JP2000019297A

JP2000019297A - Ｘ線光源装置

Info

Publication number: JP2000019297A
Application number: JP10187752A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Nishimura; 靖彦西村; Akira Ishita; 章井下; Hirozumi Azuma; 博純東; Akira Mase; 晃間瀬
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc; Toyota Macs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc; Toyota Macs Inc
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1998-07-02
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｘ線光学系へのデブリの付着を確実に防止し、
高強度の軟Ｘ線を安定して発生できるＸ線光源装置とす
る。【解決手段】ターゲット30とＸ線光学系６との間に、高
分子フィルム70を供給する供給装置51と高分子フィルム
70を回収する回収装置52とを備えた。真空槽１内を浮遊
している飛散粒子は高分子フィルム70に遮蔽されるた
め、Ｘ線光学系６にデブリが付着するのが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高エネルギーのレ
ーザー光をターゲットに照射することによりレーザープ
ラズマ軟Ｘ線を発生させるＸ線光源装置の構造に関す
る。本発明のＸ線光源装置は、Ｘ線リソグラフ、Ｘ線顕
微鏡、ナノ構造解析などの電子及び材料分野に利用され
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、所定のターゲットにレーザービー
ムを照射してＸ線を発生させるＸ線光源装置が知られて
いる。例えばターゲットとして平板状あるいは円柱状の
固体金属を用い、このターゲットの表面にレーザービー
ムを集光させることによって高密度プラズマを生成し、
この自由膨張したプラズマ中から発生するＸ線をＸ線光
学系を介して外部へ導く構造のものが知られている。

【０００３】また近年、10〜 100MW/cm²以上の強度をも
つ高エネルギーのレーザー光が開発され、このレーザー
光を用いてレーザープラズマ軟Ｘ線を発生させる装置が
提案され（特開平7-128500号公報など）、Ｘ線リソグラ
フやＸ線顕微鏡などへの応用が期待されている。しかし
このようなＸ線光源装置では、過熱による不具合を回避
するために数10分以上の間隔をあけて間欠的にレーザー
光の照射を行っているのが現状である。これでは連続的
に軟Ｘ線を取り出すことが困難であるが、近年、特開平
7-94296号公報に開示されているように、波形制御され
たパルス列の固体レーザーを用いることにより、１Hz又
は10Hzの繰り返しでレーザープラズマ軟Ｘ線を発生させ
ることができるようになっている。

【０００４】そして米国特許4,700,371 号などには、テ
ープ形状のターゲットを用いることにより、真空をリー
クすることなく高頻度で繰り返してレーザープラズマ軟
Ｘ線を発生させることが提案されている。ところがレー
ザー光を用いたＸ線光源装置では、ターゲットから燃焼
分解物や破砕物からなる飛散粒子（以下、これをデブリ
という）がＸ線と同時に放出され、広範囲の領域に飛散
する。また10MW/cm²以上の高エネルギーのレーザー光の
場合は、デブリの速度が特に大きくなり、一層広範囲に
飛散する。そしてこのデブリがＸ線光学系に付着する
と、装置から取り出されるＸ線量が減少したり、Ｘ線光
学系の要素を劣化させる場合がある。またテープ形状の
ターゲットを用いるなどして、長時間繰り返してレーザ
ープラズマ軟Ｘ線を発生させる場合には、短時間の間に
多量のデブリがＸ線光学系に付着する。

【０００５】そのため従来のＸ線光源装置では、数十か
ら数千回のレーザー照射毎に装置を常圧に戻し、Ｘ線光
学系やレーザー光学系に付着したデブリを除去してい
る。したがって長時間の連続照射が困難であり、作業性
及び生産性が低いという問題があった。そこで特開平4-
112498号公報、特開平8-194100号公報には、ターゲット
とＸ線光学系との間に高分子フィルムを介在させ、高分
子フィルムを通してＸ線をＸ線光学系へ照射する構成の
装置が開示されている。このようにすれば、デブリは高
分子フィルムに付着して捕捉されるので、デブリがＸ線
光学系に付着するのが防止され、上記不具合が回避され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが高分子フィル
ムにデブリが付着するにつれてＸ線の透過率が低減する
ため、Ｘ線強度が徐々に低下してしまう。したがって高
分子フィルムを定期的に新品と交換する必要があるが、
Ｘ線光源装置を常圧に戻すと長時間の連続照射の達成が
困難となる。

【０００７】また高分子フィルムをテープ状として一対
のリール間に懸架し、一方のリールに巻き取ることで移
動させて常に新しい部分が懸架されるように構成すれば
上記不具合は回避されるが、高分子フィルムに強度が必
要となるため、厚さを厚くすると特定の波長の軟Ｘ線が
高分子フィルムに吸収されるという問題がある。さら
に、デブリのうち微細なものは真空槽内の広範囲に浮遊
するため、高分子フィルムの裏面側に回り込むものも多
い。このような浮遊粒子を上記したような除去手段で除
去することは困難であり、Ｘ線リソグラフ、Ｘ線光電子
分光に用いられるＸ線集光光学素子などの軟Ｘ線光学系
で特に問題となる。

【０００８】また、特開平5-346495号公報には、円盤状
のシリコンウエハーや巻回されたマイラーからなる高分
子フィルムを用いてデブリからＸ線光学系を保護するこ
とが記載されているが、シリコンウエハーの大きさによ
って連続動作時間が異なることや、巻回されたマイラー
では厚さが厚くなるため実用的でないという問題があ
る。

【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、レーザー光を用いたＸ線光源装置におい
て、Ｘ線光学系へのデブリの付着を確実に防止し、高強
度の軟Ｘ線を安定して発生できるＸ線光源装置とするこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項１に記載のＸ線光源装置の特徴は、真空槽と、真空槽
内に配置されたターゲットと、ターゲットにレーザー光
を照射することによりレーザープラズマＸ線を発生させ
るレーザー光源と、発生したＸ線を集光するＸ線光学系
とを備えてなるＸ線光源装置において、ターゲットとＸ
線光学系との間のＸ線光路にＸ線光路と略垂直に厚さ３
μｍ以下の高分子フィルムを供給する供給装置を備えた
ことにある。

【００１１】上記Ｘ線光源装置は、請求項２に記載され
たように、Ｘ線光路に供給された高分子フィルムを回収
する回収装置をさらに備えることが望ましい。また高分
子フィルムとしては、請求項３に記載されたように、ポ
リパラキシレン及びポリプロピレンの少なくとも一種か
ら形成されたものを用いることが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】Ｘ線光学系としては、Ｘ線集光ミ
ラー、Ｘ線分光器、波長選択用フィルタなどが例示され
る。レーザー光としては、強度が10MW/cm²以上のものを
利用することができ、 100MW/cm²以上のものが特に好
ましく、 YAGレーザー、ガラスレーザー、エキシマレー
ザー、CO₂ガスレーザーなどのレーザー光を利用でき
る。 100MW/cm²以上の強度のレーザー光を用いれば、２
〜40nmの波長の軟Ｘ線を効率よく発生させることができ
る。

【００１３】また真空槽の真空度は、10^-10〜10^-3Pa以
下が一般的に用いられる。さらにターゲットとしては、
レーザープラズマ軟Ｘ線を発生させる場合には金属、半
導体、高分子材料、セラミックスなどを用いることがで
きる。このターゲットは平板状、ロッド状、円柱状又は
テープ状などの形状のものが用いられる。特に、テープ
形状として連続的あるいは間欠的にターゲット位置に供
給すれば、ターゲットの交換頻度を低くして常時新しい
ターゲットを供給できるので、長時間の連続運転が可能
となる。

【００１４】Ｘ線光学系へのデブリの付着を抑制するに
は、Ｘ線光学系の近傍でデブリを除去することが最も効
果的である。そこで本発明の最大の特徴は、ターゲット
とＸ線光学系との間に、Ｘ線光路と略垂直に高分子フィ
ルムを供給する供給装置と、好ましくはデブリが付着し
た高分子フィルムを回収する回収装置とを備えたことに
ある。

【００１５】したがって本発明のＸ線光源装置では、真
空槽内を浮遊しているデブリが高分子フィルムに遮蔽さ
れるため、Ｘ線光学系にデブリが付着するのを防止する
ことができる。そして、デブリが付着して汚れた高分子
フィルムは回収装置に回収され、供給装置によって新し
い高分子フィルムがターゲットとＸ線光学系との間のＸ
線光路に配置されるので、Ｘ線の透過率が低下するのが
防止されている。またこの供給装置と回収装置は真空槽
内に配置して駆動できるので、数万回以上のレーザー照
射に対しても装置の真空をリークすることなく長時間の
連続使用が可能となって作業性及び生産性が向上する。

【００１６】高分子フィルムとしてはＸ線の透過率が高
いことが望ましく、ポリプロピレン、ポリパラキシレン
などを用いることが好ましい。また高分子フィルムの厚
さは、0.05μｍから３μｍ以下の範囲とすることが望ま
しい。高分子フィルムの厚さが３μｍより厚くなるとＸ
線透過率が低下し、0.05μｍより薄くなると強度に不足
する。

【００１７】供給装置及び回収装置は、高分子フィルム
の形状によって適宜選択して構成することができる。例
えば金属製や樹脂製などのフレームに高分子フィルムを
保持した構成とすれば、後述の実施例のようなカートリ
ッジを用いて供給装置及び回収装置を構成することがで
きる。

【００１８】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。図１に本実施例のターゲット駆動装置をもつＸ線光
源装置を示す。このＸ線光源装置は、側壁にレーザー光
入射窓10をもつ真空槽１と、真空槽１外部に配置された
集光レンズ２と、真空槽１内部に配置されたターゲット
駆動装置３と、飛散粒子除去装置４と、遮蔽部材５と、
Ｘ線光学系６とから構成されている。

【００１９】真空槽１には図示しない排気装置が接続さ
れ、真空槽１内を10^-4Paまで減圧可能とされている。ま
たレーザー光入射窓10は石英ガラスから形成され、真空
槽１の側壁に真円形状に形成されている。ターゲット駆
動装置３にはターゲット30が保持され、ターゲット30と
レーザー光入射窓10との間には飛散粒子除去装置４にお
いて供給されるポリエチレンフィルム40が、レーザー光
路に対して垂直方向に移動自在に配置されている。

【００２０】集光レンズ２は、真空槽１外部でレーザー
光入射窓10と同軸的に配置されている。そしてターゲッ
ト30のターゲット法線と、レーザー光入射窓10の中心及
び集光レンズ２の中心が同一直線（レーザー光軸）上に
位置し、その延長線上に図示しないレーザー光源が配置
されている。ターゲット駆動装置３は、リール31に巻回
されたテープ状のターゲット30（アルミニウム製）を間
欠的又は連続的にレーザー光集光部に供給する。

【００２１】飛散粒子除去装置４は、断面コ字状のベー
ス41と、ベース41に固定されたモータ42と、モータ42の
回転軸に保持された駆動リール43と、駆動リール43に離
間した位置でベース41に回動自在に保持された従動リー
ル44と、駆動リール43及び従動リール44の間に張設され
たポリエチレンフィルム40と、から構成されている。モ
ータ42の回転軸の軸受け、駆動リール43の軸受け、従動
リール44の軸受けなど、全ての可動部分には、真空グリ
ースもしくは固体潤滑剤が塗布され、真空中における回
転が長時間円滑に行われるように工夫されている。また
モータ42は励起用レーザーの繰り返し周波数に同期して
駆動できるように構成されている。

【００２２】Ｘ線光学系６は、ターゲット30のレーザー
光集光部で発生する軟Ｘ線をレーザー光の光軸に対して
60〜90度傾斜した方向から取り出すように設けられてい
る。さて本実施例のＸ線光源装置において回り込んだデ
ブリがＸ線光学系６に付着するのを防止するための遮蔽
部材５は、ターゲット30のレーザー光集光部で発生する
軟Ｘ線の光路 100に配置され、図２に示すように、内部
に軟Ｘ線が通過する貫通路50が形成されている。そして
貫通路50の両側にはそれぞれ高分子フィルム供給カート
リッジ51及び高分子フィルム回収カートリッジ52が配置
され、モータ53によって直線駆動される直線導入機54が
高分子フィルム供給カートリッジ51に収納されたフレー
ム７を貫通路50へ供給する。

【００２３】図３に示すフレーム７は、樹脂製で断面平
行四辺形に形成され、中央に平均膜厚 0.2μｍのポリプ
ロピレンフィルム70が保持されている。このフレーム７
が貫通路50に配置されることで、軟Ｘ線はポリプロピレ
ンフィルム70を透過してＸ線光学系６に入射されるよう
に構成されている。なお表１に各種高分子フィルムの厚
さと軟Ｘ線透過率との関係を示す。

【００２４】

【表１】Ｘ線リソグラフの光源として有用な波長13nmの軟Ｘ線の
透過率が１％以上を評価基準とすると、厚さが３μｍを
超えると全ての高分子フィルムは用いることが困難であ
り、厚さが１μｍ程度であればポリプロピレン及びパリ
レンが使用可能である。また厚さを 0.2μｍ程度とすれ
ば、全ての高分子フィルムが使用可能である。

【００２５】さらに厚さを１μｍ以下とした場合の高分
子フィルムの強度や耐力を考慮すると、ポリプロピレン
及びポリパラキシレンが好ましい材料と判断されたた
め、本実施例ではポリプロピレンフィルム70を用いてい
る。高分子フィルム供給カートリッジ51及び高分子フィ
ルム回収カートリッジ52には、それぞれスプリング55が
配置され、スプリング55先端には支持板56がそれぞれ保
持されている。そして供給カートリッジ51には、スプリ
ング55を圧縮した状態で複数のフレーム７が積層されて
いる。そして高分子フィルム供給カートリッジ51の端部
側壁にはフレーム７が出入可能な開口57が設けられ、開
口57の反対側の側壁には直線導入機54が出入可能となっ
ている。

【００２６】また高分子フィルム回収カートリッジ52の
端部側壁には、フレーム７が出入可能な開口58が設けら
れている。そして先ずモータ53が駆動されて直線導入機
54が前進すると、高分子フィルム供給カートリッジ51に
収納されていた最前端のフレーム７が押し出されて貫通
路50に位置する。貫通路50には板バネ59が配置され、フ
レーム７は遮蔽部材５の内壁と板バネ59の間に挟持され
る。したがって貫通路50を透過する軟Ｘ線は、必ずフレ
ーム７のポリプロピレンフィルム70を透過する。そして
貫通路50はフレーム７によって隔離されているため、真
空槽１内を浮遊する細かなデブリも貫通路50内にまで進
入することはない。

【００２７】経時の使用によりポリプロピレンフィルム
70にデブリが付着して軟Ｘ線の透過率が低下した場合に
は、一旦原位置に後退した直線導入機54が再び前進され
る。これにより高分子フィルム供給カートリッジ51に収
納されていた最前端のフレーム７’が押し出され、それ
によって貫通路50に位置していた使用済みのフレーム７
が押されて開口58から高分子フィルム回収カートリッジ
52内に収納され、貫通路50には未使用のフレーム７’が
位置する。

【００２８】なお、フレーム７，７’は断面平行四辺形
であるため、フレーム７’によって支持板56又はフレー
ム７を押圧することで、支持板56又はフレーム７を直線
導入機54の押圧方向に対して垂直方向へ、つまりスプリ
ング55を圧縮する方向へ押圧することが可能となってい
る。したがって上記作動を繰り返すことで、高分子フィ
ルム回収カートリッジ52内には使用済みのフレーム７が
次々に集積され、貫通路50には未使用のフレーム７’が
常に配置されることになる。

【００２９】さらに本実施例のＸ線光源装置では、遮蔽
部材５とＸ線光学系６の間に遮蔽板８が介在されてい
る。この遮蔽板８は、図４に示すように中央に透過口80
をもち、透過口80は軟Ｘ線の光路 100に貫通路50と同軸
的になるように配置されている。そして遮蔽部材５とＸ
線光学系６とは、遮蔽板８を介して連結され、Ｘ線光学
系６は透過口80を介してのみ貫通路50とＸ線的に連通し
ている。

【００３０】したがって光路 100を進む軟Ｘ線は、フレ
ーム７のポリプロピレンフィルム70を透過して貫通路50
内に入り、透過口80を透過してＸ線光学系６へ入射され
る。これによりデブリはフレーム７で遮蔽されるため、
Ｘ線光学系６にデブリが進入するのが防止されている。
またデブリが付着して汚れたフレーム７は、遮蔽部材５
に配置された高分子フィルム供給カートリッジ51と高分
子フィルム回収カートリッジ52によって定期的に新品と
交換されるので、交換時にも真空槽１の真空を維持する
ことができ軟Ｘ線を長時間連続して発生させることがで
きる。

【００３１】以上、本発明の実施例について説明した
が、この本発明の実施例には特許請求の範囲に記載した
技術的事項以外に次のような各種の技術的事項の実施態
様を有するものであることを付記しておく。（１）前記Ｘ線光路にはＸ線を透過する貫通路をもつ遮
蔽部材が配置され、前記高分子フィルムは該貫通路に供
給されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線光源装
置。（２）前記貫通路のＸ線出口には遮蔽板が配置されてい
ることを特徴とする請求項１に記載のＸ線光源装置。

【００３２】

【発明の効果】すなわち本発明のＸ線光源装置によれ
ば、Ｘ線光学系へのデブリの付着を確実に防止すること
ができる。また真空槽の真空を長時間維持することが可
能となるため、安定した高強度のＸ線を長時間連続して
発生させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のＸ線光源装置の構成を示す
説明図である。

【図２】本発明の一実施例のＸ線光源装置に用いた遮蔽
部材の断面図である。

【図３】本発明の一実施例のＸ線光源装置に用いたフレ
ームの斜視図である。

【図４】本発明の一実施例のＸ線光源装置に用いた遮蔽
部材と遮蔽板及びＸ線光学系の接続状態を示す説明断面
図である。

【符号の説明】

１：真空槽２：集光レンズ３：
ターゲット駆動装置４：飛散粒子除去装置５：遮蔽部材６：
Ｘ線光学系７：フレーム８：遮蔽板 50：
貫通路 51：高分子フィルム供給カートリッジ 52：高分子フィ
ルム回収カートリッジ 80：透過口 100：Ｘ線光路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西村靖彦愛知県豊田市トヨタ町２番地株式会社トヨタマックス内 (72)発明者井下章愛知県豊田市トヨタ町２番地株式会社トヨタマックス内 (72)発明者東博純愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者間瀬晃愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空槽と、該真空槽内に配置されたター
ゲットと、該ターゲットにレーザー光を照射することに
よりレーザープラズマＸ線を発生させるレーザー光源
と、発生した該Ｘ線を集光するＸ線光学系とを備えてな
るＸ線光源装置において、該ターゲットと該Ｘ線光学系との間のＸ線光路に該Ｘ線
光路と略垂直に厚さ３μｍ以下の高分子フィルムを供給
する供給装置を備えたことを特徴とするＸ線光源装置。
【請求項２】前記Ｘ線光路に供給された前記高分子フ
ィルムを回収する回収装置をさらに備えたことを特徴と
する請求項１に記載のＸ線光源装置。
【請求項３】前記高分子フィルムは、ポリパラキシレ
ン及びポリプロピレンの少なくとも一種から形成された
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線光源装置。