JP2004192914A - Soft x-ray generator - Google Patents

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JP2004192914A
JP2004192914A JP2002358439A JP2002358439A JP2004192914A JP 2004192914 A JP2004192914 A JP 2004192914A JP 2002358439 A JP2002358439 A JP 2002358439A JP 2002358439 A JP2002358439 A JP 2002358439A JP 2004192914 A JP2004192914 A JP 2004192914A
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Japan
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soft
gas flow
ray
debris
gas
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Application number
JP2002358439A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomonao Hosogai
知直 細貝
Kazuhiko Horioka
一彦 堀岡
Tsunehisa Satake
常久 佐竹
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Ushio Denki KK
Ushio Inc
Original Assignee
Ushio Denki KK
Ushio Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a soft X-ray generator of which the soft X-ray taking out part is not contaminated owing to a sufficient debris removing action as well as which prevents reduction in intensity of an X-ray due to absorption of injection gas for removing debris. <P>SOLUTION: The generator has a mechanism for taking out the soft X-ray irradiated from a plasma generated within a vacuum vessel, removing the debris, generated in generation of the plasma, with injection of a gas flow, and exhausting the gas flow, wherein a Laval nozzle having a rectangular cross section for injecting a supersonic gas flow is disposed as a device for injecting the gas flow, and a vacuum exhausting device for recovering the gas flow to exhaust it is disposed on a downstream side of the gas flow as a device for exhausting the gas flow. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温プラズマから放射される軟X線を取り出す軟X線発生装置に関するものであり、更に詳しくは、軟X線発生装置において、プラズマ生成時に発生するデブリを効率良く除去するための新しい機構を付加することにより軟X線取り出し部のデブリによる汚染を確実に防止することを可能とし、かつ軟X線の空間強度分布の変化を極力小さくすることを可能とする軟X線発生装置に関するものである。本発明は、例えば、半導体リソグラフィー装置、生体分析、及び構造解析などの軟X線源として用いられる軟X線発生装置を提供するものとして有用である。
【0002】
【従来の技術】
従来、高温プラズマから放射される軟X線を取り出す装置として、軟X線発生装置が開発されている。この装置では、プラズマ発生時にデブリが発生し、これが、軟X線取り出し部を汚染する原因となっている。このようなデブリによる軟X線取り出し部の汚染の問題を解決するために、先行技術として、例えば、プラズマ生成時に発生するデブリをガス流の噴射により除去する方法及び装置が開発されている。しかし、この種の方法及び装置では、高温プラズマから放射された軟X線が、デブリ除去のための噴射ガス内を透過するとき、上記ガスによる軟X線の吸収損失が生じるために、軟X線が強度低下してしまうという問題があった。また、噴射ガスの密度分布の不均一性により、それを軟X線が透過する前後で、軟X線の空間強度分布が変化するという問題があった。
【0003】
ここで、従来の、デブリ除去機構を備えた軟X線発生装置の概要を図2に基づいて説明する。図2において、レーザ発生機14より発生させたレーザ15をターゲット7に照射させると、プラズマ8が生成し、該プラズマ8から軟X線17が発生し、軟X線17は、軟X線取り出し部9へ向かって進む。軟X線の生成と同時にデブリ16が発生し、X線取り出し部9に向かって飛翔する。そこで、軟X線取り出し部9がデブリ16によって汚染されることを防ぐために、同期信号発生装置11でレーザ発生と同期させて、噴射ガス19を、高圧ガス供給管2を通り、吹き出し口18から噴射する。
【0004】
X線取り出し部9に向かって飛翔するデブリ16は、噴射ガス19と衝突し、軟X線取り出し部9方向の飛翔速度を失い、真空容器10の中を漂った後、排気装置11より真空容器外に排出される。上記装置において、例えば、噴射ガスとして、大気圧程度のヘリウムガスを用いると、X線取り出し部9でのデブリの付着を、噴射ガスがない場合と比較して、約1/1000に抑制することができることが報告されている(非特許文献1参照)。
【0005】
【非特許文献1】
レーザ研究、社団法人レーザ学会、第27巻、第1号、第5頁(1999年)
【0006】
しかしながら、上記の方法では、噴射ガス19が、プラズマ8と軟X線取り出し部9との間の空間に拡散し、この拡散したガスによる軟X線17の吸収損失のために、軟X線取り出し部9における軟X線17の強度が低下してしまうという問題がある。そこで、この軟X線の吸収損失を小さくするために、例えば、噴射するガスの量を少なくすると、デブリ除去作用が十分でなくなり、軟X線取り出し部9がデブリによって汚染されることを確実に防止することができないという問題があった。
【0007】
また、発生した軟X線17が噴射ガス19内を透過する際に、噴射ガス19の密度分布が不均一であると、軟X線17が噴射ガス内を透過する前後で、軟X線17の空間強度分布の変化が生じ、軟X線取り出し部9で得られる軟X線の強度分布が制御できないという問題があった。これらのことから、当該技術分野においては、上記軟X線発生装置において、プラズマ生成時に発生するデブリによる軟X線取り出し部の汚染を確実に防止し、デブリ除去のための噴射ガスによる軟X線の吸収損失を抑制し、軟X線の空間強度分布の変化が生じるのを防ぐことを可能とする新しい軟X線発生手段及び装置の開発が要請されていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術の諸問題を抜本的に解決することが可能な新しい軟X線発生手段及び装置を開発することを目標として鋭意研究及び検討した結果、ガス流として、矩形断面を有するラバル(先細末広)ノズルから噴射される超音速ガス流を使用することにより所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、デブリ除去のための噴射ガスによる軟X線の吸収損失による軟X線の強度低下を防ぎながら、十分なデブリ除去作用を発揮して、デブリによる軟X線取り出し部の汚染を確実に防止することを可能とする軟X綿発生装置を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、軟X線の空間強度分布が、デブリ除去のための噴射ガス流を軟X線が透過する前後で変化しない軟X線発生装置を提供することを目的とするものである。
更に、本発明は、ガス流を、プラズマと軟X線部取り出し部との間の空間に、該空間に拡散しないように所定の形態に制御して噴射することを可能とする超音速ガス流噴射手段及び該手段を含む装置を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、(1)真空容器内で生成させたプラズマから放射される軟X線を取り出す軟X線発生装置であって、プラズマ生成時に発生するデブリをガス流の噴射によって除去するデブリ除去機構と、ガス流を排気するガス流排気機構を備えた装置において、前記ガス流を噴射する装置として、超音速ガス流を噴射する矩形断面を有するラバルノズルを所定の位置に配置し、前記ガス流を排出する装置として、ガス流を回収して排気する真空排気装置を前記ガス流の下流側に配置したことを特徴とする軟X線発生装置、である。
また、本発明は、(2)ラバルノズルが、急膨張ノズル(二次元ラバルノズル)である上記の軟X線発生装置、を好ましい実施の態様とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、真空容器内で生成させたプラズマから放射される軟X線を取り出し、プラズマ生成時に発生するデブリをガス流の噴射によって除去するとともに、前記ガス流を排気するための機構を備えた軟X線発生装置であって、該装置に、前記ガス流を噴射する装置として、超音速ガス流を噴射する矩形断面を有するラバルノズルを配置し、前記ガス流を排気する装置として、ガス流を回収して排気する真空排気装置を前記ガス流の下流側に配置したことを特徴とするものである。本発明では、上記ガス流を噴射する装置として、断面形状が矩形に構成されたラバルノズル(先細末広)を使用し、前記ガス流として、超音速ガス流を利用することが重要である。
【0011】
上記矩形断面を有するラバルノズルから超音速ガス流を噴射することにより、超音速ガス流は、所定の形態(シート状、カーテン状等)に制御されて噴射される。上記ラバルノズルは、矩形断面を有するものであることが必要であるが、矩形であれば、四辺形及び長方形のいずれでも良い。本発明では、それらの具体的な構成、全体の形状、構造及びサイズ等は任意に設計することができ、実質的に矩形断面であると認められるものは全て本発明の範囲に包含される。本発明は、ラバルノズルの断面形状を矩形とすることにより、噴射される超音速ガス流の形態を、例えば、シート状、カーテン状等に制御することを可能としたものであり、本発明は、これらの点に最大の特徴を有する。また、上記超音速ガス流は、音速以上のものであり、噴射速度は速いほど好ましい。ガスの種類としては、ヘリウム、アルゴン、クリプトンなどの不活性ガスを使用することができる。
【0012】
本発明の装置では、上記したように、軟X線発生装置において、前記超音速ガス流を噴射する矩形断面を有するラバルノズルが配置され、かつ、噴射されたガス流を回収して排気する真空排気装置が前記ガス流の下流側に配置されるが、これらを真空容器内に配置する位置及び方向等は特に制限されるものではなく、装置の大きさ及び種類等に応じて任意に配置することができる。また、本発明の装置では、上記手段及び装置からなるデブリ除去機構の他に、基本的な構成要素として、例えば、真空容器、高圧ガスを供給する高圧ガス供給手段、高圧ガス流の流速制御手段、レーザ発生手段、レーザ制御手段、軟X線発生源のプラズマ、ターゲット保持手段、軟X線取り出し部、真空排気手段等が配置されるが、これらについては、これらと同効のものであれば、その種類に制限されることなく同様に使用することができる。
【0013】
次に、本発明の装置の動作について説明する。真空容器内で高温プラズマから軟X線が生成すると、デブリが発生する。該デブリによって軟X線取り出し部が汚染されることを防止するために、例えば、レーザと同期させて超音速ガス流を前記ラバルノズルを通して噴射する。この場合、矩形断面を有するラバルノズルから超音速ガス流を噴射することにより、超音速ガス流は、例えば、シート状となって噴射される。軟X線取り出し部の方向に進むデブリは、シート状の超音速ガス流と衝突し、その速度を失い、超音速ガス流とともに、前記ガス流の下流側に配置されたガス流回収用真空排気装置を通して真空容器の系外へ排出される。
【0014】
本発明では、前記ガス流を噴射するラバルノズルの特定の断面形状により、デブリ除去のためのガス流が所定の形態に制御されて噴射されることから、噴射ガス流の密度分布が高い均一性を有している。したがって、そのデブリ除去作用を十分に発揮することができ、それにより、軟X線取り出し部のデブリによる汚染を確実に防ぐことができるとともに、軟X線が噴射ガス流内を透過する前後で、軟X線の空間強度分布の変化が生じることを防ぐことができる。また、噴射ガスが、プラズマと軟X線取り出し部との間の空間に、所定の形態に制御されて噴射されるため、噴射ガスの拡散による軟X線の吸収損失が低減され、それにより軟X線の強度低下が小さくなる。また、本発明の装置では、上述のように、デブリ除去を高効率に行うことが可能であり、ラバルノズルの形状及び構造を種々変更することにより、装置の形態変更を容易に実現することができる。
【0015】
更に、ラバルノズルとして、急膨張ノズルを用いると、ノズル内壁における速度境界層の影響を小さくすることができ、衝撃波の影響を受けない流れを作りやすく、また、ノズル長を短くできるため、装置の小型化が可能になる。本発明においては、軟X線発生装置の軟X線発生源のプラズマは、レーザを用いて生成されたプラズマに限定されず、例えば、プラズマフォーカス、キャピラリー放電、Zピンチ放電などのガス放電や、ワイヤー放電等の放電プラズマを適用することができる。また、軟X線発生源のプラズマが複数配置されている場合等は、その配置に応じ、複数の二次元ラバルノズルを直線又は円弧状等の任意の形状に配置し、デブリ除去機構として用いることもできる。
【0016】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図1に、本発明による軟X線発生装置の一例を示す。図1の装置において、デブリ除去機構は、高圧ガスを供給する高圧ガス供給源1、高圧ガス供給管2、高圧ガス流のオンオフを制御するパルス動作弁3、ラバルノズル4、超音速ガス流を排気する超音速ガス流回収用真空排気装置6から構成され、これらは、真空容器10内部に設置される。図1の装置において、レーザ発生機14より発生させたレーザ15をターゲット7に照射させると、プラズマ8が生成し、プラズマ8から軟X線17が発生し、軟X線17は、X線取り出し部9へ向かって進む。
【0017】
上記装置において、軟X線生成と同時にデブリ16が発生する。X線取り出し部9がデブリ16によって汚染されることを防ぐために、同期信号発生装置12によりレーザと同期させてパルス動作弁3を開くと、高圧ガス供給源1から高圧ガス供給管2を通り二次元ラバル(先細末広) ノズル4を通し、ターゲット7と軟X線取り出し部9との間の軟X線の光路上に超音速ガス流5が噴射される。このとき、ラバルノズルの断面形状を矩形とすることにより、超音速ガス流5はシート状となる。これにより、デブリ16は、シート状の超音速ガス流5と衝突し、軟X線取り出し部9方向の飛翔速度を失い、シート状の超音速ガス流5とともに、超音速ガス回収用真空排気装置6より真空容器10の外に排出される。
【0018】
このように、この実施形態によれば、シート状の超音速ガス流5には指向性があり、シート状の超音速ガス流5の下流に超音速ガス回収用真空排気装置6を設置することにより、ガスが真空中に拡散する前にガス流の排気が行なわれる。それにより、噴射ガスの吸収による軟X線17の強度低下を防ぎながら、十分なデブリ除去作用を発揮するデブリ除去機構を備えた軟X線発生装置としての機能を発揮することが可能となる。また、ラバルノズル4を用いたことにより、衝撃波がガス流内部に発生せず、シート状超音速ガス流5の内部空間の密度分布が均一なものとなり、軟X線17がガス流を透過する前後での軟X線17の空間強度分布の変化を極力小さくすることができる。
【0019】
図3に、上記デブリ除去機構における二次元ラバルノスル4の出口におけるガスの空間密度分布のコンピュータによるシミュレーション結果を示す。このコンピュータシミュレーションでは、スロート幅が120ミクロンで、動作ガスのヘリウムガスに対し出口マッハ数がマッハ5となるように規定した二次元スリットノズル(急膨張ノズル)を一例として用いた。この急膨張ノズルの断面形態をデザインした例を図4に示す。図3において、グラフの縦軸(ρ/ρ0)は、高圧ガス供給源のガス密度で規格化されたガス密度を示す。グラフのX−Yの空間座標系は、図3中、上部の枠内に図示した通りである。グラフのX軸はガス流の流れ方向、Y軸はガス流の流れに垂直な方向である。このように、ラバルノズル出口から下流方向に5mm程度まではガス流は広がらず、均一な空間密度分布を形成することが示された。
【0020】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明、デブリ除去機能を備えた軟X線発生装置に係るものであり、本発明により、1)所定の形態に制御した超音速ガス流を噴射することができる、2)デブリ除去のための噴射ガスの吸収による軟X線の強度低下が少なくなる、3)十分なデブリ除去作用を発揮して、軟X線取り出し部が汚染されることを確実に防止することができる、4)軟X線の空間強度分布がデブリ除去のための噴射ガス流の透過前後で変化しない、5)これらの機能を有する軟X線発生装置を提供することができる、6)ラバルノズルとして急膨張ノズルを用いることによりノズル長を短くすることができる、7)それにより、装置の小型化が可能となる、という格別の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る軟X線発生装置の一例の断面図を示す。
【図2】従来の軟X線発生装置の断面図を示す。
【図3】シート状超音速ガス流の空間密度分布のシミュレーション結果を示す。
【図4】急膨張ノズルの断面形態のデザイン例を示す。
【符号の説明】
1 高圧ガス供給源
2 高圧ガス供給管
3 パルス動作弁
4 ラバルノズル
5 超音速ガス流
6 超音速ガス流回収用真空排気装置
7 軟X線発生用ターゲット
8 軟X線発生源のプラズマ
9 軟X線取り出し部
10 真空容器
11 真空排気装置
12 同期信号発生装置
13 軟X線発生用レーザ制御装置
14 レーザ装置
15 レーザ
16 デブリ
17 軟X線
18 吹き出し口
19 噴射ガス
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a soft X-ray generator for extracting soft X-rays radiated from high-temperature plasma. More specifically, the present invention relates to a soft X-ray generator which is capable of efficiently removing debris generated during plasma generation. The present invention relates to a soft X-ray generator capable of reliably preventing contamination by debris in a soft X-ray extraction unit by adding a mechanism and minimizing a change in a spatial intensity distribution of soft X-rays. Things. INDUSTRIAL APPLICATION This invention is useful as what provides a soft X-ray generator used as a soft X-ray source, such as a semiconductor lithography apparatus, a biological analysis, and a structural analysis.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a soft X-ray generator has been developed as a device for extracting soft X-rays emitted from high-temperature plasma. In this apparatus, debris is generated when plasma is generated, which causes contamination of the soft X-ray extraction unit. In order to solve the problem of the contamination of the soft X-ray extraction unit due to such debris, for example, a method and an apparatus for removing debris generated during plasma generation by jetting a gas flow have been developed as prior art. However, in this type of method and apparatus, when soft X-rays emitted from the high-temperature plasma pass through the injection gas for debris removal, the absorption of the soft X-rays by the gas occurs, so that soft X-rays are absorbed. There was a problem that the strength of the wire was reduced. In addition, there is a problem that the spatial intensity distribution of the soft X-ray changes before and after the soft X-ray passes through due to the non-uniformity of the density distribution of the jet gas.
[0003]
Here, an outline of a conventional soft X-ray generator having a debris removing mechanism will be described with reference to FIG. In FIG. 2, when a target 15 is irradiated with a laser 15 generated by a laser generator 14, a plasma 8 is generated, and a soft X-ray 17 is generated from the plasma 8. Proceed to section 9. Debris 16 is generated simultaneously with the generation of soft X-rays, and flies toward the X-ray extraction unit 9. Therefore, in order to prevent the soft X-ray extraction unit 9 from being contaminated by the debris 16, the injection gas 19 passes through the high pressure gas supply pipe 2 from the outlet 18 in synchronization with the laser generation by the synchronization signal generator 11. Inject.
[0004]
The debris 16 flying toward the X-ray extraction unit 9 collides with the propellant gas 19, loses its flight speed in the direction of the soft X-ray extraction unit 9, drifts in the vacuum container 10, and then is evacuated from the exhaust device 11 to the vacuum container. It is discharged outside. In the above-described apparatus, for example, when helium gas at about atmospheric pressure is used as the injection gas, the adhesion of debris in the X-ray extraction unit 9 is suppressed to about 1/1000 as compared with the case where there is no injection gas. (See Non-Patent Document 1).
[0005]
[Non-patent document 1]
Laser Research, The Laser Society of Japan, Vol. 27, No. 1, Page 5 (1999)
[0006]
However, in the above-described method, the injection gas 19 diffuses into the space between the plasma 8 and the soft X-ray extraction unit 9 and the soft X-ray extraction There is a problem that the intensity of the soft X-ray 17 in the portion 9 is reduced. In order to reduce the absorption loss of the soft X-rays, for example, if the amount of the gas to be injected is reduced, the debris removing action becomes insufficient, and it is ensured that the soft X-ray extraction unit 9 is contaminated by the debris. There was a problem that it could not be prevented.
[0007]
Further, when the generated soft X-rays 17 pass through the propellant gas 19 and the density distribution of the propellant gas 19 is not uniform, before and after the soft X-rays 17 pass through the propellant gas, the soft X-rays 17 pass through. , The intensity distribution of the soft X-rays obtained by the soft X-ray extraction unit 9 cannot be controlled. From these facts, in the technical field, in the above soft X-ray generator, contamination of the soft X-ray extraction portion due to debris generated during plasma generation is reliably prevented, and soft X-rays generated by a jet gas for removing debris are removed. There has been a demand for the development of a new soft X-ray generating means and device capable of suppressing the absorption loss of the X-ray and preventing the change of the spatial intensity distribution of the soft X-ray.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Under these circumstances, the present inventors have developed a new soft X-ray generating means and apparatus capable of drastically solving the problems of the above-mentioned conventional technology in view of the above-mentioned conventional technology. As a result of diligent research and investigation as a target, the present inventors have found that the intended purpose can be achieved by using a supersonic gas flow injected from a Laval nozzle having a rectangular cross section as a gas flow. Was completed.
That is, the present invention exerts a sufficient debris removing effect while preventing the soft X-ray intensity loss due to the absorption loss of the soft X-ray due to the injection gas for debris removal, and contaminates the soft X-ray extraction portion due to the debris. It is an object of the present invention to provide a soft X cotton generating device capable of surely preventing the occurrence of the soft X cotton.
Another object of the present invention is to provide a soft X-ray generator in which the spatial intensity distribution of soft X-rays does not change before and after the soft X-rays penetrate the jet gas flow for debris removal. .
Further, the present invention provides a supersonic gas flow which enables a gas flow to be injected into a space between the plasma and the soft X-ray part extraction portion in a controlled form so as not to diffuse into the space. It is an object to provide a jetting means and a device comprising said means.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-mentioned problems is: (1) a soft X-ray generator for extracting soft X-rays radiated from plasma generated in a vacuum vessel, wherein debris generated during plasma generation is converted into a gas flow. In a device provided with a debris removal mechanism for removing by injection and a gas flow exhaust mechanism for exhausting a gas flow, a Laval nozzle having a rectangular cross section for injecting a supersonic gas flow is provided at a predetermined position as a device for injecting the gas flow. A soft X-ray generator, wherein a vacuum exhaust device that collects and exhausts a gas flow is disposed downstream of the gas flow as a device that is disposed and discharges the gas flow.
In a preferred embodiment of the present invention, (2) the soft X-ray generator described above, wherein the Laval nozzle is a rapid expansion nozzle (two-dimensional Laval nozzle).
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail.
The present invention includes a mechanism for extracting soft X-rays emitted from plasma generated in a vacuum vessel, removing debris generated during plasma generation by jetting a gas flow, and exhausting the gas flow. A soft X-ray generator, in which a Laval nozzle having a rectangular cross section for injecting a supersonic gas stream is disposed as a device for injecting the gas flow, and a gas flow is exhausted as a device for exhausting the gas flow. A vacuum evacuation device for collecting and evacuating is disposed downstream of the gas flow. In the present invention, it is important to use a Laval nozzle (taper divergent) having a rectangular cross section as a device for injecting the gas flow, and to use a supersonic gas flow as the gas flow.
[0011]
By injecting the supersonic gas flow from the Laval nozzle having the rectangular cross section, the supersonic gas flow is controlled and injected in a predetermined form (sheet shape, curtain shape, etc.). The Laval nozzle needs to have a rectangular cross-section, but any rectangular or rectangular shape may be used as long as it is rectangular. In the present invention, their specific configuration, overall shape, structure, size, etc. can be arbitrarily designed, and all that are recognized as having a substantially rectangular cross-section are included in the scope of the present invention. The present invention, by making the cross-sectional shape of the Laval nozzle rectangular, it is possible to control the form of the supersonic gas flow to be injected, for example, sheet-like, curtain-like, etc., the present invention, These points have the greatest features. Further, the supersonic gas flow is higher than the sonic speed, and the higher the injection speed, the more preferable. As a type of the gas, an inert gas such as helium, argon, and krypton can be used.
[0012]
In the apparatus of the present invention, as described above, in the soft X-ray generator, a Laval nozzle having a rectangular cross section for injecting the supersonic gas flow is arranged, and vacuum exhaust for collecting and exhausting the injected gas flow. The device is arranged downstream of the gas flow, but the position and direction of disposing them in the vacuum vessel are not particularly limited, and may be arbitrarily arranged according to the size and type of the device. Can be. In the apparatus of the present invention, in addition to the debris removing mechanism including the above-described means and the apparatus, as basic components, for example, a vacuum vessel, a high-pressure gas supply means for supplying a high-pressure gas, and a flow rate control means for a high-pressure gas flow , A laser generating means, a laser controlling means, a plasma of a soft X-ray generating source, a target holding means, a soft X-ray extracting section, a vacuum exhausting means, etc., are arranged. , Can be similarly used without being limited to the type.
[0013]
Next, the operation of the device of the present invention will be described. When soft X-rays are generated from high-temperature plasma in a vacuum vessel, debris is generated. In order to prevent the debris from contaminating the soft X-ray extraction unit, for example, a supersonic gas flow is injected through the Laval nozzle in synchronization with a laser. In this case, by injecting the supersonic gas flow from a Laval nozzle having a rectangular cross section, the supersonic gas flow is injected in a sheet shape, for example. The debris that travels in the direction of the soft X-ray extraction unit collides with the sheet-like supersonic gas flow, loses its speed, and together with the supersonic gas flow, a vacuum exhaust for gas flow recovery disposed downstream of the gas flow. It is discharged out of the vacuum vessel through the device.
[0014]
In the present invention, the gas flow for debris removal is controlled and injected in a predetermined form by the specific cross-sectional shape of the Laval nozzle that injects the gas flow, so that the density distribution of the injected gas flow has high uniformity. Have. Therefore, the debris removing action can be sufficiently exerted, thereby reliably preventing the debris of the soft X-ray extraction portion from being contaminated, and before and after the soft X-ray passes through the jet gas flow. A change in the spatial intensity distribution of soft X-rays can be prevented. Further, since the jet gas is jetted into the space between the plasma and the soft X-ray extracting portion in a controlled manner in a predetermined form, the absorption loss of the soft X-ray due to the diffusion of the jet gas is reduced, and thereby the soft gas is softened. X-ray intensity reduction is reduced. Further, in the apparatus of the present invention, as described above, debris removal can be performed with high efficiency, and the form of the apparatus can be easily changed by variously changing the shape and structure of the Laval nozzle. .
[0015]
Furthermore, when a rapid expansion nozzle is used as the Laval nozzle, the influence of the velocity boundary layer on the inner wall of the nozzle can be reduced, a flow that is not affected by shock waves can be easily created, and the nozzle length can be shortened. Becomes possible. In the present invention, the plasma of the soft X-ray generation source of the soft X-ray generation device is not limited to plasma generated using a laser, for example, plasma focus, capillary discharge, gas discharge such as Z pinch discharge, Discharge plasma such as wire discharge can be applied. In the case where a plurality of plasmas of the soft X-ray source are arranged, a plurality of two-dimensional Laval nozzles may be arranged in an arbitrary shape such as a straight line or an arc, depending on the arrangement, and used as a debris removal mechanism. it can.
[0016]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of a soft X-ray generator according to the present invention. In the apparatus shown in FIG. 1, the debris removing mechanism includes a high-pressure gas supply source 1 for supplying a high-pressure gas, a high-pressure gas supply pipe 2, a pulse operation valve 3 for controlling on / off of a high-pressure gas flow, a Laval nozzle 4, and a supersonic gas flow. And a supersonic gas flow recovery vacuum exhaust device 6 which is installed inside the vacuum vessel 10. In the apparatus shown in FIG. 1, when a target 15 is irradiated with a laser 15 generated by a laser generator 14, plasma 8 is generated, and soft X-rays 17 are generated from the plasma 8. Proceed to section 9.
[0017]
In the above apparatus, debris 16 is generated simultaneously with the generation of soft X-rays. In order to prevent the X-ray extraction unit 9 from being contaminated by debris 16, when the pulse operation valve 3 is opened in synchronization with the laser by the synchronization signal generator 12, the high-pressure gas supply source 1 passes through the high-pressure gas supply pipe 2, and A supersonic gas flow 5 is injected through a nozzle 4 into a soft X-ray optical path between a target 7 and a soft X-ray extraction unit 9 through a nozzle 4. At this time, by making the cross-sectional shape of the Laval nozzle rectangular, the supersonic gas flow 5 has a sheet shape. As a result, the debris 16 collides with the sheet-like supersonic gas flow 5, loses its flying speed in the direction of the soft X-ray extraction unit 9, and together with the sheet-like supersonic gas flow 5, the supersonic gas recovery vacuum exhaust device. 6 discharges out of the vacuum vessel 10.
[0018]
As described above, according to this embodiment, the sheet-like supersonic gas flow 5 has directivity, and the supersonic gas recovery vacuum exhaust device 6 is installed downstream of the sheet-like supersonic gas flow 5. Thus, the gas flow is evacuated before the gas diffuses into the vacuum. Thereby, it is possible to exhibit a function as a soft X-ray generator having a debris removing mechanism that exhibits a sufficient debris removing action, while preventing a decrease in the intensity of the soft X-ray 17 due to absorption of the injection gas. Further, by using the Laval nozzle 4, a shock wave is not generated inside the gas flow, the density distribution of the internal space of the sheet-like supersonic gas flow 5 becomes uniform, and before and after the soft X-ray 17 passes through the gas flow. The change in the spatial intensity distribution of the soft X-rays 17 can be minimized.
[0019]
FIG. 3 shows a computer simulation result of the spatial density distribution of gas at the outlet of the two-dimensional Labarnosul 4 in the debris removal mechanism. In this computer simulation, a two-dimensional slit nozzle (rapidly expanding nozzle) having a throat width of 120 microns and an outlet Mach number defined as Mach 5 with respect to helium gas as an operating gas was used as an example. FIG. 4 shows an example in which the cross-sectional configuration of the rapid expansion nozzle is designed. In FIG. 3, the vertical axis (ρ / ρ0) of the graph indicates the gas density standardized by the gas density of the high-pressure gas supply source. The XY spatial coordinate system of the graph is as shown in the upper frame in FIG. The X axis of the graph is the flow direction of the gas flow, and the Y axis is the direction perpendicular to the flow of the gas flow. Thus, it was shown that the gas flow did not spread up to about 5 mm in the downstream direction from the Laval nozzle outlet, and a uniform spatial density distribution was formed.
[0020]
【The invention's effect】
As described in detail above, the present invention relates to a soft X-ray generator having a debris removal function, and according to the present invention, it is possible to 1) jet a supersonic gas flow controlled in a predetermined form. 2) Reduction of soft X-ray intensity due to absorption of the injection gas for removing debris is reduced. 3) Sufficient debris removal action is exhibited to reliably prevent the soft X-ray extraction portion from being contaminated. 4) The spatial intensity distribution of soft X-rays does not change before and after permeation of the jet gas flow for removing debris. 5) A soft X-ray generator having these functions can be provided. 6) Laval nozzle By using a rapid expansion nozzle, the nozzle length can be shortened. 7) This makes it possible to reduce the size of the apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a cross-sectional view of an example of a soft X-ray generator according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a conventional soft X-ray generator.
FIG. 3 shows a simulation result of a spatial density distribution of a sheet-like supersonic gas flow.
FIG. 4 shows a design example of a cross-sectional configuration of a rapid expansion nozzle.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High-pressure gas supply source 2 High-pressure gas supply pipe 3 Pulse operation valve 4 Laval nozzle 5 Supersonic gas flow 6 Vacuum exhaust device for supersonic gas flow recovery 7 Target for soft X-ray generation 8 Plasma of soft X-ray source 9 Soft X-ray Take-out unit 10 Vacuum container 11 Vacuum exhaust device 12 Synchronous signal generator 13 Laser controller for soft X-ray generation 14 Laser device 15 Laser 16 Debris 17 Soft X-ray 18 Blow-out port 19 Injection gas

Claims (2)

真空容器内で生成させたプラズマから放射される軟X線を取り出す軟X線発生装置であって、プラズマ生成時に発生するデブリをガス流の噴射によって除去するデブリ除去機構と、ガス流を排気するガス流排気機構を備えた装置において、
前記ガス流を噴射する装置として、超音速ガス流を噴射する矩形断面を有するラバルノズルを所定の位置に配置し、前記ガス流を排出する装置として、ガス流を回収して排気する真空排気装置を前記ガス流の下流側に配置したことを特徴とする軟X線発生装置。
A soft X-ray generator for extracting soft X-rays emitted from plasma generated in a vacuum vessel, wherein a debris removal mechanism for removing debris generated during plasma generation by jetting a gas flow, and exhausting the gas flow In an apparatus provided with a gas flow exhaust mechanism,
As a device for injecting the gas flow, a Laval nozzle having a rectangular cross section for injecting a supersonic gas flow is disposed at a predetermined position, and as a device for discharging the gas flow, a vacuum exhaust device for collecting and exhausting the gas flow is provided. A soft X-ray generator arranged downstream of the gas flow.
ラバルノズルが、急膨張ノズルである請求項1に記載の軟X線発生装置。The soft X-ray generator according to claim 1, wherein the Laval nozzle is a rapid expansion nozzle.
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