JPH11160499A - レーザープラズマｘ線発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料上でのＸ線の走査を簡易な構成で高精度
に行うことができるレーザープラズマＸ線発生装置を提
供する。 【解決手段】 レーザー光をターゲットに照射してレー
ザープラズマ法によりＸ線を発生するレーザープラズマ
Ｘ線発生装置において、ターゲット５とレーザー源１と
の間に、ターゲット５上のレーザー光の照射位置２１を
変移させる光学系（集光レンズ４）を備え、この光学系
４によって、ターゲット５上のレーザー光の照射位置２
１を変移させ、試料上のＸ線照射位置２２を変移させて
試料７上でＸ線を走査させる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線源レーザ、Ｘ
線源リソグラフィー装置、Ｘ線露光装置、Ｘ線源顕微
鏡、Ｘ線源光電子顕微鏡、Ｘ線源分析装置等のＸ線源に
用いるレーザ-プラズマＸ線発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線源レーザ、Ｘ線源リソグラフィー装
置、Ｘ線露光装置、Ｘ線源顕微鏡、Ｘ線源光電子顕微
鏡、Ｘ線源分析装置等においては、通常Ｘ線発生装置か
ら得られるＸ線を使用している。このＸ線発生装置とし
て、Ｘ線管やプラズマＸ線源が知られている。プラズマ
Ｘ線源は、プラズマ中にできる高電離多価イオンと電子
の相互作用により発生するＸ線を用いるものであり、高
密度のプラズマをレーザー光によって生成するレーザー
プラズマＸ線発生装置が知られている。レーザープラズ
マＸ線発生装置では、レンズやミラーの光学系で１０μ
ｍ程度の大きさに絞ったレーザー光を、Ａｌ、Ｍｏ、
Ｗ、Ｔａ、Ａｕ等の金属表面に数ｎｓの間隔のパルスで
集光照射することにより形成される。

【０００３】図６は従来のレーザープラズマＸ線発生装
置の構成を説明するための概略図である。図６におい
て、従来のレーザープラズマＸ線発生装置は、レーザー
源１１から放出されたレーザー光をコリメータ１２及び
ミラー１３を介してレーザー集光用のレンズ１４に導
き、ターゲット１５上にレーザー光を集光させる。ター
ゲット１５上では、このレーザー光によってプラズマが
生成され、Ｘ線の放出が行われる。放出されたＸ線は、
Ｘ線を集光する光学部材１６によって試料１７上に集光
される。

【０００４】なお、ミラー１３は、レーザー光がターゲ
ット１５に向かうように角度調整されて固定されてい
る。又、ターゲット１５、Ｘ線集光部材１６、及び試料
１７は真空容器１８内に収納されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記図６に示すような
従来のレーザープラズマＸ線発生装置は、通常、試料上
の一点にＸ線を集光して照射し、その一点における分析
や処理を行うものである。そのため、試料上において二
次元的な分析や処理を行うことができないという問題が
ある。試料上において二次元的な分析や処理を行うに
は、Ｘ線を試料上で走査させる必要がある。

【０００６】従来の構成のレーザープラズマＸ線発生装
置において、試料上でＸ線を走査させるには、レーザー
源やレーザー集光素子を走査させる構成や、Ｘ線集光部
材を微動させる構成や、試料を走査させる構成が考えら
れる。しかしながら、このような構成では、レーザー源
やＸ線集光部材や試料ステージ等を移動させる必要があ
り、走査機構が大型となるという問題点があり、又、移
動体の大きさや質量が大きいために高い移動精度を得る
ことが難しく、試料上でのＸ線集光点の位置精度が不十
分であるという問題点がある。

【０００７】そこで、本発明は前記した従来のレーザー
プラズマＸ線発生装置の問題点を解決し、試料上でのＸ
線の走査を簡易な構成で高精度に行うことができるレー
ザープラズマＸ線発生装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザープラズ
マＸ線発生装置は、ターゲット上に集光するレーザー光
の集光位置を変えることによって、試料上でのＸ線の位
置を変え、これによって、Ｘ線の走査を行うものであ
る。

【０００９】本発明のレーザープラズマＸ線発生装置
は、レーザー光をターゲットに照射してレーザープラズ
マ法によりＸ線を発生するレーザープラズマＸ線発生装
置において、ターゲットとレーザー源との間に、ターゲ
ット上のレーザー光の照射位置を変移させる光学系を備
え、この光学系によって、ターゲット上のレーザー光の
照射位置を変移させ、試料上のＸ線照射位置を変移させ
て試料上でＸ線を走査させる構成とするものである。

【００１０】ターゲットとレーザー源との間に設ける光
学系は、レーザー源から放出されたレーザー光をターゲ
ット方向に方向づけるとともに、本発明においては、タ
ーゲット上におけるレーザー光の集光位置を変移させる
機能を有するものである。そして、ターゲット上のレー
ザー光の集光位置を変移させることによって、該集光位
置から放出されるＸ線が試料上に集光する位置を変移さ
せ、試料上においてＸ線を走査させる。このとき、光学
系の制御と試料上におけるＸ線の移動との関係を用いて
光学系の制御を行うことによって、試料上のＸ線の照射
位置を任意に定めることができる。

【００１１】本発明のレーザープラズマＸ線発生装置の
第１の実施の態様は、前記光学系が入射レーザー光の光
軸に対して回転自在な反射部材であり、この反射部材の
回転によって、ターゲット上におけるレーザー光の集光
位置を変移させることができる。

【００１２】反射部材の回転軸は光軸に対して角度を有
する二軸を備えた構成とすることができ、これによっ
て、ターゲット上でのレーザー光の集光位置を二次元で
変移させることができる。

【００１３】本発明のレーザープラズマＸ線発生装置の
第２の実施の態様は、前記光学系が入射レーザー光の光
軸に対して平行移動自在な反射部材であり、この反射部
材の平行移動によって、ターゲット上におけるレーザー
光の集光位置を変移させることができる。

【００１４】反射部材の平行移動軸は平行以外の角度を
有する二軸を備えた構成とすることができ、これによっ
て、ターゲット上でのレーザー光の集光位置を二次元で
変移させることができる。

【００１５】本発明のレーザープラズマＸ線発生装置の
第３の実施の態様は、前記光学系が入射レーザー光の光
軸に対して回転自在かつ平行移動自在な反射部材であ
り、この反射部材の回転及び平行移動によって、ターゲ
ット上におけるレーザー光の集光位置を変移させること
ができると共に、ターゲットとの間に設けた集光系に対
する位置調整を行って、集光系の収差を修正することが
できる。

【００１６】本発明のレーザープラズマＸ線発生装置の
第４の実施の態様は、前記光学系による制御量と試料上
のＸ線の移動量との関係、及び又は光学系による制御位
置と試料上のＸ線の照射位置との関係を備えるものであ
り、これによって、光学系の制御によって試料上のＸ線
照射位置を任意に設定することができる。

【００１７】本発明のレーザープラズマＸ線発生装置の
第５の実施の態様は、ターゲット位置と試料位置との間
に、Ｘ線を等倍率あるいは縮小倍率によって一対一で集
光させる集光部材を設けるものであり、これによって、
ターゲット上で変移するレーザー光の集光位置に対し
て、試料上のＸ線の集光位置を一対一で対応づけて走査
することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態の構
成例について、図１〜図５の本発明のレーザープラズマ
Ｘ線発生装置の実施形態を説明する概略を用いて説明す
る。なお、図１，図２は第１の実施形態を説明する概略
図であり、図３，図４は第２の実施形態を説明する概略
図であり、図５は第３の実施形態を説明する概略図であ
る。

【００１９】はじめに、第１の実施形態について説明す
る。図１において、レーザー源１から放出されたレーザ
ー光は、コリメータ２でコヒーレント化され、可動ミラ
ー３上のレーザー集光点２０に入射される。この可動ミ
ラー３は、試料上のＸ線照射位置を変移させて試料上で
Ｘ線を走査させるために、ターゲット上のレーザー光の
照射位置を変移させる光学系を構成するものであり、レ
ーザー光の光軸に対して角度を有した回転軸によって回
転自在な構成としている。図１では、回転軸は直交する
Ｘ軸とＹ軸の二軸を備え、これによって、レーザー光に
対して任意に角度変更可能としている。なお、回転軸は
図示しない駆動機構によって、任意の回転方向及び回転
量で回転させることができ、ターゲット５上の反射レー
ザー光の照射位置を任意に変移させることができる。

【００２０】可動ミラー３で反射されたレーザー光は、
レーザー集光用の集光レンズ４等を通してターゲット５
上のレーザー集光点２１に集光される。ターゲット５上
に集光したレーザー光はプラズマを生成して、Ｘ線を放
出する。レーザー集光点２１は、可動ミラー３の回転軸
の位置を制御することによって、変移させることができ
る。

【００２１】ターゲット５はリボンテープ状とし、第１
ターゲット巻回部８と第２ターゲット巻回部９との間に
おいて、図示しない駆動装置で一方を巻き戻し他方を巻
き取ることによって、ターゲットの長さ方向に移動させ
ることができる。なお、駆動装置によるターゲットの移
動はレーザー光の照射後に行うことによって、レーザ光
の照射でターゲット５に形成された小孔をレーザ照射点
からずらし、次回のレーザ照射に備えることができる。
例えば、レーザ光の照射で形成される小孔の径が１００
μｍ程度の場合には、ターゲット５の移動量を１ｍｍ程
度とすることによって、次回のレーザ照射に対する小孔
の影響を無視することができる。又、レーザー源１を駆
動する電源電圧は直流電圧あるいはパルス電圧とするこ
とができ、パルス電圧によってレーザー光がパルス光と
なる場合には、消費電力を低減することができる。

【００２２】なお、ターゲット５はＡｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔ
ａ、Ａｕ等の導電性のターゲット材やプラスチック等の
絶縁材を用いることができる。

【００２３】ターゲット５上のレーザー集光点２１から
は、レーザー光で生成されたＸ線が所定の散乱分布強度
で放出され、Ｘ線集光部材６を介して試料７上のＸ線集
光点２２に照射される。なお、図１中のＸ線は、Ｘ線の
散乱分布強度の内で最大強度の方向等の所定方向を表し
ている。Ｘ線集光部材６は反射鏡等で構成することがで
き、ターゲット５上のレーザー集光点２１と試料７上の
Ｘ線集光点２２とは一対一で対応するよう構成される。

【００２４】ここで、可動ミラー３の回転角度位置と試
料７上のＸ線集光点２２の位置との関係や、可動ミラー
３の回転角度量と試料７上のＸ線集光点２２の位置量と
の関係は、レーザー源１，可動ミラー３，ターゲット
５，Ｘ線集光部材６，試料７の位置関係や各光学系の特
性等によってあらかじめ求めることができ、又、ターゲ
ット５上のレーザー集光点２１と試料７上のＸ線集光点
２２とは一対一で対応しているため、可動ミラー３の回
転位置や回転量を制御することによって、試料７上のＸ
線集光点２２の位置や移動量を制御することができる。

【００２５】可動ミラー３の制御は、前記した関係を記
憶しておき、この関係を用いて図示しない駆動装置及び
制御装置を作動させて行うことができる。

【００２６】図２は、可動ミラー３の回転によって変移
する試料７上のＸ線の集光位置を説明する図である。図
２において、可動ミラー３は実線、破線、及び一点鎖線
で示す３つの回転位置を示し、この回転位置に対応する
レーザー光及びＸ線を同様の線種で示している。可動ミ
ラー３を入射レーザー光に対して回転させると、反射点
２０で反射されたレーザー光はターゲット５上の異なる
レーザー集光点２１に集光する。各レーザー集光点２１
から放出されたＸ線は、Ｘ線集光部材６によって試料７
上でレーザー集光点２１と一対一で対応するＸ線集光点
２２に集光する。

【００２７】なお、図２では、一つの回転軸のみ示して
いるが、該軸と平行しない他の軸についても同様に行う
ことによって、試料７上におけるＸ線の位置を二次元的
に変移させて走査させることができる。

【００２８】なお、図１では、可動ミラー３と試料７と
の間に複数本のレーザー光及びＸ線を示しているが、こ
れは可動ミラー３の回転により反射方向が変えたレーザ
ー光及びＸ線の様子を同一図に示すためであり、実際に
は、レーザー光及びレーザー集光点２１は可動ミラー３
の角度に応じて一つが定まるものであり、Ｘ線はこのレ
ーザー集光点２１から所定の散乱分布強度で放出される
ものである。

【００２９】次に、第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、可動ミラーを回転及び平行移動させ
ることによって、集光レンズの収差による影響を減少さ
せるものである。図３において、レーザー源１から放出
されたレーザー光は、第１の実施形態と同様に、コリメ
ータ２でコヒーレント化されて可動ミラー３上のレーザ
ー集光点２０に入射される。可動ミラー３は、レーザー
光の光軸に対して角度を有した回転軸によって回転自在
であり、又、平行移動自在な構成としている。図３で
は、回転軸は直交するＸ軸とＹ軸の二軸を備え、又、Ｘ
軸の方向に移動可能な構成を示しており、これによっ
て、レーザー光に対して任意に角度変更可能で、平行移
動可能としている。なお、上記回転及び平行移動は図示
しない駆動機構によって、任意の回転方向、回転量、及
び移動量で回転させることができる。ターゲット５上の
反射レーザー光の照射位置は、可動ミラー３の回転、及
び平行移動によって任意に変移させることができる。

【００３０】又、可動ミラー３を平行移動させることに
よって、レーザー光が集光レンズ４の光軸中心を通るよ
うに修正することができ、これによって集光レンズ４の
収差によるずれを減少させることができる。可動ミラー
３で反射されたレーザー光は、レーザー集光用の集光レ
ンズ４等を通してターゲット５上のレーザー集光点２１
に集光するが、可動ミラー３を回転させると、レーザー
光は集光レンズ４の光軸中心から外れた位置を通過する
ことになる。一般に、集光レンズ４には収差があるた
め、光軸中心から外れた位置を通過するレーザー光はこ
の収差によってずれが生じる。これに対して、図３，４
中の破線に示すように、可動ミラー３を平行移動させる
と、可動ミラー３上の反射点は２０から２０ｙに移動す
る。これによって、反射点２０ｙで反射したレーザー光
が集光レンズ４の光軸中心を通過するよう修正すること
ができる。集光レンズ４の光軸中心を通過したレーザー
光は、ターゲット５上のレーザー集光点２１ｙに集光し
てプラズマを生成し、Ｘ線を放出する。レーザー集光点
２１ｙは、可動ミラー３の回転軸の位置を制御すること
によって、変移させることができる。なお、ターゲット
５、Ｘ線集光部材６、試料７の構成、及び動作は第１の
実施形態とほぼ同様であるため、ここでの詳細な説明は
省略する。

【００３１】又、可動ミラー３の回転角度位置及び平行
移動位置と試料７上のＸ線集光点２２の位置との関係
や、可動ミラー３の回転角度量及び平行移動量と試料７
上のＸ線集光点２２の位置量との関係は、レーザー源
１，可動ミラー３，ターゲット５，Ｘ線集光部材６，試
料７の位置関係や各光学系の特性等によってあらかじめ
求めることができ、又、ターゲット５上のレーザー集光
点２１と試料７上のＸ線集光点２２とは一対一で対応し
ているため、可動ミラー３の回転位置，回転量，及び平
行位置量を制御することによって、試料７上のＸ線集光
点２２の位置や移動量を制御することができる。又、図
３，４では平行移動をＹ軸方向のみ示しているが、Ｘ軸
方向あるいは平行しない複数の軸によって構成すること
ができる。

【００３２】図４は、可動ミラー３の平行移動によって
変移する試料７上のＸ線の集光位置を説明する図であ
る。図４において、可動ミラー３は実線及び破線で示す
２つの位置を示し、各位置に対応するレーザー光及びＸ
線を同様の線種で示している。可動ミラー３を入射レー
ザー光に対して回転及び平行移動させると、反射点２０
ｙで反射されたレーザー光は、集光レンズ４の光軸中心
を通過した後、ターゲット５上の異なるレーザー集光点
２１ｙに集光する。各レーザー集光点２１，２１ｙから
放出されたＸ線は、Ｘ線集光部材６によって試料７上で
レーザー集光点２１と一対一で対応するＸ線集光点２２
に集光する。

【００３３】次に、第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態は、Ｘ線集光部材により縮小させたＸ線
を試料に集光させる構成例である。図５に示す第３の実
施形態の構成は、Ｘ線集光部材の構成の他は第１実施形
態ないし第２の実施形態の構成と同様とすることができ
るため、以下ではＸ線集光部材の構成についてのみ説明
する。

【００３４】第３の実施形態のＸ線集光部材６ａ，６ｂ
は、ターゲット５から放出されたＸ線を縮小して試料７
上に集光させる光学部材であり、湾曲した反射部材を直
交させて配置することによって構成することができる。
このＸ線集光部材６ａ，６ｂにより、ターゲット５上の
Ｌｘの長さは試料７上でｌｘに縮小され、又、Ｌｙの長
さは試料７上でｌｙに縮小され、面積Ｓはｓに縮小され
る。これによって、試料７上における走査精度を高める
ことができる。なお、Ｘ線を縮小させるＸ線集光部材
は、上記構成に限らず他の構成とすることもできる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザー
プラズマＸ線発生装置によれば、試料上でのＸ線の走査
を簡易な構成で高精度に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態を説明する概略図である。

【図２】第１の実施形態を説明する概略図である。

【図３】第２の実施形態を説明する概略図である。

【図４】第２の実施形態を説明する概略図である。

【図５】第３の実施形態を説明する概略図である。

【図６】従来のレーザープラズマＸ線発生装置の構成を
説明するための概略図である。

【符号の説明】

１…レーザー源、２…コリメータ、３…可動ミラー、４
…集光レンズ、５…ターゲット、６…Ｘ線集光部材、７
…試料、８，９…ターゲット巻回部、２０…反射点、２
１…レーザー集光点、２２…Ｘ線集光点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光をターゲットに照射してレー
   ザープラズマ法によりＸ線を発生するレーザープラズマ
   Ｘ線発生装置において、ターゲットとレーザー光源との
   間に、ターゲット上のレーザー光の照射位置を変移させ
   る光学系を備え、前記光学系は、ターゲット上のレーザ
   ー光の照射位置を変移させることによって試料上のＸ線
   照射位置を変移させ、試料上でＸ線を走査させることを
   特徴とするレーザープラズマＸ線発生装置。