特許 7637958 広帯域レーザ励起プラズマ光源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-20

(45)【発行日】2025-03-03

(54)【発明の名称】広帯域レーザ励起プラズマ光源

(51)【国際特許分類】

   H01J 65/04 20060101AFI20250221BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20250221BHJP

【ＦＩ】

H01J65/04 Z

G03F7/20 501

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2024520971

(86)(22)【出願日】2022-10-05

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-08

(86)【国際出願番号】 RU2022050311

(87)【国際公開番号】W WO2023059228

(87)【国際公開日】2023-04-13

【審査請求日】2024-05-17

(31)【優先権主張番号】2021129398

(32)【優先日】2021-10-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】RU

(31)【優先権主張番号】17/514,178

(32)【優先日】2021-10-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】521466910

【氏名又は名称】アイエスティーイーキュー ビー．ヴィー．

(73)【特許権者】

【識別番号】323002842

【氏名又は名称】アイエスティーイーキュー グループ ホールディング ビー． ヴィー．

(74)【代理人】

【識別番号】110001830

【氏名又は名称】弁理士法人東京ＵＩＴ国際特許

(72)【発明者】

【氏名】アブラメンコ・ドミトリー・ボリーソヴィチ

(72)【発明者】

【氏名】ガヤソフ・ロベルト・ラフィレヴィチ

(72)【発明者】

【氏名】グルシュコフ・ヂェニース・アレクサンドロヴィチ

(72)【発明者】

【氏名】クリフツン・ヴラジミル・ミハイロヴィチ

(72)【発明者】

【氏名】ラシ・アレクサンドル・アンドレーエヴィチ

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０２９２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２６２８０８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／２４

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｈ０１Ｊ ６５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高圧ガスが充填されたチャンバと，プラズマ点火手段と，連続波（ＣＷ）レーザの集束ビームによって上記チャンバ内に維持されるプラズマ放射領域とを備え，上記ＣＷレーザのビームを上記チャンバ内に導入するためのウインドウと，プラズマ放射ビームを上記チャンバから出力するための少なくとも一つのウインドウとを有する金属ハウジングを含む上記チャンバを少なくとも一つのプラズマ放射ビームが出射するレーザ励起プラズマ光源であって，
上記ＣＷレーザの上記ビームが，上記ウインドウと上記プラズマ放射領域との間において上記チャンバ内に設置されたレンズによって集束され，
上記ガスが，少なくとも99.99％の純度を有する不活性ガスに属するか，またはその混合物であり，
上記プラズマ放射ビームを出力するための少なくとも一つのウインドウが結晶性フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）から作製され，
各ウインドウが，上記プラズマ放射領域に最も近いスリーブの端部において上記チャンバの内側に配置され，上記スリーブが上記ハウジングの穴に配置されており，
各ウインドウがガラスセメントによって上記スリーブにはんだ付けされており，かつ上記ウインドウがはんだ付けされた上記スリーブが上記金属ハウジングの上記穴に溶接されており，
上記チャンバが，上記ＭｇＦ _２ ウインドウを通してプラズマ放射が照射される物体を備える外側チャンバに分岐管によって密封接続されており，上記分岐管が熱ブリッジとして作製されている，
レーザ励起プラズマ光源。

【請求項2】

上記スリーブの端面の表面および上記ＭｇＦ_２ウインドウの隣接面が上記ＭｇＦ_２結晶の光軸に対して略垂直である，請求項１に記載の光源。

【請求項3】

各スリーブおよび上記ハウジングが，上記ＭｇＦ_２結晶の光軸に垂直な方向における線熱膨張係数（ＣＬＴＥ）が上記結晶フッ化マグネシウムのＣＬＴＥと一致するニッケル鉄合金から作製されている，請求項１に記載の光源。

【請求項4】

上記プラズマ放射ビーム中のスペクトルの短波境界が真空紫外（ＶＵＶ）領域中のＭｇＦ_２透過境界によって決定され，110ｎｍに等しい，請求項１に記載の光源。

【請求項5】

波長110ｎｍ以上のＶＵＶ光を吸収しない真空またはガス環境が上記ＭｇＦ_２ウインドウの外側に配置されている，請求項１に記載の光源。

【請求項6】

分岐管が冷却ラジエータを装備する，請求項５に記載の光源。

【請求項7】

上記プラズマ放射ビームが，上記プラズマ放射領域から上記ＭｇＦ_２ウインドウに反射を伴うことなく直接に向けられている，請求項１に記載の光源。

【請求項8】

すべてのスリーブが，上記ウインドウがはんだ付けされた軸対称スリーブであり，上記軸対称スリーブが，単一のピースで作成された上記ハウジングに溶接されている，請求項１に記載の光源。

【請求項9】

上記プラズマ放射領域が，少なくとも２つの穴の交差によって形成されたハウジングキャビティ内に配置されており，上記少なくとも２つの穴のそれぞれにウインドウを有するスリーブが存在している，請求項１に記載の光源。

【請求項10】

少なくとも一つの上記スリーブが上記ハウジングの上記穴内に配置されており，上記スリーブが可変外径を有しており，上記ウインドウが小さい方の外径を有する上記スリーブの端部に配置されている，請求項１に記載の光源。

【請求項11】

上記ハウジングが，上記ウインドウを有する少なくとも２つのハウジング部品を含み，上記ハウジング部品が内部チャンバ部品が設置された後に共に溶接される，請求項１に記載の光源。

【請求項12】

上記チャンバ内に，球面ミラーとして設計された少なくとも一つのレトロリフレクタが載置されている，請求項１１に記載の光源。

【請求項13】

溶接部が上記ハウジングの外側にある，請求項１に記載の光源。

【請求項14】

上記プラズマ点火手段が，Ｑスイッチングモードおよびフリーランニングモードの２つのパルスレーザビームを生成する固体レーザシステムであり，連続動作モードにおいて上記チャンバ内のガス圧力が約50ａｔｍ以上であり，上記チャンバの内面の温度が少なくとも600Ｋである，請求項１に記載の光源。

【請求項15】

上記ＣＷレーザの上記集束ビームが垂直上方に上記チャンバ内に向けられており，上記ハウジングの上壁が上記プラズマ放射領域から５ｍｍ以下の距離に配置されている，請求項１に記載の光源。

【請求項16】

上記ＣＷレーザのビームを集束する上記レンズおよび上記プラズマ放射ビームを出力するための各ウインドウが，上記プラズマ放射領域から５ｍｍ以下の距離に配置されている，請求項１に記載の光源。

【請求項17】

上記ウインドウが，上記ウインドウを通過する上記プラズマ放射ビームの光線の経路を歪ませる収差を低減し，上記チャンバを出射する上記プラズマ放射ビームの上記角度開口を低減するように配置されたレンズである，請求項１に記載の光源。

【請求項18】

上記プラズマ放射ビームの方向が，上記プラズマ放射領域を通過した上記ＣＷレーザビームの方向と異なる，請求項１に記載の光源。

【請求項19】

上記チャンバハウジングが直方体として設計されており，上記ＣＷレーザの上記集束ビームおよび上記プラズマ放射ビームが上記プラズマ放射領域内において交差する互いに直交する軸を有している，請求項１に記載の光源。

【請求項20】

上記ハウジングが，上記チャンバをガスで充填し，上記チャンバ内の上記ガスの圧力および組成を制御するように設計された密封ガス入口またはガスポートのいずれかを含む，請求項１に記載の光源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連特許および出願の相互参照
この特許出願は，現在では許可されている，２０２１年２月１９日出願の米国特許出願第１７／１８０，０６３号の一部継続出願であり，これは２０２０年３月５日に出願されたロシア特許出願ＲＵ２０２０１０９７８２号に対する優先権を主張するものであり，また２０２０年８月６日に出願された米国特許出願第１６／９８６，４２４号，現在は米国特許第１０，９６４，５２３号の一部継続出願であり，これは２０２０年３月１０日に出願された米国特許第１６／８１４，３１７号，現在は米国特許第１０，７７０，２８２号の一部継続出願であり，また，２０２１年１０月８日に出願されたロシア特許出願ＲＵ２０２１１２９３９８号に対する優先権を主張するものであり，これらのすべては参照によってその全体がこの明細書に組み込まれる。

【0002】

この発明は，連続的な光放電を伴う高輝度広帯域光源，その中で使用されるガス充填チャンバ，およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

あらかじめ生成された比較的高密度のプラズマ中へのレーザ放射によって維持される定常ガス放電は連続光放電（ＣＯＤ）（continuous optical discharge）として知られている。

【0004】

連続波（ＣＷ）（continuous wave）レーザの集束（集光）ビームによってガス充填チャンバ内に維持されるＣＯＤは，様々なガス内において，特に最大200 atmの高いガス圧のＸｅ内において実現される（Carlhoff et al.,“Continuous Optical Discharges at Very High Pressure，”Physica 103C,1981年，pp.439-447）。約20,000Ｋのプラズマ温度を有するＣＯＤベースの光源（Raizer,“Optical discharge”Sov.Phys.Usp．23(11)，1980年11月，pp.789-806）は真空紫外線（ＶＵＶ）（vacuum ultraviolet）から近赤外線（nearinfrared）までの広いスペクトル範囲における最高輝度の連続光源の一つである。

【0005】

高輝度ＣＯＤベースの光源の作成に関する課題の一つは真空紫外線放射の出力を増加させることであり，これは特に，短波境界（short-wave boundary）λｂおよびチャンバからＣＯＤプラズマ広帯域放射を出力するために用いられる光学材料の透過性に対する特別な要件をもたらす。

【0006】

２００６年１２月１日に公開された特開２００６－０１０６７５号から公知であるように，チャンバ内の不活性ガスの純度が少なくとも99.99％であると，ＶＵＶ範囲における高い光出力が光放電において達成される。同時に，光源放射スペクトルの短波境界がチャンバ出射ウインドウの材料によって決定され，この材料にはフッ化リチウム（ＬｉＦ），フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２），フッ化カルシウム（ＣａＦ２），サファイア（Ａｌ２Ｏ３）または石英（ＳｉＯ２）を使用することができる。

【0007】

これらの材料のうちＬｉＦおよびＭｇＦ２は約110ｎｍに最も短波の透過境界（the shortest-wave boundary of transparency）を有する。さらに，後者２つのうち，ＭｇＦ２は，より良好な機械的および熱的特性ならびに生産性を有する材料であるので，その使用はＶＵＶ範囲において放射スペクトルを100ｎｍまで拡大するのに好ましい。

【0008】

特開２００６－０１０６７５号に記載された装置は光放電のパルスモード励起を使用しており，このため，光源の平均出力および輝度が低いことがこの装置の欠点であった。光放電励起のパルスモードにおいてチャンバ内の最適な圧力は約１atmであり，他方チャンバ温度は室温に近く，これによって上述の光学材料のいずれかから作製された出射ウインドウを密封する問題が排除される。しかしながら，連続光放電を伴う高輝度プラズマ放射源については状況が根本的に異なる。

【0009】

たとえば，２０２１年３月３０日に公開され，参照によってこの明細書に組み込まれる米国特許第１０９６４５２３号明細書から公知であるように，５０ｍＷ／（ｍｍ２ ｎｍ ａｖｇ）を超えるスペクトル輝度および０．１％未満の相対輝度不安定性σを特徴とするＣＯＤプラズマ放射の最適連続生成は，好ましくは50atm以上のチャンバ内の最適ガス圧の下，チャンバ内面の可能最高動作温度が600～900Ｋ以上であり，チャンバ壁がプラズマ放射領域から５ｍｍ未満，好ましくは３ｍｍ以下の距離に配置されることによって達成される。チャンバとして使用される溶融石英製の密封バルブはこれらの基準を少なくとも部分的に満たす。

【0010】

しかしながら，石英の透過境界（transparency boundary）λｂ≒170ｎｍは，上述した他の光学材料，特にＭｇＦ２（λｂ≒110ｎｍ）に比べて劣っている。同時に，バルブ材料をＭｇＦ２によって置き換える選択肢はその機械的特性のために困難であり，ＭｇＦ２ウインドウを使用することも高温および高圧下において密封することの難しさのために問題がある。

【0011】

チャンバの動作温度を上昇させるために，２０１８年１０月２３日に公開された米国特許第１０１０９４７３号明細書では，鋼などの弾性金属から作製されたＣリングを使用してチャンバウインドウを機械的に密封することが提案されている。

【0012】

しかしながら，この解決策は，主にλｂ≒145ｎｍのサファイアウインドウの使用に関する。このタイプの密封をＭｇＦ２ウインドウに適用することはその不十分な機械的強度のために問題がある。

【0013】

２０２０年５月３１日に公開された米国特許第１０６０９８０４号明細書では，レーザ励起プラズマ光源は，２つのハウジング部分からなる金属円柱状ハウジングと，ハウジング両端部に密封して設置された同軸の入口ウインドウおよび出射ウインドウとを有するガス充填チャンバを備えている。各ウインドウは，円筒形側面がニッケルめっきされており，円形のニッケルめっきされたコバールスリーブの内側に配置され，Ａｇはんだを使用してスリーブの内面にはんだ付けされる。さらに，ウインドウがはんだ付けされた各円形スリーブが外側シーム上でハウジング部品の一つにはんだ付けまたは溶接されている。内部チャンバ部分（楕円形ミラーおよびレーザ放射遮断体）が設置された後，取り付けられたウインドウを有するハウジング部品が共に溶接される。溶接後，ハウジングは真空引きされ，加圧下で溶接または密封されたノズルを通してガスが充填される。ウインドウがはんだ付けされるコバールスリーブの線熱膨張係数（ＣＬＴＥ）（coefficient of linear thermal expansion）はサファイアのＣＬＴＥと一致し，したがって，チャンバはサファイアウインドウを使用することを提案する。

【0014】

典型的に使用される石英バルブ（λｂ≒170ｎｍ）と比較して，上記光源は，サファイアウインドウが使用される場合（λｂ≒145ｎｍ）にＶＵＶ範囲におけるより広い放射スペクトルによって特徴付けられる。さらに，レーザポンピングの出力を増加させ，その結果，ＵＶおよびＶＵＶ範囲を含む出力放射の出力を増加させることを可能にする，より強いチャンバを特徴とする。

【0015】

しかしながら，このタイプのプラズマ光源ではＭｇＦ２ウインドウの適用の困難性に起因して，ＶＵＶスペクトルのさらなる拡大が制限される。ＭｇＦ２結晶のＣＬＴＥは光軸方向と光軸に垂直な方向とでは大きく異なり，これに対応して13.7・10-6／Ｋおよび8.48・10-6／Ｋに等しい。その結果，等方性金属円形スリーブとそれにはんだ付けされた異方性ＭｇＦ２結晶との間の接続シールは，チャンバが連続光放電プラズマからの放射を最適に発生させるために必要な600～900Ｋに加熱された場合に信頼性が低い。このシールの信頼性の低さは，金属はんだのＣＬＴＥ（約20・10-6／Ｋ）もＭｇＦ２のＣＬＴＥと大きく異なるという事実に起因する。また，ウインドウ上のガスの圧力がシールジョイント（密封接合部）のシフトおよび破断に寄与し，それによってその信頼性が低下する。プラズマ放射ビームがチャンバ内の金属ミラーによるプラズマ放射の反射によってのみ形成されるという事実にも起因して，ＶＵＶ範囲における同様のプラズマ光源のスペクトルの拡大にはほとんど効果をもたらさない。金属ミラーの反射係数はＶＵＶ範囲においては低い（アルミニウムの波長110ｎｍにおいて約20％）。チャンバ内ミラーの存在がＣＷレーザビームを集束するレンズをチャンバハウジングの外側に配置することをもたらす。これにより，ＣＷレーザビームの集束の鋭さが制限されて光源輝度が低下する。また，ミラーの存在によって出射放射出力の不安定性をもたらす対流を抑制するためのチャンバ内空間の寸法を最小化することができない。上述の設計上の欠点はまた出射ウインドウ方向へのレーザ放射ビームの伝搬にあり，その遮断のためには特別な措置をとる必要がある。

【発明の概要】

【0016】

したがって，上記の欠点がない，ＶＵＶ範囲におけるより広い放射スペクトルを有する，より高い輝度を持ちかつ非常に安定した光源の作成が必要とされている。

【0017】

この発明の技術的課題および技術的結果は，ＶＵＶ範囲におけるレーザ励起プラズマ光源の放射スペクトルを拡大（拡張）し（expanding），それらの広帯域放射の高輝度および高安定性を提供することにある。

【0018】

この発明は，本質的に，チャンバからプラズマ放射ビームを出力するためのウインドウの材料として，最小透過境界（minimum boundary of transparency）（λｂ≒110ｎｍ）を有するハイテクノロジー光学材料，すなわちＭｇＦ２を使用することにある。これによってレーザ励起プラズマ光源の放射スペクトルをＶＵＶ範囲において拡大することができる。

【0019】

チャンバ内のガスは少なくとも99.99％の純度を有する不活性ガスに属するもので，不純物によるＶＵＶ放射の自己吸収を排除する。

【0020】

結晶性フッ化マグネシウムは異方性であり弱い複屈折（weak double refraction）を特徴とする。この発明によると，プラズマ放射ビームの複屈折を排除するために，軸対称スリーブの端部の表面およびそれに隣接するＭｇＦ２出射ウインドウの表面がＭｇＦ２結晶の光軸に本質的に垂直である。

【0021】

光源の高輝度および高安定性を提供するために，少なくとも600Ｋの高温下および約50atm以上の圧力下において動作する可能性が，ガラスセメントを用いたはんだ付けによってチャンバウインドウをシール（密封）することによって達成される。この発明によると，ガラスセメントはんだ付けのプロセスは，少なくとも400℃の温度下の接合部の単段階アニーリング（single-stage annealing）の適用を含み，これは最大900Ｋの温度下で接合部をオペレーションする可能性をもたらす。上記ウインドウはスリーブとして設計されたハウジングの別個の金属部品にはんだ付けされる。アニーリングの後，チャンバハウジングの金属部品（metal parts）は，シール接合部の信頼性を低下させることがある別のアニーリングにシール接合部がさらされないようにして，溶接によって接合される。

【0022】

ＭｇＦ２出射ウインドウの信頼性の高いシールを提供するために，スリーブおよびハウジングは結晶の光軸に垂直な方向における結晶フッ化マグネシウムのＣＬＴＥと一致する所定のＣＬＴＥを有する鉄ニッケル合金，たとえば47ND合金から作製される。

【0023】

不規則な冷却によって引き起こされるウインドウ割れ（window cracking）を防止するために，チャンバの複雑な形状のハウジング部品にはんだ付けするのに代えて，上記ウインドウ（windows）が約１ｃｍ以上の長さの軸対称金属スリーブ（axisymmetric metal sleeves）の端部にはんだ付けされる。はんだ付けは，線熱膨張係数（ＣＬＴＥ）が一致する，重力の観点から最適に配置される密封接合構成要素（the sealed joint components）を用いて実行される。そしてはんだ付けされたウインドウを有するスリーブが外側シーム（outside seam）上においてハウジングに溶接される。別の実施形態では，はんだ付けされたウインドウを有するスリーブがハウジング部品に溶接され，ハウジングが内部チャンバ要素が取り付けられた後に共に恒久的に溶接される。同時に，軸対称スリーブが組み立てられたチャンバ構造体の加熱および冷却の不規則性を相殺する。

【0024】

この発明によると，ウインドウがガス充填チャンバの内側に設置される。一方では密封要素を圧縮するチャンバ内のガスの高圧に起因して密封の信頼性が向上する。他方，その光学素子を含むチャンバ壁がプラズマ放射領域から５ｍｍ未満の距離に配置される場合，寸法が最適に最小化されたチャンバを製造する可能性が実現される。これはチャンバ内の対流の乱流を抑制して放射源の高い安定性を提供する。

【0025】

内部チャンバ要素はＣＷレーザビームを集束するレンズを含む。上記集束レンズは好ましくは非球面設計を有しており，入口ウインドウとプラズマ放射領域との間に配置され，ＣＷレーザビームの可能な限りの鋭い集束に起因して，光源の輝度を改善する。同じ目的のために，たとえば，プラズマ放射領域内に中心を有する球面ミラーの形態の少なくとも一つのレトロリフレクタ（retroreflector）を，出射ウインドウの反対側および／または集束レーザビームの軸上に配置するようにして，チャンバ内に載置することができる。出射ウインドウはまた，出射ウインドウを通過するプラズマ放射ビームの経路を歪ませる収差を低減する機能，および／または出射プラズマ放射ビームの角度開口を低減する機能を有するように設計されたレンズであってもよい。

【0026】

オゾンの生成およびプラズマ放射ビームの吸収を防止するために，110ｎｍ以上の波長を有するＶＵＶ放射を吸収しない真空またはガス環境をＭｇＦ２出射ウインドウの外側に配置することができる。この目的のために，この発明の一実施形態では，チャンバは，ＭｇＦ２ウインドウを通ってチャンバから出射するプラズマ放射を吸収しない真空またはガス環境で充填された，プラズマ放射ビームが搬送される物体を有する外側チャンバに密封接続することができる。最適温度は600Ｋ以上と高いことがあるので，チャンバと外側チャンバとの間の熱ブリッジの機能を有するように作製された分岐管によってチャンバを外側チャンバに密封接続することができる。さらに，上記分岐管は上記外側チャンバの加熱を防止するために冷却ラジエータを装備することができる。

【0027】

この発明の他の態様は，レーザ励起プラズマ放射源の輝度および安定性をさらに高めること，ならびにその性能を改善することを目的とする。

【0028】

この発明の上記および他の目的，利点および特徴は，添付の図面を参照して例として提供される，その実施形態の以下の非限定的な説明においてより明らかになるであろう。

【0029】

この発明の本質は図面によって説明される。

【0030】

図面において，同一の装置要素には同一符号を付す。

【0031】

これらの図面は，この技術的解決策の実施形態の全範囲を網羅するものではなく，さらに，この技術的解決策の実施形態の全範囲を限定するものではなく，この技術的解決策を実施する特定の事例の例示的な例にすぎない。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】この発明の実施形態による広帯域レーザ励起光源の断面図である。

【図2】この発明の実施形態による広帯域レーザ励起光源の断面図である。

【図3】広帯域レーザ励起光源の外観図である。

【図4】この発明の実施形態による広帯域レーザ励起光源の図である。

【図5】この発明の実施形態による広帯域レーザ励起光源の図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

図１に示すこの発明の実施形態の例では，広帯域レーザ励起光源は高圧のガスによって充填されたチャンバ１を備え，連続波（ＣＷ）レーザ４の集束ビーム３によってプラズマ放射領域２がチャンバ内に維持される。チャンバ１は，ＣＷレーザビームをチャンバ内に導入するためのウインドウ６ａと，その後の使用が意図されるプラズマ放射ビーム８をチャンバから出力するための少なくとも一つのウインドウ６ｂとを備える金属ハウジング５を含む。

【0034】

光源はまた，プラズマ点火を開始するための手段を含む。プラズマ点火のための手段としては，プラズマ放射２を持続するように設計された，集束された少なくとも一つのパルスレーザビーム１０をチャンバ領域に生成するパルスレーザシステム９を使用することができる。この発明の他の実施形態では，プラズマ点火手段として点火電極（igniting electrodes）を使用することができる。

【0035】

この発明によると，ＣＷレーザビームはダイクロイックミラー11によってチャンバ内に向けられ，ウインドウ６ａとプラズマ放射領域２との間においてチャンバ内に配置されたレンズ12を用いて集束され，ＣＷレーザビームのよりシャープな集束が提供され，それによって光源輝度が増加する。レンズ12は，プラズマ点火の開始時にパルスレーザビーム10を集束するために同時に使用することができる。

【0036】

光源輝度は，ウインドウ６ａおよび好ましくは非球面設計の集束レンズ12を備える光学系を使用してＣＷレーザビームの可能な限り最もシャープな集束を保証することによって増加し，これによって上記光学系の全収差が最小化される。集束レンズ12は，好ましくはプラズマ放射領域２から可能な限り最小の距離に位置決めされ，上記距離は５ｍｍを超えない。チャンバ設計を容易にするために，ウインドウ６ａは，たとえばプレートまたは球面を有するレンズの形状において簡単な製造技術を使用して作製することができる。非球面レンズ12はその製造を容易にするためにガラスまたは石英から作製することができる。

【0037】

チャンバからプラズマ放射ビーム８を出力する少なくとも一つのウインドウ６ｂは，結晶フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）から作製される。ＭｇＦ２は高い生産性を特徴とすると同時に，光学材料の中で最も短波の透過境界（the shortest-wave boundary of transparency）を持つ。したがって，チャンバを出射するプラズマ放射ビームにおけるスペクトルの短波境界（short-wave boundary）は真空紫外（ＶＵＶ）領域におけるＭｇＦ２透過限界（ＭｇＦ２ transmission limit）によって決定され，これは約110ｎｍである。さらに，上記ガスは少なくとも99.99％の純度を有する不活性ガスに属するか，またはそれらの混合物であり，ガス不純物によるＶＵＶ放射の自己吸収を排除する。これによって光源の放射スペクトルを真空紫外領域に拡大することができる。

【0038】

図１では，プラズマ放射ビーム８は，プラズマ放射領域２からＭｇＦ２製ウインドウ６ｂ内に真っ直ぐかつ反射することなく方向づけられる。反射係数がＶＵＶ範囲において低い（λ＝110ｎｍで20％未満）チャンバ内金属ミラーによってプラズマ放射ビームが形成される光源とは対照的に，これは，プラズマ放射ビームのスペクトルにおけるＶＵＶ成分のカットオフまたは抑制がないことを保証する。

【0039】

ウインドウ６ａ，６ｂのそれぞれは，チャンバの内部（内側）であって，プラズマ放射領域２に最も近いスリーブ７ａ，７ｂの一方の端部に配置される。ウインドウ６ａ，６ｂのそれぞれは，スリーブ７ａ，７ｂの一方にガラスセメント13を使用してはんだ付けされる。アニーリングのプロセスにおいて行われるウインドウはんだ付けは，光源の高輝度および高安定性を達成するのに最適な900Ｋまでの温度において，密封接合部（the sealed joint）およびチャンバアセンブリの取扱い可能性を保証する。

【0040】

はんだ付けされたウインドウ６ａ，６ｂを備えるスリーブ７ａ，７ｂのそれぞれは，ハウジング５の穴（holes）の一つに配置され，外側溶接シーム（溶接線）14上において上記ハウジング５の穴に溶接されている。さらに，軸対称スリーブ６ａ，６ｂの内部部分はチャンバの外部部分であり，充填されているガスと接触しない。これにより，チャンバ内にウインドウを配置することに伴って，密封材料（ガラスセメント13）を圧縮するチャンバ内のガスの高圧に起因して，密封接合部の信頼性を向上させ，光学要素の密封を容易にする。

【0041】

この発明によると，スリーブ７ｂの端部の表面およびそれに隣接するＭｇＦ２出射ウインドウ６ｂの表面がＭｇＦ２結晶の光軸に対して本質的に垂直である。ガラスセメント13，スリーブ７ａ，７ｂの材料およびハウジング５の線熱膨張係数（ＣＬＴＥ）（coefficients of linear thermal expansion）は，ＭｇＦ２結晶の光軸に垂直な方向において結晶フッ化マグネシウムのＣＬＴＥと一致する。上述のすべては，ウインドウおよびチャンバアセンブリの高い信頼性およびより長い寿命を提供する。好ましくは，スリーブおよびチャンバハウジングは，これらの要件を満たす47ＮＤ鉄－ニッケル合金から作製される。

【0042】

チャンバ１は，はんだ付けされた溶接配管を通じて，またはチャンバ内のガスの圧力および／もしくはチャンバ内のガスの組成を制御するように設計されたガスポート15を通じて，高圧ガスによって満たされる。

【0043】

したがって，この発明は，高圧（約50atm）および高温（約900°Ｋ）の下で稼働するＭｇＦ２ウインドウを備える信頼性の高いチャンバの製造と，ＶＵＶ範囲の最も広い放射スペクトルを有する，より高輝度かつより安定したＣＯＤベースの光源の作成を提供する。

【0044】

図１に示すこの発明の一実施形態によると，真空環境，または110ｎｍ以上の波長を有するＶＵＶ放射を吸収しないヘリウム，アルゴンといったガス環境が，チャンバからプラズマ放射ビーム８を出力するＭｇＦ２出射ウインドウ６ｂの外側に配置される。この目的のために，チャンバ１を，分岐管16を用いて，プラズマ放射ビーム８が搬送される物体（対象物，オブジェクト）を備える外側チャンバ17に密封接続してもよい。

【0045】

この場合，上記ビームは，オゾンを発生させることなくかつプラズマ放射のＶＵＶ成分を損失させることなく，搬送される。

【0046】

連続動作モードにおける高安定性かつ高輝度のプラズマ放射は，チャンバ内のガス圧が約50atm以上であり，チャンバ温度が約600Ｋ以上であるときに達成される。高温のチャンバ１に起因して，上記分岐管16はチャンバ１と外側チャンバ17との間の熱ブリッジ（thirmal bridge）の機能を伴って設計される。この目的のために，分岐管16の少なくとも一部が，低い熱伝導率を有するように，たとえば薄いステンレス鋼から作製される。ウインドウ６ｂから距離があけられた分岐部16の部分を冷却するために，それは外側チャンバ17の加熱を防止するための冷却ラジエータ18として設計される。チャンバ１および外側チャンバ17に対する分岐管16の密封接合部は，少なくとも加熱されたチャンバ１の側において，銅製とすることができる密封ガスケット19を用いて設けることができる。

【0047】

図１に示すこの発明の実施形態では，ウインドウ６ａ，６ｂがはんだ付けされた軸対称スリーブ７ａ，７ｂはすべて，単一の共通ハウジング部品５に溶接されている。さらに，プラズマ放射領域２は少なくとも２つの穴の交差によって形成されたハウジング５のキャビティ内に配置（位置決め）されており，２つの穴のそれぞれにウインドウ６ａ，６ｂの一方を備えるスリーブ７ａ，７ｂの一方が位置している。スリーブ７ａ，７ｂは可変外径（variable outside diameter）を有しており，ウインドウ６ａ，６ｂは小さい方の外径を有するスリーブの端部に配置されている。

【0048】

広帯域レーザ励起光源は以下のように動作する。はじめに，図１に示すように，少なくとも２つのウインドウ６，６ｂを有する金属ハウジング５を備える光源のチャンバ１が製造される。少なくとも一つのウインドウ６ｂはＭｇＦ２製である。少なくとも一つのウインドウ６ａの材料はＭｇＦ２のＣＬＴＥと一致するＣＬＴＥを有するガラスとすることができる。チャンバハウジングは，同じくＭｇＦ２のＣＬＴＥと一致するＣＬＴＥを有する47ＮＤ精密合金から製造される。ウインドウ６ａ，６ｂのそれぞれは，少なくとも400℃の温度でアニーリングを適用して，ガラスセメント13を用いて，スリーブ７ａ，７ｂの一方にはんだ付けされる。ウインドウがはんだ付けされたスリーブのそれぞれは金属ハウジング５の穴に溶接される。チャンバには密封された配管またはガスポート15のいずれかを通じて高圧ガスが充填される。

【0049】

ＣＯＤプラズマの広帯域放射は，以下のように生成される。ＣＷレーザ４の集束ビーム３がプラズマ放射を維持することを意図してチャンバの領域２内に向けられる。好ましくは，高純度の不活性ガスおよびその混合物が上記ガスとして用いられる。パルスレーザシステム９によって少なくとも一つのパルスレーザビーム10が生成される。ＣＷレーザのビームおよびパルスレーザビームがウインドウ６ａを通じてチャンバ１内に導入される。同時に，ウインドウ６ａおよび集束レンズ12を備える光学系がレーザビームのシャープな集束を提供する。パルスレーザシステム９が，光学的破壊を提供し，約1018電子／ｃｍ３の値を有するＣＯＤプラズマの閾値密度を超える密度を有する開始プラズマを生成するために用いられる。上記開始プラズマの濃度（concentration）および体積は，300Ｗを超えない比較的低い出力で，ＣＷレーザ３の集束ビームによる連続光放電の信頼できる持続に十分である。定常モードでは，少なくとも一つのプラズマ放射ビーム８を使用して連続光放電のプラズマ放射領域２から広帯域高輝度放射が出力される。チャンバを出るプラズマ放射のスペクトルの短波境界は，約110ｎｍであるＭｇＦ２透過限界によって決定される。ＭｇＦ２出射ウインドウ７ｂを通ってチャンバから出射するビーム８は，たとえば外側チャンバ17内におけるその後の使用が意図される。チャンバ１は，チャンバ１を出射するＶＵＶ放射を吸収しない真空またはガス環境が充填された外側チャンバ17に密封接続することができる。動作モードでは，好ましくはチャンバ１の温度は約600Ｋ以上である。さらに，チャンバ１と外部チャンバ17との間の断熱が，熱ブリッジ機能を有するように設計され，かつ冷却ラジエータ19を備える分岐管17によって提供される。

【0050】

図２に示すこの発明の実施形態では，チャンバ１は，少なくとも２つのハウジング部品５ａ，５ｂを備える溶接金属ハウジング５を含み，ハウジング部品５ａ，５ｂのそれぞれに，ウインドウ６ａ，６ｂがはんだ付けされたスリーブ７ａ，７ｂが溶接されている。

【0051】

マウントまたはケーシング20を備える集束レンズ12およびインサート21を含む内部チャンバ要素が設置された後，ウインドウ６ａ，６ｂを有するハウジング部品５ａ，５ｂは，溶接シーム22において溶接される。ハウジング部品５ａ，５ｂの溶接中，ウインドウ６ａ，６ｂと一緒に溶接された軸対称スリーブ７ａ，７ｂが組み立てられたチャンバ１の不規則な加熱および冷却を相殺する。

【0052】

光源の溶接されたハウジングの外観図が図３に概略的に示されている。

【0053】

チャンバ設計を単純化するために，溶接部14，22はハウジング５の外面に配置される。

【0054】

図４は別の実施形態を概略的に示すもので，チャンバからプラズマ放射ビーム８を出力するためのＭｇＦ２ウインドウ６ｂは，プラズマ放射ビームの角度開口を低減（減少）させる機能，またはプラズマ放射光線がウインドウ６ｂを通過するときにその経路を歪ませる収差を低減（減少）させる機能を有するように設計されたレンズである。一般には，ウインドウ６ｂは，メニスカス（meniscus）または別のタイプの整合レンズとして設計される。これは，放射源の輝度を増加させ，光源の寸法を最小化し，その操作の容易さを改善する。

【0055】

光源輝度を高める同様の目的のために，プラズマ放射領域２に中心を有する球面ミラーとして設計されたレトロリフレクタ（retroreflectors）23，24が，図４の光源チャンバ内に載置されている。レトロリフレクタ23および24は，ＭｇＦ２ウインドウ６ｂに対向して配置され，集束レーザビーム３の軸上に配置される。

【0056】

プラズマ放射ビーム中のＣＷレーザ放射の望ましくない存在を排除するために，プラズマ放射ビーム８の方向は，プラズマ放射領域２を通過したＣＷレーザ３のビームの方向と異なっている。この前提条件は，図１，図２，図３，図４に示すようにハウジングが立方体または長方形プリズムとして設計されているチャンバ１の設計において容易に実施され，この場合，ＣＷレーザ３の集束ビームおよび各プラズマ放射ビーム８は，プラズマ放射領域２内において交差する互いに直交する軸上に配置される。

【0057】

この発明の好ましい実施形態では，図１，図２，図４において，ＣＷレーザ３の集束ビームの軸は，垂直上方，すなわち重力に逆らう方向，または垂直に近い方向に向けられている。この提案された設計によってレーザ励起光源放射の出力の最も高い安定性が達成される。これは，典型的には，プラズマ放射領域２が，焦点からＣＷレーザの集束ビーム３に向かって，ＣＷレーザの集束ビーム３の強度が依然としてプラズマ放射領域２を維持するのに十分である集束レーザビームの断面まで，わずかにシフトされるという事実に起因する。ＣＷレーザの集束ビーム３が下から上に向けられることで，最も低い質量密度を有する最も高温のプラズマを含むプラズマ放射領域２が浮力の影響の下で浮遊する傾向がある。プラズマ放射領域２の上昇は，ＣＷレーザの集束ビーム３の断面がより小さくなり，レーザ放射強度がより高くなる，焦点に最も近い位置で終わる。このことは，一方においてはプラズマ放射の輝度を増加させ，他方においてはプラズマ放射領域に作用する力を均等化して，高輝度レーザ励起光源の放射出力の高い安定性を保証する。

【0058】

レーザ励起光源の出力特性の安定性は，プラズマ放射領域２内で加熱されたガスによる浮力の作用下で得られるパルスのサイズによる影響も受ける。ガスによって得られるパルスおよび対流の乱流は，プラズマ放射領域２がチャンバ上壁に近いほど少なくなる。したがって，光源のより安定した出力特性を保証するために，チャンバハウジングの上壁は，プラズマ放射領域２から５ｍｍ以下の距離に配置（位置決め）される。

【0059】

チャンバ内の対流乱流の抑制および光源出力特性の安定性の向上は，チャンバの内部容積を小さくすることによって達成される。この目的のために，この発明の好ましい実施形態では，チャンバ壁，ならびに集束レンズ13およびプラズマ放射ビームを出力するための各ウインドウ６ｂはプラズマ放射領域から５ｍｍ以下の距離に配置（位置決め）される。

【0060】

図５は，この発明による光源のさらなる実施形態を概略的に示している。この実施形態では，チャンバハウジングは，光源の特定の用途に必要とされるいくつかのプラズマ放射ビーム８をチャンバ１から出力するためのいくつかのウインドウ６ｂ，６ｃを含む。

【0061】

好ましくは，ＣＷレーザ４として，光ファイバ25に放射を出力する高効率ダイオード近赤外レーザが用いられる。光ファイバ25の出射口において，広がったレーザビームが，たとえば集光レンズ（collecting lens）の形態のコリメータ26に向けられる。コリメータ26およびダイクロイック偏向ミラー11の後，ＣＷレーザの広がったビームがチャンバ１内に向けられる。光学系であるウインドウ６ａおよび集束レンズ12が，光源の高輝度化を達成するために必要なＣＷレーザのビーム３のシャープな集束を保証する。

【0062】

図５のこの発明の実施形態では，プラズマの点火開始は，Ｑスイッチングモードにおいて第１のレーザビーム28を生成する第１のレーザ27と，フリーランニングモードにおいて第２のレーザビーム30を生成する第２のレーザ29とを含む固体レーザシステムによって提供される。能動要素31を有するパルスレーザは，たとえばフラッシュランプ32の形態の光ポンピング源を備え，好ましくはキャビティの共通ミラー33，34を有する。第１のレーザ27はＱスイッチ35を備えている。

【0063】

図５では，２つのパルスレーザビーム28，30がチャンバ内に向けられ，プラズマ放射領域２の持続を意図して集束される。第１のレーザビーム28はプラズマ点火を開始することまたは光学的破壊を意図している。第２のレーザビーム30はプラズマを作成することを意図しており，その体積および密度はＣＷレーザの集束ビーム３によるプラズマ放射領域２の定常維持のために十分に高い。

【0064】

好ましくは，ＣＷレーザの波長λＣＷは，第１および第２のパルスレーザビーム28，30の波長λ１，λ２と異なる。たとえば，ＣＷレーザの波長はλＣＷ＝0.808μｍまたは0.976μｍとすることができ，パルスレーザは放射波長λ１＝λ２＝1.064μｍを有することができる。これにより，ＣＷレーザ４のレーザビーム36およびパルスレーザビーム28，30を導入するためのダイクロイックミラー11を用いることができる。さらに，チルトミラー37を使用して，図５のパルスレーザビーム28，30を伝達することができる。

【0065】

この発明のこの実施形態は，レーザ点火の信頼性および光源の使いやすさを提供する。プラズマ点火を開始するために電極を使用する光源とは対照的に，チャンバの幾何学的形状を最適化し，チャンバ内の対流の乱流を低減し，光学収差を最小限に抑える可能性が達成される。

【0066】

それ以外では，この実施形態の装置部品は上述の実施形態と同じであるので，図５において同一符号を付し，それらの詳細な説明は省略する。

【0067】

概略的には，提案する発明は，ＶＵＶスペクトル領域の放射スペクトルを拡大し，レーザ励起プラズマ放射源の高い輝度および安定性を保証することを可能にする。

【産業上の利用可能性】

【0068】

この発明にしたがって設計される高輝度，高安定性のレーザ励起光源は，分光化学分析，生物学および医学における生物学的物体のスペクトル微量分析，マイクロキャピラリー液体クロマトグラフィー，光リソグラフィプロセスの検査，分光光度法ならびに他の目的のために，様々な投影システム（projection system）において使用することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】