JP2572787B2 - X線発生装置 - Google Patents

X線発生装置

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はX線発生装置に係り、特に大規模集積回路製
造に用いるX線リゾグラフイ装置用として好適なX線発
生装置に関するものである。
〔従来の技術〕
集積回路製造過程で重量なリゾグラフイ技術の一つと
してX線露光法があり、X線露光装置の軟X線発生源と
して対陰極形X線管,シンクロトロン放射光,高温プラ
ズマからのX線などがあるが、対陰極形X線管は輝度が
弱く、シンクロトロンはあまりにも設備が高価格になる
ため、プラズマX線源が有望視されている。
プラズマX線源としては、ガス注入式のものが特開昭
60−175351号公報で提案されている。この方式は、真空
容器の特定の稀ガスを放出してガス気柱を形成し、そこ
に数100kAピーク程度(立ち上り時間1μオーダ)のパ
ルス放電を起こし、Zピンチ現像を生じさせ、所望の波
長のX線を取り出そうとするものである。このZピンチ
現象では、プラズマが非常に高温,高密度になるので、
プラズマ中の稀ガス原子のK殻やL殻の電子が叩き出さ
れ、その空孔にその外殻の電子が落ち込む現象が生じ
る。このとき、特性X線が放出される。このX線は透過
窓を通して取り出され、所望のシリコンウエハ等を露光
するのに使用される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、ガス気柱形成に用いる開閉バルブの
点で配慮されておらず、バルブの寿命及びガス気柱の安
定性に問題があつた。すなわち、電極間にガス気柱を形
成する際、ガス塊が拡散して拡がらない時間内に放電に
適するガス密度が得られるようにする必要があつた。こ
のため、高速開閉ガスバルブを用いて間欠的にガスを注
入し、高繰り返し(3Hz程度)の放電を行つている。し
かしながら、量産用のアライナを考えた場合、放電回数
は106回/月以上となる。例えば、4インチウエハを毎
時20枚(ステツプ及びリピート回数14)、一露光30シヨ
ツト(shots)のX線露光装置を10時間/日、20日/月
稼動すると、毎月の放電回数は1.68×106(=30×14×2
0×10×20)に達する。この間の高速ガス開閉バルブの
開閉制度は現時点では保障されておらず、このため、毎
放電時間前のガス塊の形体にばらつきが生じ、X線の輝
度の安定性が得られないという問題があつた。
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を除去
し、信頼性が高く、長寿命化できるガス注入形のX線発
生装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、第一に、放電容器内に対向する一対の電
極を設け、一方の電極部を開閉バルブを介してガス供給
部と接続すると共に、前記電極間に接続されたパルス電
流電源と前記放電容器内を真空排気する排気路を備えて
なるX線発生装置において、 前記一方の電極を円筒状とし、前記開閉バルブを円形
状とし、当該円筒状電極の内側に前記円形状の開閉バル
ブを設け、前記一対の電極に連続パルス電流印加時、前
記開閉バルブを開放状態に保持し、前記円筒状の電極と
前記円形状の開閉バルブとの間隙からガスを連続して噴
出させるような構成とし達成するようにした。
また、前記記載のX線発生装置において、 前記一対の電極を間隙部の半径方向のガス流を真空排
気する排気路を、前記放電容器内を真空排気する排気路
とは別に設けて達成するようにした。
第二に、放電容器内に対向する一対の電極を設け、一
方の電極部を開閉バルブを介してガス供給部と接続する
と共に、前記電極間に接続されたパルス電流電源と前記
放電容器内を真空排気する排気路を備えてなるX線発生
装置において、 前記一方の電極を、外部電極部と内部電極部とからな
る二重円筒状とし、前記一対の電極に連続パルス電流印
加時、前記開閉バルブを開放状態に保持し、当該二重円
筒状電極の間隙からガスを連続して噴出させるような構
成とし達成するようにした。
また、前記記載のX線発生装置において、 前記一対の電極の間隙部の半径方向のガス流を真空排
気する排気路と、前記放電容器内を真空排気する排気路
とは別に設けて達成するようにした。
〔作用〕
連続放電時、電極間にガスを注入する開閉バルブは開
放状態にしてあるため、開閉バルブの高速性は必要な
く、長時間安定に電極間にガスを供給できる。電極間の
ガス気柱形体は、ガス導入口の構造、放電容器構造及び
排気系によつて決定されるため、従来方式の高速開閉ガ
スバルブの多頻度にわたる応答安定性、寿命の点での問
題はなくなる。さらに円柱状気柱をガスジエツトで形成
するガス注入方式は、気柱ガス密度の半径方向分布を利
用することで気柱表面での放電破壊を得る。このときの
半径方向の密度勾配を連続ガス注入時に維持するため、
半径方向のガス流の真空排気を設けてある。
以上のように、毎放電前の電極間ガス気柱の再現性が
高いため、安定なX線輝取の放射を得ることができる。
〔実施例〕
以下本発明を第1図,第2図,第6図,第7図に示し
た実施例及び第3図〜第5図を用いて詳細に説明する。
第1図は本発明のX線発生装置の一実施例を示す縦断
面図である。第1図において、1は高電圧側フランジ、
2は低電圧側フランジ、3は絶縁物、4は低電圧側電
極、5は高電圧側電極、6はガスリザーバ、7はガス開
閉バルブ兼ガスノズル、8はガス導入路である。高電圧
側電極5は本実施例の場合、放電容器も兼ねている。ガ
スリザーバ6の一端には絶縁性ガスパイプ10、ガス流量
調整器11、ガス開閉バルブ12を介してガスタンク13が接
続されている。ガス開閉バルブ7の一方はガスリザーバ
6と摺動自在に接続され、絶縁物9を介して図示してい
ない操作機に接続されている。低電圧側フランジ2の下
方には真空容器17が接続され、X線透過窓19及び荷電粒
子除去器20が設けられている。真空排気は排気管18を介
して行われる。高電圧側電極5の一端は、絶縁物性排気
パイプ14、ガス流量調整器15、排気管16を介して排気管
18に接続されている。パルス大電流源は充電装置21,コ
ンデンサ22,放電スイッチ23より構成され、高電圧側フ
ランジ1,低電圧側フランジ2に接続されている。
X線発生にあたつては、ガス開閉バルブ7を開放し、
ガスリザーバ6内のガスをガス導入路8から注入する。
高電圧側電5から超音速流のガスが噴出し、定常状態の
気流状態になつた後、コンデンサ22に充電された電荷を
放電スイツチ23を介して印加する。コンデンサ22からパ
ルス大電流が供給され、高電圧側電極5と低電圧側電極
4との間隙内でZピンチし、高温,高密度プラズマ24を
形成し、このプラズマ24中より注入ガスの特性X線25を
発生させる。
ここで問題となるのは、連続的にガスを注入した場
合、一定のガス密度の半径方向に密度(あるいは圧力)
の勾配のある円柱状気柱が形成できるかがポイントとな
る。本発明の実施例ではこの点について考慮している。
第2図に放電電極部分の詳細図を示す。第2図の中心軸
の図面上部のガス気流の流速ベクトルを第3図に示す。
計算法はフロイド・イン・セル(Fluid in Cell)法を
用いており、軸対称流のモデルで過度的な流速,圧力,
密度,温度等の分布を計算できる。第3図は、Neガスを
対象とし、リザーバ圧力1atm,ガス開閉バルブ7動作後1
200μs時の状態である。ガス流は高電圧側電極5の電
路5′の内壁と中心部を通る渦気流を生じていることが
わかる。第3図の電極間各部の密度時間変化を第4図
に、圧力時間変化を第5図に示す。第4図には主要な点
のガス密度時間変化を示し、ガス導入路出口,中心軸
部,電極内壁部の3箇所を示した。ガス導入路出口
のガス密度は時間経過とともに単調増加するのではな
く、約200〜400μs時に密度増加勾配が一度ゆるやかに
なつている。これは先に述べた渦気流の影響があるもの
と考えられる。その後,の地点ともガス注入後700
μs以後ほぼ定常状態に達している。ガス導入路出口
のガス流速は超音速流で約750m/sから時間経過するとと
もに減少する。一方、電極内壁部のガス密度は時間経
過してもほとんど増加しない。
ガス注入形方式は、気流ガス密度(またはガス圧力)
の半径方向分布を利用することで、気柱表面での放電破
壊を得ることである。第5図の圧力分布特性より、ほぼ
定常気流に達している800μs時、急激な圧力勾配を有
していることがわかる。
このようにガス導入路8からガス注入を連続的に実施
しても、ガス気柱の密度は一定時刻後に定常状態に達
し、安定な放電気柱を得ることができる。ただしこのこ
とは、放電容器等の構造等に左右されるので、最適化す
る必要がある。長時間ガス連続注入時、放電容器内壁の
ガス密度の上昇(例えば第4図)は無視できないの
で、本実施例の場合、排気パイプ14より排気している。
排気速度はガス流量調整器15による。
放電によるZピンチにより第5図に示した円柱状のガ
ス気柱形状は一度破壊するが、約1〜10ms後に再現す
る。放電頻度を10Hzとすると、放電間隔は100msである
ので、実用上支障はない。このように本実施例の場合、
連続的にガスを注入しているので、10Hz程度の高頻度放
電が可能になる効果を有する。なおウエハーのハンドリ
ング時間は数十秒あるので、この期間中,開閉バルブ7
を閉じることにより、注入ガスの節約及び放電管内の初
期化(真空化)ができるので、実施した方がよい。
第6図は本発明の他の実施例を示す縦断面図で、第1
図と同一構成要素は同じ符号で示し、説明は省略する。
第6図は、高電圧側電極5及び低電圧側電極4を真空容
器17中に設置した場合であり、5aは高電圧側電極5の内
部電極である。本実施例の場合、電極間の径方向の排気
口を低電圧側フランジ2中に設けた。また、高電圧側電
極5に直結のガス開閉バルブを省略し、ガス開閉バルブ
12によつてその機能を兼ねている。本発明の実施例の場
合も第1図と同一効果を得ることができ、安定的にX線
放射を得られる。
第7図は本発明のさらに他実施例を示す縦断面図で、
その構成は第6図とほぼ同様であるが、電極間半径方向
のガス排気の方法が異なる。排気パイプ14を低電圧側電
極4側に取り付け、真空容器17用の排気管18中にガス流
量調整器15を設けた。本実施例の場合、排気パイプ14の
パイプ長さが短くでき、排気効率が上がるという効果も
ある。
なお、第6図,第7図の実施例とも、高電圧側電極5
直結のガス開閉バルブを省略したが、第1図と同様に設
置してもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、ガス注入形の
X線発生装置において、連続パルス放電時、電極間にガ
スを注入する開閉バルブを開放状態のままとし、連続的
にガスを供給し、放電容器を真空排気する排気路と別に
電極間隙部の半径方向のガス流を真空排気する排気路を
設けたので、常時電極間に安定な円柱状の放電気柱が得
られ、このため、毎放電前の電極間ガス気柱の再現性が
高く、安定なX線輝度の放射を得ることができるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のX線発生装置の一実施例を示す縦断面
図、第2図は第1図の放電電極部分の詳細の一実施例を
示す縦断面図、第3図はガス流の流速ベクトル図、第4
図はガス密度の時間変化を示す線図、第5図はガス圧力
の径方向分布を示す線図、第6図,第7図はそれぞれ本
発明の他の実施例を示す縦断面図である。 4……低電圧側電極、5……高電圧側電極、5a……内部
電極、7……ガス開閉バルブ、8……ガス導入路、11…
…ガス流量調整器、12……ガス開閉バルブ、14……絶縁
物性排気パイプ、15……ガス流量調整器、16……排気
管、17……真空容器、18……排気管、19……X線透過
窓、21……充電装置、22……コンデンサ23……放電スイ
ツチ。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】放電容器内に対向する一対の電極を設け、
    一方の電極部を開閉バルブを介してガス供給部と接続す
    ると共に、前記電極間に接続されたパルス電流電源と前
    記放電容器内を真空排気する排気路を備えてなるX線発
    生装置において、 前記一方の電極を円筒状とし、前記開閉バルブを円形状
    とし、当該円筒状電極の内側に前記円形状の開閉バルブ
    を設け、前記一対の電極に連続パルス電流印加時、前記
    開閉バルブを開放状態に保持し、前記円筒状の電極と前
    記円形状の開閉バルブとの間隙からガスを連続して噴出
    させるように構成したことを特徴とするX線発生装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のX線発生装置において、 前記一対の電極の間隙部を半径方向のガス流を真空排気
    する排気路を、前記放電容器内を真空排気する排気路と
    は別に設けたことを特徴とするX線発生装置。
  3. 【請求項3】放電容器内に対向する一対の電極を設け、
    一方の電極部を開閉バルブを介してガス供給部と接続す
    ると共に、前記電極間に接続されたパルス電流電源と前
    記放電容器内を真空排気する排気路を備えてなるX線発
    生装置において、 前記一方の電極を、外部電極部と内部電極部とからなる
    二重円筒状とし、前記一対の電極に連続パルス電流印加
    時、前記開閉バルブを開放状態に保持し、当該二重円筒
    状電極の間隙からガスを連続して噴出させるように構成
    したことを特徴とするX線発生装置。
  4. 【請求項4】請求項3記載のX線発生装置において、 前記一対の電極の間隙部の半径方向のガス流を真空排気
    する排気路と、前記放電容器内を真空排気する排気路と
    は別に設けたことを特徴とするX線発生装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6667484B2 (en) 2000-07-03 2003-12-23 Asml Netherlands B.V. Radiation source, lithographic apparatus, device manufacturing method, and device manufactured thereby
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