JP2001108799A

JP2001108799A - Ｘ線発生装置、ｘ線露光装置及び半導体デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2001108799A
Application number: JP28756799A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kondo; 洋行近藤; Katsuhiko Murakami; 勝彦村上; Masayuki Shiraishi; 雅之白石; Katsumi Sugizaki; 克己杉崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2001-04-20
Also published as: US6507641B1

Abstract

(57)【要約】【課題】長時間安定してＸ線を発生できるＸ線発生装
置を提供する。【解決手段】同軸状の電極のうち、アノード805電極
の上方に、標的溜まり800に結合されたノズル801がおか
れており、ノズル801からは標的物質である微粒子状の
水酸化リチウムが噴出されるようになっている。微粒子
状の標的物質802がアノード電極805先端部に到達したと
きに、絶縁部材807の表面で発生したプラズマシートが
アノード電極805の先端に到達するようなタイミング
で、アノード電極805−カソード電極806間にパルス電圧
を印加する。このようにすることにより、微粒子状のタ
ーゲット物質を自動的に、しかも断続的に供給できるの
で長時間Ｘ線を発生させ続けることができる。また、微
粒子の速度をモニターして放電のタイミングを制御する
ことにより、強くて安定したＸ線強度を得ることができ
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線顕微鏡、Ｘ線
分析装置、Ｘ線露光装置などのＸ線機器のＸ線源として
用いるのに好適なＸ線発生装置、このＸ線発生装置を使
用したＸ線露光装置、及びこのＸ線露光装置を使用した
半導体デバイスの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】放電プラズマを用いたＸ線源は小型であ
り、Ｘ線量が多く、レーザー生成プラズマを用いたＸ線
源に比べて投入電力のＸ線への変換効率が高く、また、
低コストである。このため、放電プラズマをＸ線源に用
いたＸ線顕微鏡の開発や、Ｘ線露光装置用の放電プラズ
マＸ線源の研究が活発に行われている。

【０００３】このようなＸ線源として例えば、Dense Pl
asma Focus (ＤＰＦ) と呼ばれるものがあり、その概要
がcymer社のインターネットホームページ（http://www.
cymer.com/）中の論文「EUV(13.5nm) Light Generation
Using Dense Plasma FocusDevice」（以下「先行文
献」という）に掲載され、さらには、特開平１０−３１
９１９５号公報（以下「先行特許公報」という）に開示
されている。

【０００４】この方式の概略図を図１０に示す。この方
式では、直流高電圧電源700によってコンデンサーＣ０
に充電された電荷は、サイリスタやＩＧＢＴ素子などか
らなるスイッチ701を閉じることによりコンデンサーＣ
１へ移行する。コンデンサーＣ１に電荷が移行するにつ
れてＣ１の電圧が上昇する。この電圧は、同心状に設け
られたアノード703−カソード702電極間に印加される。
この電圧がピーク電圧に近づいたときに、予備電離光源
（不図示）によりアノード703−カソード702電極間のガ
スを電離すると、電極間の放電が開始される。

【０００５】放電開始直後は過飽和リアクトルＳＲによ
り電極間を流れる電流量が制限され、アノード703−カ
ソード702電極間に配置されている絶縁体704表面で、縁
面放電による均一なプラズマシートが発生する。縁面放
電により発生したシート状のプラズマは、プラズマ中を
流れる電流とそれに伴って発生する磁界との相互作用に
より、アノード電極703の先端方向に移動し、アノード
電極703の先端付近に集まる。そして、アノード電極703
先端に到達したときに、アノード先端部に存在するガス
や、電極材料、又はターゲット物質をプラズマ化すると
ともに、強力な磁場によりプラズマを微少領域に閉じ込
めて加熱する。これにより、プラズマからは、軟Ｘ線領
域の電磁波が輻射される。

【０００６】プラズマシートが電極間を移動中に、ある
いは遅くともプラズマシートがアノード電極703先端に
到達するときまでに可飽和リアクトルＳＲは飽和し、大
電流がアノード703−カソード702間を流れてプラズマを
圧縮、加熱する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来、このような放電
励起方式のＸ線源では、ターゲット材料は電極周囲に存
在している雰囲気ガスや、電極材料、あるいは電極の上
におかれた物質であった。

【０００８】このうち、雰囲気ガスをターゲット材料と
して用いる場合には、以下のような問題点がある。すな
わち、一般に軟Ｘ線は物質による吸収が大きいため、雰
囲気ガスの圧力を高くすることができない。一般にはチ
ャンバー内の雰囲気ガスの圧力は10Torr以下程度とする
必要がある。このため、雰囲気ガスをターゲットとして
用いる場合には、ガス圧が低いのでターゲット物質の密
度が小さく、Ｘ線の発生強度が著しく小さくなる。前記
先行文献では、雰囲気ガスとして0.1TorrのXeと0.2Torr
のArを用いて実験を行っているが、発生したＸ線のスペ
クトルにほとんど違いはなく、Ｘ線発生に起因している
のは電極材料であるタングステン(Ｗ)からのものであ
る。この実験結果からも、実質的に雰囲気ガスをターゲ
ット材料として用いることはできないことがわかる。

【０００９】また、電極をターゲット材料として用いる
場合には、放電によって流れる大電流により、電極が溶
融したり削られたりして、電極形状が変化してしまい、
長時間安定して動作させることができないという問題点
がある。放電により短くなったり変形してしまった電極
は、装置の運転を停止して人手により交換しなくてはな
らず、運転効率が著しく低くなってしまう。さらに、削
られた電極材料が飛散し、周囲におかれた光学部品に付
着して、光学性能（反射率や透過率など）を低下させて
しまう問題も生じていた。

【００１０】一方、アノード電極上にターゲット物質を
置く場合には、電極上におかれた物質からのＸ線スペク
トルを得ることができる。しかし、これまでは電極上に
人手によりターゲット物質を置いて放電させていたた
め、連続して長時間運転することができなかった。ま
た、標的材料として、前記先行文献ではリチウム（Li）
結晶が用いられており、前記先行特許公報ではLi結晶の
他に水素化リチウム(LiＨ)を用いることが提案されてい
るが、どちらの物質も反応性が高く危険であり、取り扱
いが難しい。これらの物質は特に水と激しく反応する。
このため、真空容器を大気圧にしたときに、真空容器内
に残留していたLiやLiＨと大気中の水とが爆発的に反応
する危険がある。

【００１１】従来のＸ線発生装置にはこのような問題点
があるため、このようなＸ線発生装置を線源として用い
たＸ線露光装置にも同様の問題点が生じ、従って、この
ようなＸ線露光装置を用いて半導体デバイスの製造を行
う場合、頻繁にＸ線露光装置を停止しなければならない
ので、製造のスループットが低下してしまうという問題
点があった。

【００１２】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたもので、電極をターゲットとして用いる場
合、電極以外の物質をターゲットとして用いる場合のい
ずれにおいても、長時間安定してＸ線を発生できるＸ線
発生装置を提供すること、電極材料やその周辺部材が大
電流やプラズマにより削られ周囲に飛散したとしても、
光学性能の低下を緩和できるＸ線発生装置を提供するこ
と、取扱に危険のないＸ線発生装置を提供すること、及
びこのような特徴を有するＸ線露光装置を提供するこ
と、スループットの良い半導体デバイスの製造方法を提
供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、電極間に高電圧パルスを印加すること
により、電極材料又は電極近傍に存在する標的物質をプ
ラズマ化し、当該プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発
生装置であって、前記電極材料を連続的、又は断続的に
供給する供給手段を具備したことを特徴とするＸ線発生
装置（請求項１）である。

【００１４】本手段においては、プラズマにより電極が
溶融したり削られたりして侵食されても、侵食された分
に相当する電極材料を新たに、連続的又は断続的に供給
してやることができるので、装置を止めて電極を交換し
たり、電極の位置調整を行ったりする必要がない。よっ
て、装置を長時間に亘って連続運転することができる。
なお、本明細書において「連続的に供給する」とは、あ
る時間に亘って切れ目なく供給することをいい、「断続
的に供給する」とは、ある時間に亘って間隔を置いて継
続的に供給することをいう。両者とも、必ずしも無限時
間に亘って供給を続けることができることを意味せず、
所定時間の間、装置を停止することなく供給できること
を含む概念である。

【００１５】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、プラズマによって侵食される
前記電極の先端位置が略一定となるように当該電極の先
端位置を制御する手段を具備したことを特徴とするＸ線
発生装置（請求項２）である。

【００１６】本手段においては、例えば侵食された電極
の先端位置を検出器により検出し、検出された先端位置
が略一定位置となるように、電極材料の供給量を操作す
る。これにより、プラズマの発生位置、発生条件が一定
となり、長時間に亘って特性の安定したＸ線源とするこ
とができる。なお、「略一定」とは、プラズマの発生位
置、発生条件から許容される範囲で、ある程度の誤差が
許されることを意味するものである。本発明は、例え
ば、位置の許容範囲を定め、その範囲にあるときは何も
アクションを採らず、その範囲外になったとき、範囲内
に入れるようなアクションを採るような場合を含むもの
である。

【００１７】前記課題を解決するための第３の手段は、
電極間に高電圧パルスを印加することにより、電極材料
又は電極近傍に存在する標的物質をプラズマ化し、当該
プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生装置であって、
前記標的材料が液体又は固体からなり、当該標的材料を
連続的又は断続的に供給する供給手段を具備することを
特徴とするＸ線発生装置（請求項３）である。

【００１８】本手段においては、液体又は固体からなる
標的材料が連続的又は断続的に供給される。標的材料が
連続的に供給される場合には、その間連続運転をするこ
とができるので、装置を長時間に亘って連続運転するこ
とができる。プラズマの発生は、パルス的に行われるの
で、標的材料は連続的に供給する必要はなく、断続的に
行えば十分である。この場合にも、装置を長時間に亘っ
て連続運転することができる。なお、標的材料が液体又
は固体であるとは、標的材料である液体又は固体が、気
体によって搬送されて供給される場合をも含むものであ
り、この場合の搬送気体自体が標的材料である場合をも
含むものである。

【００１９】前記課題を解決するための第４の手段は、
電極間に高電圧パルスを印加することにより、電極材料
又は電極近傍に存在する標的物質をプラズマ化し、当該
プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生装置であって、
前記標的材料が気体からなり、当該標的材料を断続的に
供給する供給手段を具備したことを特徴とするＸ線発生
装置（請求項４）である。

【００２０】本手段においても、標的材料を断続的に供
給することにより、装置を長時間に亘って連続運転する
ことができる。

【００２１】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第３の手段又は第４の手段であって、前記供給手段
により供給された前記標的材料が前記電極先端近傍に到
達したとき、又は前記電極先端近傍の標的材料の密度が
所定の密度以上になったときにプラズマが発生するよう
に、又はそれ以前に発生したプラズマが標的材料位置に
到達するように、当該電極間に印加される高電圧パルス
の印加タイミングを制御する同期手段を具備することを
特徴とするＸ線発生装置（請求項５）である。

【００２２】本手段は、前記第３の手段又は第４の手段
において、標的材料が断続的に供給される場合に適用さ
れるものである。本手段においては、標的材料が電極先
端位置近傍位置に到達したこと、又は前記電極先端近傍
の標的材料の密度が所定の密度以上になったこと（気体
の場合）を検出器等により直接又は間接的に検知し、そ
のときにプラズマが発生するように、電極間に印加され
る高電圧パルスの印加タイミングを制御する。また、例
えば、前記ＤＰＦ方式のように、発生したプラズマが移
動して電極先端位置にフォーカスされるような場合に
は、プラズマシートが閉じ込められる微小領域（プラズ
マがフォーカスされる位置）に達したとき、丁度、標的
材料がその微小領域に到達するようにする。このように
すれば、最適な条件で標的材料をプラズマ化できるの
で、発生するＸ線の強度を強くすることができる。

【００２３】なお、「間接的に検知する」とは、直接標
的を検知するのでなく、例えば標的材料の供給を断続的
に制御するバルブの作動タイミングから、標的材料が前
記電極先端近傍に到達したタイミングや、電極先端近傍
の標的材料の密度が所定の密度以上になったことを検知
するようなことをいう。

【００２４】前記課題を解決するための第６の手段は、
電極間に高電圧パルスを印加することにより、電極材料
又は電極近傍に存在する標的物質をプラズマ化し、当該
プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生装置であって、
前記標的物質を超音速ガス流として供給することを特徴
とするＸ線発生装置（請求項６）である。

【００２５】本手段は標的物質が気体である場合に適用
されるものである。これらの標的物質を超音速ガス流と
して供給することにより、標的物質は断熱冷却され、そ
の結果ファン・デル・ワールス力によりガス原子が互い
にくっつきあって大きなクラスター分子となるので、発
生するＸ線の強度を上げることができる。また、超音波
ガス流はノズルから噴出された後でもガス（クラスタ
ー）の広がりが少ないので、前述のＤＰＦ法を使用した
ような場合に、プラズマシートがフォーカスされる位置
でも、高密度の状態を維持でき、その結果、発生するＸ
線の強度を上げることができる。

【００２６】前記課題を解決するための第７の手段は、
電極間に高電圧パルスを印加することにより、電極材料
又は電極近傍に存在する標的物質をプラズマ化し、当該
プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生装置であって、
微粒子状の標的材料をガス中に混入させ、前記電極先端
近傍に送出する送出手段を具備することを特徴とするＸ
線発生装置（請求項７）である。

【００２７】固体状又は液体状の標的材料を使用する場
合、その粒径を小さくし、微粒子状として使用すると、
粒子径が大きい場合に比べて体積に対する表面積が大き
くなるので、全体の温度が上がって高温のプラズマを容
易に得ることができる。また、微粒子個々の孤立したプ
ラズマが形成できるため、熱伝導によりプラズマ温度の
低下を緩和することができる。従って、高温プラズマを
維持でき、Ｘ線強度が高くなる。よって、標的部材を微
粒子状として用いることが好ましいが、この場合、ガス
を搬送手段として電極先端近傍に送出すると、容易に供
給することができる。さらに、プラズマの発生に寄与し
なかった残りの標的部材を、ガス流と共に外部に容易に
排出することができる。キャリヤーガスとしては、使用
するＸ線の波長に対して大きな透過率を持つものを使用
することが好ましい。なお、微粒子としては、比較的大
きな微粒子を単体で用いることもできるし、微細な微粒
子を、微粒子群として用いることもできる。

【００２８】前記課題を解決するための第８の手段は、
電極間に高電圧パルスを印加することにより、電極材料
又は電極近傍に存在する標的物質をプラズマ化し、当該
プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生装置であって、
液滴状、液柱状、微粒子状又は気体状の標的材料を前記
電極先端近傍に集中して送出する送出手段を具備するこ
とを特徴とするＸ線発生装置（請求項８）である。

【００２９】ここに、「電極先端近傍に集中して送出す
る」とは、電極先端近傍を通過し、その他の場所に広が
らないように送出すること、広い送出口から電極先端近
傍に集まるように送出することをいう。電極先端近傍
は、プラズマが発生する位置であり、前記ＤＰＦ法の場
合は、プラズマシートがフォーカスされる位置である。
この位置に標的材料が集中して送出されるため、送出さ
れる材料のほとんどがプラズマの発生に寄与することに
なり、発生するＸ線の強度が高くなる。

【００３０】前記課題を解決するための第９の手段は、
電極間に高電圧パルスを印加することにより、電極材料
又は電極近傍に存在する標的物質をプラズマ化し、当該
プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生装置であって、
前記電極の少なくとも一方から前記標的材料を送出する
送出手段を具備したことを特徴とするＸ線発生装置（請
求項９）である。

【００３１】本手段においては、電極そのものを標的材
料送出手段として用いている。プラズマは電極先端近傍
で発生するので、本手段においては、プラズマ発生部に
効率的に標的部材を送り込むことができる。よって、プ
ラズマ化の効率を高め、Ｘ線強度を高めることができ
る。プラズマが先端近傍で発生する電極、又は発生した
プラズマが先端部にフォーカスされる電極を標的材料送
出手段として用いた場合には、特にその効果が大きい
が、プラズマが先端近傍で発生する電極、又は発生した
プラズマが先端部にフォーカスされる電極以外の電極を
標的材料送出手段として用いた場合でも、プラズマ発生
位置近くから標的材料の送出を行うことができるので、
ある程度の効果が得られる。

【００３２】前記課題を解決するための第１０の手段
は、電極間に高電圧パルスを印加することにより、電極
材料又は電極近傍に存在する標的物質をプラズマ化し、
当該プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生装置であっ
て、前記標的材料として水酸化リチウム(LiＯＨ)の微粒
子、混濁液、溶液又は気体を用いることを特徴とするＸ
線発生装置（請求項１０）である。

【００３３】Li原子はプラズマ化した場合、波長が13.5
nmのＸ線を発生するので、Ｘ線露光装置等のＸ線発生器
として好ましい。しかしながら、Liを単体で用いた場
合、LiＨを用いた場合には、前述のように反応性が高
く、特に大気中の水との反応により爆発する危険があ
る。そこで、本手段においては、標的材料として水酸化
リチウム(LiＯＨ)を用いることにしている。水酸化リチ
ウムの場合には、前述のような危険がない。また、水酸
化リチウムは水溶性の固体であるので、固体のままで
も、また溶媒に溶かして液体としても、加熱して気体と
しても、標的材料として用いることができ好ましい。

【００３４】前記課題を解決するための第１１の手段
は、電極間に高電圧パルスを印加することにより、電極
材料又は電極近傍に存在する標的物質をプラズマ化し、
当該プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生装置であっ
て、前記電極の少なくとも一方の電極、絶縁部材又はプ
ラズマに曝される部分の部材が、利用するＸ線の波長に
対して透過率の高い物質を含む材料からなることを特徴
とするＸ線発生装置（請求項１１）である。

【００３５】前述のように、放電プラズマを用いたＸ線
発生装置においては、プラズマにより電極や絶縁材料、
その他プラズマに曝される部分が、削られたり溶融した
りして飛散し、周囲に置かれた光学部品の表面に付着し
て、光学性能を低下させる。本手段においては、これら
の部材として、利用するＸ線の波長に対して透過率の高
い物質を含む材料を使用しているので、たとえこれらの
物質が光学部材の表面に付着しても、その光学性能の低
下が少なく抑えられる。よって、光学素子を長時間に亘
って交換したり手入れをしたりすることなく連続使用す
ることができ、長時間連続稼動可能なＸ線発生装置とす
ることができる。なお、部材を構成する物質中に、利用
するＸ線の波長に対して透過率の低い物質が同時に含ま
れている場合は、これらの材料を外部に有効に排出又は
排除することができることが好ましい。

【００３６】なお、波長13.5nmのＸ線を使用する場合に
は、透過率の点でSiを用いることが好ましい。電極間の
絶縁材料としては、Si単体で用いることが難しいが、Si
の化合物であるSiＯ₂を使用することができる。プラズ
マ化されたSiＯ₂はSiとＯに分解される。13.5nmのＸ線
のＯに対する透過率は高くないが、Ｏは気体となって排
気系統から放出されてしまうので、光学部材に付着する
ことがない。

【００３７】前記課題を解決するための第１２の手段
は、マスク又はレチクル上に形成されているパターンを
レジストが塗布されているウェハー上に転写するＸ線露
光装置であって、前記第１の手段から第１１の手段のい
ずれかに係るＸ線発生装置を、露光用Ｘ線源として用い
ていることを特徴とするＸ線露光装置（請求項１２）で
ある。

【００３８】本手段においては、Ｘ線発生装置が前記第
１の手段から第１１の手段のいずれかに係るものである
ので、各手段において説明したのと同じ作用効果が得ら
れ、それぞれ、長時間連続運転できるＸ線露光装置、Ｘ
線の発生効率の良いＸ線露光装置、安全性が高いＸ線露
光装置とすることができる。

【００３９】前記課題を解決するための第１３の手段
は、前記第１２の手段であるＸ線露光装置を用いて、マ
スク又はレチクル上に形成されているパターンをレジス
トが塗布されているウェハー上に転写する工程を有して
なることを特徴とする半導体デバイスの製造方法（請求
項１３）である。

【００４０】本手段においては、半導体デバイス製造の
スループットが良い半導体デバイスの製造方法、安全性
の高い半導体デバイスの製造方法とすることができる。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて詳細に説明する。図６は、本発明の実施の形
態の基本構成の１例を示す概要図である。図６では放電
プラズマＸ線源としてDense Plasma Focus (ＤＰＦ)を
用いており、高電圧電源部や真空容器などは省略してあ
る。また、図６では標的材料送出手段としてノズルが用
いられている。

【００４２】同軸状の電極のうち、アノード電極805の
上方に、標的溜まり800に結合されたノズル801がおかれ
ており、ノズル801からは標的物質である微粒子状の水
酸化リチウム(LiＯＨ)が噴出されるようになっている。
噴出された水酸化リチウムの微粒子802はアノード電極8
05の直上に落下するように配置されている。２つの微粒
子位置検出器803、804は、それぞれ落下した水酸化リチ
ウムの微粒子802がその中を通過した時間を検知し、こ
れから微粒子802の速度が求められる。そして、これよ
り微粒子802がアノード電極先端部に到達する時刻が求
められるので、微粒子802がアノード電極805の先端部に
到達したときに、絶縁部材807の表面で発生したプラズ
マシートがアノード電極805の先端に到達するようなタ
イミングで、アノード電極805−カソード電極806間にパ
ルス電圧を印加する。

【００４３】このようにすることにより、微粒子状のタ
ーゲット物質を自動的に、しかも断続的に供給できるの
で長時間Ｘ線を発生させ続けることができる。また、微
粒子の速度をモニターして放電のタイミングを制御する
ことにより、強くて安定したＸ線強度を得ることができ
る。この実施の形態は、請求項３、請求項５、請求項
８、請求項１０に対応するものである。

【００４４】図６においては、標的物質として単体の微
粒子を用いているが、単体の微粒子に代えて、多数の微
粒子からなる微粒子群を用いてもよい。微粒子群を用
い、その分だけ微粒子の径を小さくすることにより、前
述のように高温のプラズマを得ることができ、その分Ｘ
線の強度を上げることができる。たとえば水酸化リチウ
ムや錫(Sn)あるいは酸化錫(SnＯ₂)などの微粒子や微粒
子群を用いてもよい。また、標的物質として固体でなく
液体、又は液体と固体の混濁液を用いることもできる。

【００４５】図７は、本発明の実施の形態の基本構成の
他の例を示す概要図である。図７でも放電プラズマＸ線
源としてDense Plasma Focus (ＤＰＦ)を用いており、
高電圧電源部は省略してある。アノード電極901は絶縁
部材903及び接触子914を貫通しており、絶縁部材904を
介して直線ステージ905によりアノード電極901を押し出
すことができるようになっている。接触子914とアノー
ド電極901とは電気的に導通しており、接触子914が電源
（不図示）に接続されている。また、カソード電極902
は真空容器900に接地されている。

【００４６】アノード電極901の先端位置はＣＣＤカメ
ラ911により常時あるいは定期的にモニターされてい
る。照明用光源906から発せられた光は照明用レンズ90
7、窓908を介してアノード電極901を照明する。照明光
のアノード電極透過光あるいは反射光は、窓909を通過
した後、対物レンズ910によりＣＣＤカメラ911上に拡大
され結像される。ＣＣＤカメラ911の映像はフレームメ
モリ912により取り込まれ、さらにコンピュータ913に取
り込まれる。

【００４７】予め運転開始前のアノード電極901の像を
コンピュータ913内に取り込んでおく。運転中は常時あ
るいは定期的にアノード電極901像をコンピュータ913内
に取り込み、運転開始前のアノード電極901の像と比較
する。比較の結果、アノード電極901の先端位置が許容
範囲を超えていたならば、直線ステージ905を駆動しア
ノード電極901の先端が所定の位置に来るようにする。

【００４８】このようにすることにより、アノード電極
901を連続的又は断続的に供給することができるので、
放電によりアノード電極901が削られてきても、従来の
ように装置の運転を止めて短くなった電極を交換する必
要がなく、運転効率が向上する。また、アノード電極90
1の先端位置が常に同じ場所に保持されるので、放電が
安定してＸ線強度が安定すると共に、Ｘ線発生位置の変
動も低減することができる。この実施の形態は、請求項
１、請求項２に対応している。

【００４９】図１に、本発明の実施の形態であるＸ線発
生装置の第１の具体的な構成の概要を示す。本実施の形
態においては、放電プラズマＸ線源として図６に示した
様式のDense Plasma Focus(ＤＰＦ)を用いている。すな
わち、アノード電極107とカソード電極106の間に高電圧
のパルスを印加すると絶縁部材109の表面からプラズマ
シートが発生し、電極間を上昇して、アノード電極107
の先端部にフォーカスされるようになっている。なお、
ＤＰＦの電源部は省略してある。真空容器100及び101内
は真空排気装置124により、プラズマから輻射されたＸ
線が吸収されて著しく減衰してしまわないような圧力
（例えば10 Torr以下）にまで減圧されている。

【００５０】本実施の形態では標的材料送出機構として
ノズル103を用い、標的材料108を真空容器内に噴出させ
ている。ノズル103の内径は約10μｍで、その付け根に
はピエゾ振動子104が取り付けられている。そして、こ
のピエゾ振動子104によって約1MHzの周波数の微少な振
動をノズル103に与えることにより、ノズル先端から噴
出する標的材料108は液滴状とされている。

【００５１】本実施の形態では標的材料108として水酸
化リチウム(LiＯＨ)水溶液を用いており、水酸化リチウ
ムの水溶液120が標的溜まり119に入れられている。標的
溜まり119には窒素ガスボンベ（不図示）がつながれて
おり、これにより標的溜まり119には約10気圧の圧力が
かけられ、水酸化リチウムの水溶液120をノズル103の方
に押し出している。

【００５２】本実施の形態ではプラズマ中のリチウムイ
オンから発せられる13.5nmの線スペクトルを後段のＸ線
光学系で利用している。液滴状の標的材料108がアノー
ド電極107の直上に落下するようにノズル103およびアノ
ード電極107の位置が決められている。カソード電極106
は真空容器100に取り付けられ、絶縁部材109を介してア
ノード電極107を保持している。

【００５３】検出器105は、その中を標的材料108が通過
すると信号を発する。この信号は制御装置（不図示）に
入力されている。制御装置は、この信号に基づいて、標
的材料108がアノード電極107の先端に到達したときにプ
ラズマシートもアノード電極107の先端に到達するよう
に、ピエゾ振動子の振動周波数や放電スイッチのトリガ
ー周波数とトリガータイミングを微調整している。

【００５４】アノード電極107は筒状になっており、プ
ラズマ生成に寄与しなかった標的材料108は、アノード
電極107の中を通過してトラップ110内に落下する。トラ
ップ110、111は、冷却ステージ114、熱伝導体113を介し
て、液体窒素が入れられている冷却槽115により冷却さ
れており、トラップ110内に落下してきた標的材料108
（水酸化リチウム）は、即座に冷却されて固化する。固
化した水酸化リチウムの蒸気圧は十分に低いので真空容
器内の圧力を低い状態に保持することができる。

【００５５】トラップは真空容器内に２つ（110、11
1）、予備室102に１つ（112）おかれている。真空容器
内の２つのトラップのうち１つ（110）は標的材料の固
化に使用されているが、もう一つのトラップ（111）は
冷却されているだけである。トラップ110内に固化した
水酸化リチウムが溜まったならば、トラップ110を予備
室102内に移すとともに、トラップ111を標的材料固化用
に使用し、予備室102にあったトラップ112をトラップ11
1のあった位置に持ってきて冷却を開始する。

【００５６】なお、当然のことであるが、トラップを予
備室に移動させる際には予め予備室内は真空ポンプによ
り予め排気され、予備室102内が真空になった段階で、
ゲートバルブ117をあけてトラップの移動を行う。こう
することにより、真空容器100及び101内の真空度を悪化
させずに作業を行うことができる。予備室102内に運ば
れたトラップはゲートバルブ117を閉めた後、予備室102
内を大気圧に戻し、ゲートバルブ123を開けた後、ヒー
ター121により加熱される。このようにして、固化したL
iＯＨを液体に戻し、容器122内に溜めた後、ポンプ116
により配管118を通して標的溜まり119に戻す。

【００５７】以上のように標的材料の回収・循環手段を
具備することにより、連続的に標的物質を供給でき安定
したＸ線強度を得ることができる。また、アノード電極
部のところを液滴が通過するため、放電によって加熱さ
れたアノード電極を冷却することも可能である。本実施
の形態は、請求項３、請求項５、請求項８、請求項１０
に対応している。

【００５８】上述の実施の形態では標的材料に水酸化リ
チウムの水溶液を用いているが、これに限らず、プラズ
マ化されることにより目的とする波長のＸ線を発生する
ものであれば、どのような液体であってもよい。また、
液体中に固体微粒子を混ぜた混濁液であってもよい。た
とえば、エタノール中に水酸化リチウムの微粒子を混ぜ
たものであってもよい。また、液体は常温で液体である
もののみならず、加熱あるいは冷却した状態で液体とな
るものを、加熱あるいは冷却することによって液体化し
たものでもよい。

【００５９】また、液滴を生成するのにノズル103を振
動させているがこれに限らず、どんな方法で液滴を生成
してもよい。また、生成したプラズマシートが上方に移
動し、アノード電極107の上端付近でフォーカスされる
ようにし、液滴がその位置を通過したときにプラズマ化
されるようにしているが、図１においてアノード電極10
7、カソード電極106、絶縁部材109で構成されている部
分の上下を反転させて、図１におけるＡ側を上側とし、
こちら側から液滴がアノード107中を通過するようにし
て、液滴がアノード電極107から外に出るときにプラズ
マ化されるようにしてもよい。また、この場合には液滴
を形成するノズル103がアノード電極となるように、プ
ラズマ発生部を形成するようにしてもよい。このように
することにより、請求項９にも対応する実施の形態とす
ることができる。

【００６０】本実施の形態では、プラズマ生成に寄与し
なかった液滴を冷却して固化しているが、もし、標的材
料の蒸気圧が液体の状態で真空容器100や101内の圧力よ
りも低ければ、液体の状態で循環させてもよい。また、
本実施の形態では、検出器105により標的微粒子の検出
を行い、標的材料が電極先端に到達するタイミングとプ
ラズマがフォーカスするタイミングの同期をとっている
が、標的微粒子が送出される周期が安定している場合に
は、このような標的材料を検出する手段を特別設けなく
てよい。

【００６１】図２に、本発明の実施の形態であるＸ線発
生装置の第２の具体的な構成の概要を示す。この実施の
形態においては、前記図１に示した実施の形態と同様に
ＤＰＦを用い、液体状の標的材料を用いている。すなわ
ち、カソード電極204は真空容器200に取り付けられ、絶
縁部材207を介してアノード電極205を保持している。ア
ノード電極205とカソード電極204の間に高電圧のパルス
を印加すると絶縁部材207の表面からプラズマシートが
発生し、電極間を上昇して、アノード電極205の先端部
にフォーカスされるようになっている。なお、ＤＰＦの
電源部は省略してある。真空容器200及び201内は真空排
気装置222により、プラズマから輻射されたＸ線が吸収
されて著しく減衰してしまわないような圧力（例えば10
Torr以下）にまで減圧されている。

【００６２】標的材料は、図１に示した実施の形態とは
異なり、ノズルから液滴としてではなく、連続的に噴出
され液柱状となっている。そして、標的材料206がアノ
ード電極205の直上に落下するようにノズル203およびア
ノード電極205の位置が決められている。

【００６３】本実施の形態ではターゲット材料にキセノ
ン(Xe)を使用している。バルブ227、228は閉じられてい
る。この状態で、バルブ225、226を開けて、ターゲット
溜り217内にボンベ223からキセノンガスを20〜30気圧で
供給するとともに、ターゲット溜り217を、熱伝導体220
を介して液体窒素が入れられた冷却槽216により約170Ｋ
〜200Ｋに冷却する。そうするとキセノンガスは液化
し、ターゲット溜まり217内に液化キセノン218として蓄
積される。

【００６４】液化されたキセノンは内径10μｍのノズル
203から噴出される。液化キセノンは表面張力が小さい
ため、図１に示した実施の形態におけるような液滴には
ならず、連続的に噴出する液柱206となる。そして、こ
の液柱にＤＰＦ電極からのプラズマが到達したときに、
標的材料である液化キセノンがプラズマ化され、Ｘ線を
放出する。

【００６５】図１に示した実施の形態と同様に、プラズ
マ化されなかった液化キセノンの液柱206はアノード電
極205の中心を通り、真空容器201内のトラップ208内に
落下する。トラップ208、209は、熱伝導体211を介して
液体窒素貯蔵槽213内の液体窒素により冷却されている
冷却ステージ212上に保持されて冷却されている。よっ
て、トラップ208内に落下した液化キセノンは直ちに固
化する。

【００６６】トラップ208内が固化したキセノンで満た
されたならば、予備室202を真空にした後、ゲートバル
ブ215を開とし、トラップ208を予備室202に移動して、
あらかじめ冷却されていたトラップ209を標的材料固化
用に使用する。また、予備室202にあったトラップ210を
トラップ209のあった位置に持ってきて冷却を開始す
る。予備室内に移動されたトラップ208は、ゲートバル
ブ215を閉じた後、ヒーター219により加熱し、固化して
いたキセノンを蒸発させる。

【００６７】ガスとなったキセノンは、バルブ221を通
った後、コンプレッサー214により圧縮され、配管を通
ってボンベ224に蓄積される。運転を続けて、ボンベ223
のキセノンガスがなくなったならばバルブ225、226を閉
じ、バルブ227、228を開けて、ボンベ224からキセノン
を供給すると共に、ボンベ223を回収用のボンベとして
使用する。上述の作業を繰り返すことにより、長時間運
転を続けることができる。

【００６８】本実施の形態では常温で気体であり、しか
も反応性の低い希ガスを用いているため、プラズマ生成
に伴いターゲット材料が飛散した場合でも、プラズマ周
辺におかれた光学素子を汚染することはない。また、本
方式では標的材料が液柱状であるため、液滴の場合のよ
うに、標的材の生成と電極に印加するパルスとの同期を
とる必要がないので、装置構成がより単純になる。本実
施の形態は、請求項３、請求項８に対応する。

【００６９】本実施の形態ではキセノンをターゲット材
料に使用したが、これに限るものではない。たとえば、
クリプトン(Kr)や酸素(Ｏ)ガス、酸素の化合物ガス、フ
ッ素(Ｆ)ガス、フッ素の化合物ガスなどであってもよ
い。XeやKrは波長11nm近傍にピークをもち、波長9〜15n
mにわたって連続的なスペクトルを発する。また、酸素
は13nmや15nmに、フッ素は14nmに強いラインスペクトル
を持つので、これらの標的材料を用いて、Mo/SiやMo/Be
などの多層膜ミラーを用いた縮小露光装置の光源に適し
ている。

【００７０】また、生成したプラズマシートが上方に移
動し、アノード電極205の上端付近でフォーカスされる
ようにし、液柱206がその位置を通過したときにプラズ
マ化されるようにしているが、図２においてアノード電
極205、カソード電極204、絶縁部材207で構成されてい
る部分の上下を反転させて、図２におけるＡ側を上側と
し、こちら側から液柱206がアノード205中を通過するよ
うにして、液柱206がアノード電極205から外に出るとき
にプラズマ化されるようにしてもよい。また、この場合
には液柱を形成するノズル203がアノード電極となるよ
うに、プラズマ発生部を形成するようにしてもよい。こ
のようにすれば、請求項９にも対応するものとすること
ができる。

【００７１】図３に、本発明の実施の形態であるＸ線発
生装置の第３の具体的な構成の概要を示す。本実施の形
態でもＤＰＦ型の放電プラズマＸ線源が用いられてい
る。本実施の形態ではアノード電極が超音速ノズルを兼
ねている。すなわち、超音速ノズルであるアノード電極
301はモリブデン(Mo)でできている。アノード電極301の
一方の端には導電性の部材304が取り付けられており、
アノード電極301への電流の供給はここから行われてい
る。カソード電極302も同様にモリブデン(Mo)で作られ
ており、カソード電極302は真空容器300に接地されてい
る。アノード電極301とカソード電極302の間に高電圧の
パルスを印加すると絶縁部材303の表面からプラズマシ
ートが発生し、電極間を上昇して、アノード電極301の
先端部にフォーカスされるようになっている。なお、Ｄ
ＰＦの電源部は省略してある。

【００７２】また、アノード電極301は絶縁板305を介し
てパルスバルブ306に接続されており、パルスバルブはX
eガスのボンベ313、314に接続されている。バルブ317、
318は閉じられ、バルブ315、316は開けられていて、Xe
ガスはボンベ314から供給されている。このとき、パル
スバルブの背圧は30気圧である。制御装置（不図示）か
らノズル駆動装置（不図示）にトリガー信号が入力され
約１msだけパルスバルブ306が開き、Xeガスがノズル
（アノード電極）301から噴出する。ノズル301はラバル
ノズルであり、ガスは超音速のガス流307となって噴出
する。

【００７３】真空中に噴出したガスは断熱膨張により冷
却され、ファン・デル・ワールス力によりXeガス原子が
互いにくっつきあい、大きなクラスター分子となる。ま
た、超音速ガス流であるためノズルから噴出された後で
もガス（クラスター）の広がりが少なく、プラズマがフ
ォーカスする位置でも高密度の状態を維持できる。

【００７４】パルスバルブ306が開いてから数100μｓ後
にノズル301先端部のガス密度がピークになるので、こ
の時にプラズマがアノード電極301の先端でフォーカス
するように、制御装置（不図示）からスイッチング素子
にトリガー信号が出力される。

【００７５】ノズル301から噴出されたXeガスの大部分
はノズル301の対向位置に置かれているガス収集部材30
8、バルブ320を介して排気装置310により排出される。
残りの部分は真空容器300内のガスを排気している排気
装置311により、バルブ319を介して真空容器外に排出さ
れる。排出されたXeガスはコンプレッサー312により圧
縮され、ボンベ313に蓄積される。運転を続けて、ボン
ベ314のキセノンガスがなくなったならばバルブ315、31
6を閉じ、バルブ317、318を開け、ボンベ313からキセノ
ンを供給するとともにボンベ314を回収用として使用す
る。上述の作業を繰り返すことにより、長時間運転を続
けることができる。

【００７６】ガス噴出方向に直交する位置にMo/Siから
なる多層膜ミラー309が配置されており、プラズマから
輻射されたＸ線のうちMo/Siの周期構造によって決まる
波長13.5nmのＸ線のみが反射され、後段の光学系へ導か
れている。

【００７７】本実施の形態によれば、超音速ノズルによ
りプラズマフォーカス部に高密度ガスを供給できるの
で、電極周辺の薄い雰囲気ガスを使用する従来の方式に
比べて、強力なＸ線を発生させることができる。また、
アノード電極部に高速ガスが流れるので、放電により発
生した飛散粒子を下流方向に吹き飛ばすことができる。
このため、ガス流に対して直交方向に配置された光学素
子への飛散粒子付着量を低減することもできる。さら
に、放電により加熱されたアノード電極を高速ガス流に
より冷却する効果もある。

【００７８】本実施の形態ではアノード電極，カソード
電極ともモリブデン(Mo)で作られている。Moはおおよそ
波長6〜14nmの範囲で透過率がＷの透過率に比べて圧倒
的に高い。しかもMoは多層膜の構成元素の一つであるた
め、電極が放電により削り取られて飛散し、光学素子上
に付着したとしても透過率の低下は小さく、より長時間
運転を続けることができる。一般に、多層膜は反射する
Ｘ線に対して屈折率の高い物質と、透過率の高い物質の
組み合わせになっているので、本実施の形態のように多
層膜ミラーに用いられている透過率の高い物質により電
極やその周辺部材を構成すれば、これらの飛散粒子が多
層膜ミラーに付着・堆積しても反射率の低下を低減する
ことができる。

【００７９】また、最初のプラズマシートが生成される
アノード−カソード間の絶縁板303は石英ガラス(SiＯ₂)
でできている。よって、アノード−カソード間の縁面放
電によりSiＯ₂上で発生したプラズマシートがSiＯ₂の表
面を削り取り、光学素子上に付着したとしても、SiはＬ
吸収端である12.4nmよりも長波長側で透過率が高いの
で、反射波長13.5nmに対する減衰は小さく、長時間運転
しても反射率の低下は少ない。SiＯ₂はプラズマ及びプ
ラズマから輻射される紫外光やＸ線により、そのほとん
どがSiと酸素に分解される。分解された酸素は酸素分子
(Ｏ₂)や酸素の化合物（ＣＯ₂など）となって真空容器外
に排出されるのでミラー上にはほとんど堆積しない。

【００８０】電極や絶縁部材あるいはプラズマに曝され
る部材に使用される材料としては、本実施の形態で述べ
たものに限らず、利用するＸ線の波長に応じて透過率の
高い適当な材料を選んで使用することができる。たとえ
ば、利用するＸ線の波長域がおおよそ5〜10nmであれ
ば、硼素(Ｂ)、Ｋ、Ca、Cl、Ｓ、Ｐ、Ｙ、Zr、Nb、Mo、
Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Te、Sn、Sb、Te、Ｉ、C
s、Baを、波長域がおおよそ10〜20nmであれば、Be、
Ｐ、Ｓ、Al、Si、Ｋ、Ca、Rb、Sr、Ｙ、Zr、Nb、Mo、T
c、Ru、Rh、Cs、Ba、La、Ce、Smを、波長域がおおよそ2
0〜40nmであれば、Li、Ｋ、Ca、Mg、Al、Ｓ、Cl、Rb、S
r、Ｉ、Te、Sb、Cs、Baなどを選べばよい。

【００８１】電極や絶縁部材あるいはプラズマに曝され
る部材は上にあげた材料単独で作られていてもよいし、
他の物質との混合物や化合物であってもよい。ただし、
これら他の物質が使用するＸ線の波長に対して高い吸収
率を有するものである場合は、これらの物質が真空容器
内から排出されるようになっている必要がある。また、
電極や絶縁部材あるいはプラズマに曝される部材の全体
がこれらの材料によって構成されていてもよいし、他の
材料（例えばステンレスやタングステンなど）で形成さ
れた部材の上に、上述の物質を含む物質をコートしても
よい。

【００８２】また、本実施の形態では常温のXeガスを供
給しているが、Xeガスを冷却して使用してもよい。供給
するガスの温度を下げることにより、生成されるクラス
ター分子の大きさが大きくなるので、プラズマフォーカ
ス部でのターゲット原子数密度が高くなり、Ｘ線強度が
増加する。また、アノード電極の冷却にとってもより効
果的である。本実施の形態は、請求項４、請求項５、請
求項６、請求項８、請求項９、請求項１１に対応するも
のである。

【００８３】本実施の形態においては標的材料はガス状
のものであるが、ガス中に固体微粒子や液体微粒子を混
入させノズルから噴出させてもよい。例えば、リチウム
(Li)、水素化リチウム(LiＨ)、水酸化リチウム(LiＯＨ)
やフッ素化リチウム(LiＦ)、錫(Sn)、酸化錫(SnＯ₂)、
Ｈ₂Ｏ（氷）、ドライアイス(ＣＯ₂)、有機物微粒子（例
えばラテックス球など）、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アル
ミニウム(Al)、鉄(Fe)、セラミックスなどの固体微粒子
や水(Ｈ₂Ｏ)、アルコール、液化希ガス（液化キセノ
ン、液化クリプトンなど）、液化窒素などの液体をガス
中に混入させて噴出させてもよい。このようにすれば、
請求項７に対応するものとすることができる。

【００８４】液体をガスに混合して噴出させる場合、霧
状になってノズルから噴出される。Liは13.5nmに強い線
スペクトルの発光があり、Snは13nm付近を中心に強いバ
ンドスペクトルがあるため、13nmのＸ線を用いたＸ線縮
小露光用の光源に適している。微粒子を混入させるガス
は、単に微粒子の搬送用として用いるのであれば、発生
したＸ線を吸収しないように、ヘリウム(He)のようなＸ
線の吸収の小さなガスを用いるのが好ましい。一方、搬
送ガスもＸ線発生用の標的材料として用いるならば、利
用しようとしている波長のＸ線を放出する物質を用いる
のが好ましい。例えば、波長11〜13nmの領域のＸ線を用
いるのであれば、搬送ガスとして、この領域にスペクト
ルを有するキセノン(Xe)やクリプトン(Kr)を用いればよ
い。

【００８５】本実施の形態ではノズルにラバルノズルを
使用しているが、ノズルの形状はこれに限らずコニカル
型のような他の形状であってもよい。また、本実施の形
態では超音速流を用いているが、プラズマフォーカス部
で十分な標的材料密度を確保できるならば、音速ノズル
を用いてもよい。

【００８６】また、本実施の形態ではパルスバルブによ
る標的ガスをパルス的に噴出させているが、連続的に噴
出するようにしてもよい。特に、放電の繰り返しが数ｋ
Hz以上の場合にはパルスバルブの駆動が困難になるの
で、連続噴出の方が適している。また、ノズル駆動と放
電との間で同期を取る必要もなくなるので装置構成が簡
便になる利点もある。

【００８７】図４に、本発明の実施の形態であるＸ線発
生装置の第４の具体的な構成の概要を示す。この実施の
形態においては、前記図１〜図３に示した実施の形態と
同様にＤＰＦを用いているが、アノード電極自体を標的
として用いている点が異なっている。すなわち、カソー
ド電極402は真空容器400に取り付けられ、絶縁部材403
を介してアノード電極401を保持している。アノード電
極401とカソード電極402の間に高電圧のパルスを印加す
ると絶縁部材403の表面からプラズマシートが発生し、
電極間を上昇して、アノード電極401の先端部にフォー
カスされるようになっている。なお、ＤＰＦの電源部は
省略してある。そして、アノード電極401の先端部をプ
ラズマ化し、その部分からＸ線を発生させる。

【００８８】本実施の形態においては、長期間の放電に
より電極が削られて、電極の長さが短くなる場合に、常
に電極長が一定になるように調整する機構が設けられて
いる。すなわち、本実施の形態ではリチウム製のアノー
ド電極401の下にアノード電極401と同じ材料(Li)を溶融
するための炉406が設けられている。アノード電極401の
先端位置はＣＣＤカメラ409により常時あるいは定期的
にモニターされている。照明用光源412から発せられた
光は照明用レンズ413、窓414を介してアノード電極401
を照明する。照明光のアノード電極透過光あるいは反射
光は、窓415を通った後、対物レンズ416によりＣＣＤカ
メラ409上に拡大され結像される。ＣＣＤカメラ409の映
像はフレームメモリ410により取り込まれ、さらにコン
ピュータ411に取り込まれる。

【００８９】まず、運転開始前のアノード電極401の像
をコンピュータ内に取り込んでおく。運転中は常時ある
いは定期的にアノード電極401の像をコンピュータ内に
取り込み、運転開始前のアノード電極像と比較する。比
較の結果、アノード電極401の先端位置が許容範囲を超
えていたならば、炉406に取り付けられているヒーター4
07に電流を供給し炉406内のリチウムを溶融する。リチ
ウムの融点は179℃である。リチウムが溶けたらバルブ4
08を開けて配管404より窒素ガスを炉406内に導入し、そ
の圧力により、溶融したリチウムをアノード電極401方
向（図４の上方）に押し出す。炉406とアノード電極401
の間には電極の形状を決める成型部405がある。

【００９０】成形部405は冷却水（不図示）により冷却
されており、溶融されたリチウムがここを通過するとき
にアノード電極の形状に整形されて電極401の方向に移
動する。ＣＣＤカメラ409による観察により所定の位置
にアノード電極が到達したことが確認されたならば、バ
ルブ408を閉じて窒素ガスによる加圧をやめ、アノード
電極の移動を停止する。

【００９１】このようにすることにより、アノード電極
を連続的又は断続的に供給することができるので、従来
のように装置の運転を止めて放電によって短くなった電
極を交換する必要がなく、運転効率が向上する。また、
アノード電極先端位置が常に同じ場所に維持されるの
で、放電が安定してＸ線強度が安定すると共に、Ｘ線発
生位置の変動も低減することができる。本実施の形態
は、請求項１、請求項２に対応する。

【００９２】本実施の形態ではアノード電極の照明がク
リティカル照明になっているが、これはケーラー照明で
あってもかまわない。また、本実施の形態では、アノー
ド電極像を観測することによりアノード電極先端位置を
求め、これを制御していたが、この方法に限らず、触針
式のセンサーや非接触式のセンサー（レーザー変位セン
サーなど）等を用いて、アノード電極先端位置の計測を
行ってもよい。この方法では、アノード電極位置が測定
器により直接求められるので、計測系が単純になる利点
がある。

【００９３】本実施の形態ではアノード電極にリチウム
を用いているが、これに限らず、所定の波長のＸ線を発
生する材料で、電極として使用できるものであれば、ど
のような材料の電極であってもよい。また、本実施の形
態では、電極の移動機構はアノード電極だけに設けられ
ているが、カソード電極に設けてもよいし、両方に設け
てもよい。

【００９４】図５に、本発明の実施の形態の１例である
Ｘ線露光装置の概要を示す。このＸ線露光装置は、Ｘ線
発生装置として、図３に示したものと同様なＸ線発生装
置を使用している。図５において、放電プラズマＸ線源
に高電圧パルスを印加する電源部及び放電プラズマＸ線
源の詳細は省略してある。また、ガスの回収及び循環装
置についても省略している。

【００９５】図３に示した実施の形態と同様に超音速ノ
ズルを兼ねているアノード電極はモリブデン(Mo)ででき
ており、絶縁板を介してカソード電極及びパルスバルブ
に接続されている。そしてこれらが、ＤＰＦ電極部501
を構成している。カソード電極は支柱502により真空容
器500に固定されている。

【００９６】パルスバルブは配管及びフィードスルーを
介してキセノンボンベ（不図示）に接続されており、パ
ルスバルブの背圧は30気圧である。アノード電極に対向
する位置にはガス回収用のロート状収集部材504が取り
付けられており、これによりアノード電極から噴出され
たキセノンガスが、効率的に真空容器500外に排出され
ている。これとは別に真空容器内部は排気装置により排
気されており、これら２つの排気装置により排出された
ガスはコンプレッサーにより圧縮され回収し再利用され
る。ノズル先端部のガス密度がピークになる時にプラズ
マがアノード先端でフォーカスするように、制御装置か
らパルスバルブ及びスイッチング素子にトリガー信号が
出力される。

【００９７】ガス回収用の収集部材504を取り囲むよう
に、Mo/Si多層膜をコートした回転放物面ミラー503が配
置されている。このMo/Si多層膜は反射波長が13.5nmに
なるように多層膜の周期長が決定されている。放電プラ
ズマから輻射されたＸ線はこの多層膜回転放物面ミラー
503に入射し波長13.5nmのＸ線505のみが反射され、厚さ
0.15nmのジルコニウム(Zr)からなる可視光カットＸ線透
過フィルター506を透過後、真空容器512中の照明光学系
507に入射する。

【００９８】照明光学系507により照明領域を円弧状に
整形し、ＩＣ回路パターンが形成されている反射マスク
508を照明する。反射マスク508で反射したＸ線は、ミラ
ー509及び投影光学系510を介して、1/4に縮小された反
射マスク508状のパターンの像を、レジストが塗布され
たシリコンウェハー511上に結像する。このとき、ウェ
ハー511と反射マスク508は移動ステージ（不図示）上に
取り付けられ、これらステージは同期してスキャンでき
るようになっていて、25×25mm角のＩＣチップ全面を露
光できるようになっている。この露光装置により、レジ
スト上で0.07μｍL/SのＩＣパターンが露光できるよう
になっている。この実施の形態は、請求項４、請求項
５、請求項６、請求項８、請求項１２に対応する。

【００９９】以上説明した各実施の形態においては、い
ずれも、放電プラズマＸ線源として、Dense Plasma Foc
us (ＤＰＦ)を用いているが、本発明における放電プラ
ズマＸ線源は、ＤＰＦに限らず、電極間の放電によって
プラズマを生成しＸ線を発生させるものであれば、どの
ような形態の放電プラズマＸ線源であってもよい。

【０１００】以下、本発明に係る半導体デバイスの製造
方法の実施の形態の例を説明する。図８は、本発明に係
る半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャート
である。この例の製造工程は以下の各主工程を含む。ウェハを製造するウェハ製造工程（又はウェハを準備
するウェハ準備工程）露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程（又
はマスクを準備するマスク準備工程）ウェハに必要な加工処理を行うウェハブロセッシング
工程ウェハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動
作可能にならしめるチップ組立工程できたチップを検査するチップ検査工程なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程から
なっている。

【０１０１】これらの主工程の中で、半導体のデバイス
の性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェハプロセッ
シング工程である。この工程では、設計された回路パタ
ーンをウェハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動
作するチップを多数形成する。このウェハプロセッシン
グ工程は以下の各工程を含む。絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、あるいは電極部を
形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤや
スパッタリング等を用いる）この薄膜層やウェハ基板を酸化する酸化工程薄膜層やウェハ基板等を選択的に加工するためにマス
ク（レチクル）を用いてレジストのパターンを形成する
リソグラフィー工程レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエ
ッチング工程（例えばドライエッチング技術を用いる）イオン・不純物注入拡散工程レジスト剥離工程さらに加工されたウェハを検査する検査工程なお、ウェハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り
返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造す
る。

【０１０２】図９は、図８のウェハプロセッシング工程
の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャート
である。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含
む。前段の工程で回路パターンが形成されたウェハ上にレ
ジストをコートするレジスト塗布工程レジストを露光する露光工程露光されたレジストを現像してレジストのパターンを
得る現像工程現像されたレジストパターンを安定化させるためのア
ニール工程以上の半導体デバイス製造工程、ウェハプロセッシング
工程、リソグラフィー工程については、周知のものであ
り、これ以上の説明を要しないであろう。

【０１０３】上記リソグラフィー工程の中のの露光工
程に、本発明に係るＸ線露光装置を用いると、線幅の小
さなパターンの露光転写を行うことができる。そして、
これらＸ線露光装置は、長時間の連続運転が可能である
ので、本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、ス
ループット良く半導体デバイスを製造することができ
る。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１から請求項４に係る発明においては、長時間の連続
運転が可能となり、設備の稼動効率を高めることができ
る。請求項５に係る発明においては、プラズマの発生効
率を高め、これによりＸ線の強度を上げることができ
る。請求項６に係る発明においては、ガスの密度を高密
度にすることができ、Ｘ線の強度を上げることができる
と共に、溶解したり削り取られた物質を、真空容器の外
に排出するのが容易となる。請求項７に係る発明におい
ては、Ｘ線の発生強度を上げることができると共に、微
粒子の搬送が容易となる。

【０１０５】請求項８に係る発明においては、標的材料
が拡散しないので、高強度のＸ線を発生させることがで
きる。請求項９に係る発明においては、プラズマがフォ
ーカスされる位置に確実に標的材料を送出することがで
きるので、Ｘ線の強度を上げることができる。

【０１０６】請求項１０に係る発明においては、半導体
製造等に使用される露光転写装置に適当な13nm程度の波
長のＸ線を発生することができると共に、安全で取り扱
いが容易な標的部材を用いることができる。

【０１０７】請求項１１に係る発明においては、電極等
がプラズマに曝されて溶解したり、削り取られたりして
飛び散って、光学素子表面に付着しても、光学素子の反
射率や透過率の低下を低く抑えることができる。よっ
て、長時間連続稼動可能なＸ線発生装置とすることがで
きる。

【０１０８】請求項１２に係る発明においては、それぞ
れ用いるＸ線発生装置と同じ効果が得られ、長時間連続
運転できるＸ線露光装置、Ｘ線の発生効率の良いＸ線露
光装置、安全性が高いＸ線露光装置とすることができ
る。

【０１０９】請求項１３に係る発明においては、半導体
デバイス製造のスループットが良い半導体デバイスの製
造方法、安全性の高い半導体デバイスの製造方法とする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態であるＸ線発生装置の第１
の具体的な構成の概要を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態であるＸ線発生装置の第２
の具体的な構成の概要を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態であるＸ線発生装置の第３
の具体的な構成の概要を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態であるＸ線発生装置の第４
の具体的な構成の概要を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態の１例であるＸ線露光装置
の概要を示す図である。

【図６】本発明の実施の形態の基本構成の１例を示す概
要図である。

【図７】本発明の実施の形態の基本構成の他の例を示す
概要図である。

【図８】本発明に係るＸ線露光装置を利用した半導体デ
バイスの製造方法を示す図である。

【図９】リソグラフィー工程の概要を示す図である。

【図１０】ＤＰＦ方式の放電プラズマＸ線源の原理を示
す図である。

【符号の説明】

１００、１０１、１０２…真空容器、１０３…ノズル、
１０４…ピエゾ振動子、１０５…粒子検知器、１０６…
カソード電極、１０７…アノード電極、１０８…液滴状
の標的材料、１０９…絶縁部材、１１０、１１１、１１
２…トラップ、１１３…熱伝導体、１１４…冷却ステー
ジ、１１５…液体窒素貯蔵槽、１１６…ポンプ、１１７
…ゲートバルブ、１１８…配管、１１９…標的溜まり、
１２０…標的材料、１２１…加熱ステージ、１２２…容
器、１２３…ゲートバルブ、１２４…真空排気装置、２
００、２０１、２０３…真空容器、２０３…ノズル、２
０４…カソード電極、２０５…アノード電極、２０６…
液柱状の標的材料、２０７…絶縁部材、２０８、２０
９、２１０…トラップ、２１１…熱伝導体、２１２…冷
却ステージ、２１３…液体窒素貯蔵槽、２１４…コンプ
レッサー、２１５…ゲートバルブ、２１６…液体窒素貯
蔵槽、２１７…標的溜まり、２１８…標的材料（液化キ
セノン）、２１９…加熱ヒーター、２２０…熱伝導体、
２２１…バルブ、２２２…真空排気装置、２２３、２２
４…ボンベ、２２５〜２２８…バルブ、３００…真空容
器、３０１…アノード電極（ノズル）、３０２…カソー
ド電極、３０３…絶縁部材、３０４…導電性の部材、３
０５…絶縁板、３０６…パルスバルブ、３０７…ガス
流、３０８…ガス収集部材、３０９…多層膜ミラー、３
１０、３１１…排気装置、３１２…コンプレッサー、３
１３、３１４…ボンベ、３１５〜３２０…バルブ、４０
０…真空容器、４０１…アノード電極、４０２…カソー
ド電極、４０３…絶縁部材、４０４…配管、４０５…電
極整形部材、４０６…炉、４０７…ヒーター、４０８…
バルブ、４０９…ＣＣＤカメラ、４１０…フレームメモ
リ、４１１…コンピュータ、４１２…ランプ、４１３…
レンズ、４１４，４１５…窓、４１６…レンズ、５０
０、５１２…真空容器、５０１…ＤＰＦ電極部、５０２
…支柱、５０３…多層膜放物面ミラー、５０４…収集部
材、５０５…Ｘ線、５０６…可視光カットＸ線透過フィ
ルター、５０７…照明光学系、５０８…反射マスク、５
０９…ミラー、５１０…投影光学系、５１１…ウェハ
ー、５１２…真空容器、８００…標的溜まり、８０１…
ノズル、８０２…微粒子状標的、８０３、８０４…標的
位置検出器、８０５…アノード電極、８０６…カソード
電極、８０７…絶縁部材、９００…真空容器、９０１…
アノード電極、９０２…カソード電極、９０３…絶縁部
材、９０４…絶縁部材、９０５…直線ステージ、９０６
…ランプ、９０７…レンズ、９０８、９０９…窓、９１
０…レンズ、９１１…ＣＣＤカメラ、９１２…フレーム
メモリ、９１３…コンピュータ、９１４…接触子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者白石雅之東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内 (72)発明者杉崎克己東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内Ｆターム(参考） 4C092 AA04 AA07 AA14 AA15 AA16 AB21 AC09 BD18 BD19 5F004 AA16 BA20 BD07 CA02 5F046 GA03 GA06 GA09 GB01 GC03 GD10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極間に高電圧パルスを印加することに
より、電極材料又は電極近傍に存在する標的物質をプラ
ズマ化し、当該プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生
装置であって、前記電極材料を連続的又は断続的に供給
する供給手段を具備したことを特徴とするＸ線発生装
置。
【請求項２】請求項１に記載のＸ線発生装置であっ
て、プラズマによって侵食される前記電極の先端位置が
略一定となるように当該電極の先端位置を制御する手段
を具備したことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項３】電極間に高電圧パルスを印加することに
より、電極材料又は電極近傍に存在する標的物質をプラ
ズマ化し、当該プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生
装置であって、前記標的材料が液体又は固体からなり、
当該標的材料を連続的又は断続的に供給する供給手段を
具備することを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項４】電極間に高電圧パルスを印加することに
より、電極材料又は電極近傍に存在する標的物質をプラ
ズマ化し、当該プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生
装置であって、前記標的材料が気体からなり、当該標的
材料を断続的に供給する供給手段を具備したことを特徴
とするＸ線発生装置。
【請求項５】請求項３又は請求項４に記載のＸ線発生
装置であって、前記供給手段により供給された前記標的
材料が前記電極先端近傍に到達したとき、又は前記電極
先端近傍の標的材料の密度が所定の密度以上になったと
きにプラズマが発生するように、又はそれ以前に発生し
たプラズマが標的材料位置に到達するように、当該電極
間に印加される高電圧パルスの印加タイミングを制御す
る同期手段を具備することを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項６】電極間に高電圧パルスを印加することに
より、電極材料又は電極近傍に存在する標的物質をプラ
ズマ化し、当該プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生
装置であって、前記標的物質を超音速ガス流として供給
することを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項７】電極間に高電圧パルスを印加することに
より、電極材料又は電極近傍に存在する標的物質をプラ
ズマ化し、当該プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生
装置であって、微粒子状の標的材料をガス中に混入さ
せ、前記電極先端近傍に送出する送出手段を具備するこ
とを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項８】電極間に高電圧パルスを印加することに
より、電極材料又は電極近傍に存在する標的物質をプラ
ズマ化し、当該プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生
装置であって、液滴状、液柱状、微粒子状又は気体状の
標的材料を前記電極先端近傍に集中して送出する送出手
段を具備することを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項９】電極間に高電圧パルスを印加することに
より、電極材料又は電極近傍に存在する標的物質をプラ
ズマ化し、当該プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発生
装置であって、前記電極の少なくとも一方から前記標的
材料を送出する送出手段を具備することを特徴とするＸ
線発生装置。
【請求項１０】電極間に高電圧パルスを印加すること
により、電極材料又は電極近傍に存在する標的物質をプ
ラズマ化し、当該プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発
生装置であって、前記標的材料として水酸化リチウム(L
iＯＨ)の微粒子、混濁液、溶液又は気体を用いることを
特徴とするＸ線発生装置。
【請求項１１】電極間に高電圧パルスを印加すること
により、電極材料又は電極近傍に存在する標的物質をプ
ラズマ化し、当該プラズマよりＸ線を発生させるＸ線発
生装置であって、前記電極の少なくとも一方の電極、絶
縁部材又はプラズマに曝される部分の部材が、利用する
Ｘ線の波長に対して透過率の高い物質を含む材料からな
ることを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項１２】マスク又はレチクル上に形成されてい
るパターンをレジストが塗布されているウェハー上に転
写するＸ線露光装置であって、請求項１から請求項１１
のうちいずれか１項に記載のＸ線発生装置を、露光用Ｘ
線源として用いていることを特徴とするＸ線露光装置。
【請求項１３】請求項１２に記載のＸ線露光装置を用
いて、マスク又はレチクル上に形成されているパターン
をレジストが塗布されているウェハー上に転写する工程
を有してなることを特徴とする半導体デバイスの製造方
法。