システムの開発状況［１２‐１５］．詳細な実験的換効率が CO2 レーザーで得られた

現在は米国 の Cymer 社が実用化を主導して２０１５年にかつ理論的研究が進められたが，波長に応じて EUV 発光
領域の密度が異なることが明らかになった．短波長レー
ザーの場合，発生した EUV 光がプラズマから出る前に大半が再吸収されてしまうことにあると結論されている．図４にはこれを示唆するレーザー波長に応じた EUV 発光ス
ペクトルを示す．
錫ドロップレットのサイズは 10 μm であるので，同じ程度の波長の CO2 レーザーを直接照射しても照射効率は低い
うえに，レーザーの吸収も低いままで，結果としての CE
も上がらない．この問題の解決には様々な手法が提案されたが，現在ではピコ秒固体レーザーによるプリパルスで液図３

図４

EUV光源における光源，捕集鏡，中間集光点に典型的な配置．

EUV スペクトルのレーザー波長依存性．Nd:YAG レーザーおよび CO2 レーザーの波長はそれぞれ 1.064 μm および10.6 μm．

図５３４３

静磁場中を伝搬する錫プラズマからの可視光像．

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.89, No.6 June 2013

250 W の安定実用出力を実現できる装置の開発が進展しており，ドロップレットターゲット発生器および CO2 レーいる．現在の手法では変換効率，伝送効率などが十分に高ザーの改善により，１０分以上のバースト動作（バースト時

くない上に，長時間動作による装置の安定化で予定が大幅

間 190 ms，デューティー比１６％）において，中間集光点にに遅れている．実用的には今や平均パワー 1 kW が要求さおけるクリーン平均出力8 W（繰り返し周波数100 kHz）をれているため，高効率動作での安定化とレーザーの更なる実現している［１６］．

高出力化は避けることができない．物理的原理を更に極め

一方，放電生成プラズマ方式も開発が進んでいる．ウシる事で技術面での冗長性を下げる努力が待たれる．ここでオ電機の１００％の子会社である XTREME technologies 社も述べた原理面については文献［１７］を参照されたい．また最レーザーアシスト放電生成プラズマ（Laser-assisted Dis-

近の実用化の動向は日経エレクトロニクスの記事［１８］に詳charge Plasma (LDP)）について報告している．このコンセ

しい．

プトは，XTREME technologies 社の Web サイトにも紹介

毎年２月にアメリカ合衆国カリフォルニア州サンノゼでされている［２３］．回転電極を高温の錫溶融槽を通すことでSPIE Advanced Lithography という半導体リソグラフィに

電極表面には錫の層が付着する．この電極間には放電用パ関する国際会議が行われている．今年，２０１３年のこの会議

ルスパワー電源が接続されており，レーザーパルスを片方における EUV 光源に関する動向を記しておこう．いくつの電極に入射し，錫を蒸散させるだけでなく，放電路も形

かのWebニュースでも公表されているが，量産用光源メー

成することにより，位置安定性に優れ，大きくなりがちなカーの状況について開発状況を紹介しておきたい．ここに光源サイズの抑制にも成功している．今回の報告では，書かれている内容は，今回の会議のプロシーディングにまデューティー比を従来の１２％から８０％（動作時間 0.8 s，非とめられている［１９］．

動作時間 0.2 s）に向上させて，出力 51 W を繰り返し周波数

アメリカの Cymer 社製のオランダの ASML 社の露光装

17 kHz で実現している．

置に接続されるレーザー生成プラズマ光源について述べここまで，量産用 EUV 光源システムの開発状況についる．EUV 光源出力は連続運転 で は な い も の の，デューて概観したが，帯域幅が２％しかない波長 13.5 nm の放射ティー比９２％（動作時間 2 s，非動作時間 0.17 s）で駆動し平均出力がここまで進展していることに驚かれる読者もいており，バースト出力で 40 W で１時間連続動作を行ってらっしゃることと思う．光源出力は約 50 W にまで向上しいる．この間，ドーズ安定性は±0.2％ であり，安定していてきているが，出力 250 W，更には 1 kW なる出力が求めらる［２０］．ま た，Cymer 社 は こ の 会 議 の 最 終 日 に デ ュ ー

れていることもあり，更なる研究開発を必要としている状

ティー比９２％で 55 W の出力を得たことも報告している．

況にある．この他にもマスク欠陥用の顕微鏡としての高輝

今後，バースト出力を向上することをロードマップで示し

度 EUV 光源の研究開発も進みつつある［２４，２５］．

た［２１］．特筆すべきは光源に最も近い EUV 光の捕集鏡の４．我が国におけるレーザー生成プラズマ EUV
光源の開発の進展

寿命について言及があったことである．この捕集鏡は Mo/Si 多層膜鏡であり，直径 600 mm 以上で捕集立体角は !
sr の非常に大きなものであるため，高価でもある．この寿

半導体露光用光源が開発される前，解決しなければなら命を延ばすことは必須であった．光源プラズマから放出さない要素技術の項目は非常に多いが，本解説では本学会のれるデブリと呼ばれる高速イオンや中性粒子から成る高エ読者であることを鑑みて，プラズマ研究の立場でみてみる

ネルギーの粒子が捕集鏡に当たって損傷がないようにしなと，ければならず，デブリ対策が必要であった．このため，!レーザー出力の向上

Cymer 社はガスを真空容器中に充填し，デブリ対策を施し!錫ドロップレットターゲットの安定高速供給ている．また，EUV 多層膜鏡にはキャッピングレイヤを施!変換効率の向上

し，長寿命化を図っている［２２］．その結果，その寿命は８!デブリの抑制およびデブリ対策による捕集鏡の長寿命
化ヶ月（パルス数７５０億パルス）に延びてきている．
同じくレーザー生成プラズマ方式で，高い変換効率を実などの課題があり，これらは今も技術開発の面で多くの基現しているのがギガフォトン社である．放射特性や要素技

礎実験や数値解析の結果が反映されている．一方で，多く術については次節で述べるが，ここでは，同じく会議で報の技術者の努力で，性能向上が図られており，高変換効率

告したことを紹介する．Cymer 社は我が国のギガフォトンと安定動作を確認しているところである．

社と同じようなプリパルスを用いる二重パルス照射法を用

４．
１ 量産用 EUV 光源の開発の進展いているが，Cymer 社の光源で使われているプリパルス

前節ですでに光源のコンセプトについては述べたところ

レーザーは加熱レーザーと同じ CO2 レーザーである．一であるが，ギガフォトン社では高平均出力化を実現するた方，ギガフォトン社では，固体レーザー（波長 1 μm）のプ

めに，100 kHz で高繰り返し動作させられる CO2 レーザー

リパルスを用いている．2 Hz の低繰り返しでの照射実験にとプリパルスレーザーを開発した．また，このレーザー光

おいて，これまで，パルス幅が 10 ns のプリパルスを用いてに同期できる錫ドロップレットターゲットも開発していきたが，最近，パルス幅が 10 ps のプリパルスを用いることる．まず，CO2 レーザーの進展について紹介する．これににより，変換効率が５０％向上し，最大で 4.7％ にまで上昇しは独自の産業用の連続発振レーザーヘッドを増幅器としてている．また， Proto‐
２ と呼ばれる EUV 光源を開発して用いる MOPA（master oscillator power amplifier）システ
３４４

Commentary

Progress in Extreme Ultraviolet (EUV) Source Development

T. Higashiguchi et al.

ムを採用している．発振器で繰り返し周波数 100 kHz，パ

この方法では，液滴を吐出する圧力も 1 MPa 以下に抑える

ルス幅 15 ns のパルス光を発生する．このパルス光を複数ことができている．その結果，図７に示すような 69.8 時間

段の CO2 レーザー増幅器で増幅することにより， Proto-

も位置安定性に優れたドロップレットターゲットを生成でき

2 EUV 光源の CO2 レーザーとして，約 9 kW の出力を得て

ている．

いる．

これらの改善を基に，EUV放射試験をバーストモードでターゲットには，ドロップレットターゲット方式を採用実施した．図８はバースト時間 190 ms，デューティー比している．まず，錫を融点（231.9℃）以上に加熱し，液化１６％で動作させたときの EUV 放射エネルギーの測定例でする．これを吐出することによって，ドロップレットター

ある．繰り返し周波数は 100 kHz であるため，バースト時

ゲットをプラズマ生成位置に供給している．安定にドロッ間内のパルス数は１９０００である．平均 EUV エネルギーはプレットターゲットを供給するために，多くの技術改善を

0.4 mJ であった．データを詳しくみてみると，EUV エネル

行ってきた．ドロップレットターゲットを生成する方式を

ギーはバーストの初期段階で大きく，その最大エネルギー

図６に示す．従来は液体タンクに 10 MPa 以上の気圧をかは 0.94 mJ であった．パルス数が１〜１５００（デューティー比

けて，液 体 ジ ェ ッ ト を 連 続 で 吐 出 し て い た．こ の 連 続

1.5％）における平均出力は 10.2 W，パルス数が１〜１９０００

ジェットターゲットに振動子により振動を与えることに（デューティー比 16％）における平均出力は 8 W であった．

よって，液滴化していた（図６左図）．最近，オンデマンド

４．
２ 研究開発用 EUV 光源での基礎実験

方式（図６右図）に変更した．この場合も同じく加熱・液

ギガフォトン社では，量産用 EUV 光源を実現するため化した後，電極により静電場を印加し，静電気を帯びた液に，要素技術を開発するための低繰り返し EUV 光源を用

滴を電場で偏向することにより，位置安定性を確保した．

意している．これまで述べてきたように，錫ドロップレッ
トターゲットの直径は 20 μm しかない．一方，加熱レーザーの CO2 レーザーの波長が長いため，レーザーの集光径

図６

錫ドロップレットターゲットを生成する方式．

図８

図７

錫ドロップレットターゲットの位置安定性の動作試験結果．

バーストモードでの EUV エネルギー測定結果．

３４５

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.89, No.6 June 2013

（典型的には約 100 μm）はドロップレットターゲットの直スレーザーでは，ターゲットが円盤状になり，拡大化はす

径よりも大きく，ターゲットの密度も高いため，加熱レーるものの，十分に分散しているわけではなかった．この錫ザーをドロップレットターゲットにそのまま照射すると，ドロップレットターゲットに 10 ps のパルス幅をもつプリ

吸収効率は非常に悪い．錫ドロップレットターゲットにプ

パルスレーザーを照射することにより，ターゲットの形状

リパルスレーザーを照射し，ターゲットサイズを拡大化かを円盤状から，一様分散に変化させることができるように

つ低密度化することにより，加熱レーザーとしての CO2なった．パルス幅が 10 ps の場合は，ドロップレットター

レーザーを集光照射してきた．

ゲットが 10 ns レーザーのときよりも短い時間で加熱されプリパルスレーザーには固体レーザー（波長 1.064 μm）

るため，球状に拡がることになり，かつ，細かく分散してが用いられており，プリパルスレーザーの照射条件を最適いることが明らかになった．このため，分散ターゲットの化することにより，図９に示すように，錫液滴を細かく分

表面積は大きくなる．

散させることができる．影絵を観察してみると，円盤状に図１０は，プリパルスレーザーのパルス幅を変えたときになって，レーザー照射点から後方にずれていることがわか

ターゲット形状がどうなるかを観察した写真である．プリる．適切な遅延時間を設けて，加熱 CO2 レーザーを集光照

パルスレーザーを照射後，1 μs および 2 μs 後にレーザー入射すると，影絵を見る限りにおいては，液滴ターゲットは射軸から 60°方向および 90°方向から観測している．白くほぼ蒸散し，プラズマ化されている．このときの変換効率光っているのは，プリパルスレーザーにより生成されたプは約３％であった［２６］．

ラズマの可視光の再発光であり，この点でプリパルスレー

完全に蒸散した錫は高速イオンまたは中性粒子になってザーがドロップレットターゲットに照射されている．パル

いるも の と 予 想 さ れ る．そ こ で，レ ー ザー 誘 起 蛍 光 法

ス幅が 10 ns のときは，円盤状になって，レーザー照射点か（laser-induced fluorescence: LIF）により錫原子の分散の状

ら後方に飛翔している．一方，パルス幅が 10 ps のときは，態を観測した．プリパルスレーザーにより分散された錫ドーム状に大きく分散しており，かつレーザー照射点からターゲットは加熱レーザーを照射する時刻には約 5 mm に

後方にはあまり移動していないことがわかる［１６］．

拡大化されており，加熱レーザーを照射した時間では，錫

このことを，レーザー照射軸で，ターゲットが飛翔する

原子はほぼ消散し，錫原子の LIF 蛍光信号は観測されな方向に witness プレートを配置して，ターゲットが分散しかった．レーザー誘起蛍光法による画像データを詳細に解た結果飛翔する錫粒子を電子顕微鏡で観察した．図１１は 0°

析すると，９３％が電離し，約７％が錫原子として残ってい方向と 15°方向で測定された電子顕微鏡像である．プリパ

ることが観測された［２６］．約７％の錫原子が残っているもルスレーザーのパルス幅が 10 ns のときは，多くの大きなのの，円盤状分散ターゲットを９３％電離できていると，電錫粒子が分散しているが，パルス幅が 10 ps のときは非常磁場によりデブリとしての高速イオンを捕捉することがでに小さく分散していることがわかった．このことから，プきるようになる［２７］．このことにより，捕集鏡への損傷をリパルスレーザーを 10 ps に短パルス化することによって，回避できるだけでなく，真空容器外にデブリを排出できることになる．従来，EUV 光源の基礎研究で行われてきた静磁場によるデブリ対策はプラズマの拡散を抑制する方式であった．ギガフォトン社では同じように静磁場を印加しているものの，プラズマから発生する電子を磁力線でガイドし，イオン流を真空容器の外に排出している点で異なっている．ギガフォトン社では，静磁場を印加することにより，捕集鏡方向に高速イオンが向かうことを抑え，約９８％の高速イオンを捕集鏡の軸から９０°方向にプラズマを回収することができている［２６］．

図１
０ プリパルスレーザーのパルス幅を変えたときにターゲット
形状の観察結果．

しかしながら，これまでの 10 ns のパルス幅のプリパル

図９

二重パルス照射法により生成された錫ドロップレットの状態．

図１
１ プレートの電子顕微鏡像．

３４６

Commentary

Progress in Extreme Ultraviolet (EUV) Source Development

謝錫ドロップレットターゲットを一様分散化し，効果的にミT. Higashiguchi et al.

辞

本解説をまとめるにあたり，ギガフォトン社の児玉，柳スト状にすることができることがわかった．
前述したように，錫が細かく砕かれ，表面積が大きくな

田，堀氏らの研究成果を使った．また，EUV 光源の研究のることにより，加熱 CO2 レ ー ザ ー が 効 率 的 に 吸 収され一部には「極端紫外線（EUV）露光システムの基盤技術研る．その結果，変換効率は５０％改善され，4.7％ の変換効率究開発」（NEDO）からいただいた委託研究，補助金を使っを実現した．現時点では，世界最高の変換効率を達成してている．ここに記して感謝の意を表したい．

いる．これまで，この波長領域での変換効率については理論的，数値的，実験的研究から３〜４％であると理解され参考文献てきたが［２８］，CO2 レーザー生成錫プラズマの基礎的な［１］木下博雄 他：第４７回応用物理学関係連合講演会予稿集
No.2, 28p-ZF-15, p. 322 (1986).
［２］岡崎信次：光学 41, 116 (2012).
［３］溝口 計 他：プラズマ・核融合学会誌 79, 219 (2003).
［４］西原功修 他：プラズマ・核融合学会誌 81 増刊「レーザー核融合とレーザープラズマ応用の発展」113 (2005).
［５］西村博明 他：プラズマ・核融合学会誌 80, 325 (2004).
［６］勝木 淳 他：プラズマ・核融合学会誌 81, 231 (2005).
［７］G. O'Sullivan and P.K. Carroll, J. Opt. Soc. Am. 71, 227(1981).
［８］P.K. Carroll and G. O'Sullivan, Phys. Rev. A 25, 275 (1982).
［９］G. O'Sullivan and R. Faulkner, Opt. Eng. 33, 3978 (1994).
［１０］W. Svendsen and G. O'Sullivan, Phys. Rev. A 50, 3710
(1994).
［１１］S. Fujioka et al., Appl. Phys. Lett. 92, 241502 (2008).
［１２］H. Tanaka et al., Appl. Phys. Lett. 87, 041503 (2005).
［１３］Y. Ueno et al., Appl. Phys. Lett. 91, 231501 (2007).
［１４］Y. Tao et al., Appl. Phys. Lett. 92, 251501 (2008).
［１５］S.S. Harilal et al., Appl. Phys. Lett. 96, 111503 (2010).
［１６］H. Mizoguchi et al., Proc. SPIE 8679, 86790A (2013).
［１７］A. Endo, "CO2 laser produced Tin plasma light source as
the solution for EUV lithography," Chap. 9 "Lithography,"Ed. M. Wang, Feb. 2012, InTech online publishing.
［１８］日 経 エ レ ク ト ロ ニ ク ス ２
０
１
２年１
１月２
６日 号：解 説２「半導体のコストダウンは止まるのか？―動き出す 450．
mm ウエハーと瀬戸際の EUV 露光―」
［１９］P.P. Naulleau (Ed.), "Extreme Ultraviolet (EUV)
Lithography IV," Proc. SPIE 8679 (2013). (ISBN:
9780819494610)［２０］R. Peeters et al., Proc. SPIE 8679, 86791F (2013).
［２
１］D.C. Brandt et al., Proc. SPIE 8679, 86791G (2013).
［２２］T. Feigl et al., Proc. SPIE 8679, 86790C (2013).
［２３］http://www.xtremetec.com/［２４］http://adlyte.com/［２５］http://www.energetiq.com/［２６］藤本准一，溝口 計：光学 41, 125 (2012); and references
therein.
［２
７］Y. Ueno et al., Appl. Phys. Lett. 92, 211503 (2008).
［２８］T. Tomie, J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS. 11, 021109(2012).
［２９］K. Nishihara et al., Phys. Plasmas 15, 056708 (2008).

実験を基に，レーザーやターゲットの条件を改善することにより，更なる高効率化を実現できることが実証されたものと考えている．大阪大学とレーザー技術総合研究所の数値解析によると，プラズマパラメータを最適化することにより約７％まで増加させることができるとの指摘もあり［２９］，ギガフォトン社では，更なる最適化試験を行うことにしている．一方，この試験は 2 Hz の低繰り返し動作での結果であることから，量産用光源への適用を進めているところである．

５．まとめと今後の展望
ここまで，半導体露光用 EUV 光源について解説してきた．ここまで多くの基礎的知見を生かしながら，光源の物理を理解しつつ，技術的な面を大きく改善することによって，世界最高の変換効率を実証すると共に，錫ドロップ
レットターゲットによる CO2 レーザー生成プラズマ EUV
光源を市場に投入しようとしているところである．しかしながら，製品レベルの光源はまだ出荷できておらず，今後もレーザーシステムの高出力化やドロップレットターゲッ
トシステムの更なる安定化，デブリ対策など多くの技術改良を進めていく必要がある．
変化の激しいグローバルな最先端技術競争において，勝
ち抜くには世界のどこにも負けないスピードで新技術をものにし，かつ質の高い製品を実現することが求められる．
その中で共同研究は企業にとって重要な戦略である．すな
わち，従来の欧米追従のキャッチアップ時代には企業単独での自前主義での開発は効率，経験の集積，ノウハウの秘匿という点では有効であった．しかしながら，過去の技術経験の集積が役立たない新技術には容易に適応できない．
世界的水準の外部の研究グループとのパートナーシップさらには人材の交流，技術開発のスピードアップ，そして技術レベルの向上が，世界で勝ち抜くために必須である．また，技術の模倣を防止するため必須の特許は，共同研究において模索段階であり，相互の意識のズレ，経験の不足等の課題も多い．今後，ビジネスと先端技術共同研究が同時進行する世界競争のなかで，パートナーとなる企業と大学とが真剣勝負を共に戦い，その経験を積み重ねていくことが双方に重要であると考えている．こうした新技術への企
業・大学の挑戦を支援する仕組み，公的資金の枠組みの充実が期待される．

３４７

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.89, No.6 June 2013

東 口 武 史宇都宮大学大学院工学研究科学際先端シス
テム学専攻 准教授．高原子番号元素による極端紫外光〜軟 X 線光源について研究しています．つい先日，久しぶりに昔やっていた書道をやってみました．筆で字を書くことがずいぶんと少なくなってきて，腕が動かなくなっていることを実感しま
した．そろそろ，また練習でもしようかと思っています．
（思っているだけですが……）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

ぐち

はかる

溝 口

みぞ

計

現在，!ギガフォトン，代表取締役副社長（兼）
CTO．日本レーザー学会，日本応用物理学会，SPIE，LIA 会員．１
９
８
２年九州大学
総合理工学研究科修了．同年!小松製作所
入社．１
９８
７年まで工業用大出力炭酸ガスレーザーの研究開発
に従事．１
９
８
７年８月〜１９８
９年１
２月西ドイツ，マックスプラン
ク生物物理化学研究所の客員研究員（社費留学生）として X
線レーザー励起用大出力 KrF エキシマレーザーの開発に従事．１
９９４年 工 学 博 士（１９９４年 九 州 大 学 工 学 部）
．１
９
９
０年 以
来，リ ソ グ ラ フ ィ 用 KrF，ArF，F2 レ ー ザ ー，LPP-EUV
光源，ハイブリッド・エキシマレーザの研究開発に従事．現在に至る．２００
２年レーザー学会論文賞（解説部門）受賞．
２
０
０
９
年第１回日本レーザー学会産業賞（装置部門）受賞（ギガフォトン社：GT６
２A 対象）．

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!!!!!!!!!!!!!!!!

し

どう

あきら

遠 藤

えん

彰

高出力レーザーと短波長光源に関する様々な研究を行っている．これまで，フェムト秒テクノロジー研究機構（FST）にてレー
ザーコンプトン散乱によるフェムト秒 X
線発生（１
９
９
６
‐
２
０
０
２）
，技術研究組合極端紫外線露光システム
技術開発機構（EUVA）にて EUV 光源開発（２
０
０
２
‐
２
０
０
８）に
携わってきた．その後，ドイツ連邦共和国イエナ市にある
IOF Jena にて客員教授，現在はチェコ共和国プラハ市にある
チェコ科学アカデミー物理部門 HiLase プロジェクトにて薄ディスクレーザーや先進 EUV 光源に関する研究に従事している．

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

たけ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

ひがし ぐち!!!!!!!!!!!!!!!!

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