JP2614457B2 - Laser plasma X-ray generator and X-ray exit opening / closing mechanism - Google Patents

Laser plasma X-ray generator and X-ray exit opening / closing mechanism

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JP2614457B2
JP2614457B2 JP62226699A JP22669987A JP2614457B2 JP 2614457 B2 JP2614457 B2 JP 2614457B2 JP 62226699 A JP62226699 A JP 62226699A JP 22669987 A JP22669987 A JP 22669987A JP 2614457 B2 JP2614457 B2 JP 2614457B2
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望月孝晏
千代衛 山中
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千代衛 山中
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はレーザープラズマX線発生装置の改良に係
り,主としてX線リソグラフィーやX線顕微鏡等の光源
として利用されるものである。
The present invention relates to an improvement in a laser plasma X-ray generator, and is mainly used as a light source for X-ray lithography and X-ray microscopes.

(従来の技術) レーザープラズマX線発生装置は,高出力で,所定の
繰り返し周波数を有するパルスレーザー光を固定標的物
質上に集光照射することにより高温高密度プラズマを生
成し,それより放射されるX線をX線リゾグラフィーや
X線顕微鏡等の光源として利用するものである。
(Prior art) A laser plasma X-ray generator generates high-temperature, high-density plasma by converging and irradiating a high-power, pulsed laser beam having a predetermined repetition frequency onto a fixed target material, and radiating the plasma. X-rays are used as light sources for X-ray lithography and X-ray microscopes.

従来のX線発生装置は,通常第6図に示す如く真空チ
ャンバー1内に金属ターゲット回転体2を配設し,レー
ザー集光機構3を介してパルスレーザー光4を回転体2
の集光点上へ照射すると共に,発生したX線5をX線射
出口6から外部へ導出するように構成されている。
In a conventional X-ray generator, a metal target rotating body 2 is usually disposed in a vacuum chamber 1 as shown in FIG.
The X-ray 5 is emitted to the outside of the X-ray exit port 6 while irradiating the light onto the light-converging point of the X-ray.

前記ターゲット物質としては,発生するX線(0.1〜3
keV)のエネルギー等の点から銅,アルミニウム等の金
属固体物質が最適と考えられており,金属板を円筒又は
回転対称体に成形してこれを回転させることにより,常
に新しい平滑な固体表面がレーザー光の集光点へ来るよ
うに構成されている。尚,新しい固体表面がレーザーの
集光点へ来るようにするのは,レーザー光の照射により
集光点を中心にターゲット物質が蒸発し,クレーター状
の痕跡が発生してレーザー光の集光性が不安定になるか
らである。
As the target material, generated X-rays (0.1 to 3
Metal solid materials such as copper and aluminum are considered to be optimal in terms of energy (keV). By shaping a metal plate into a cylinder or a rotationally symmetric body and rotating it, a new smooth solid surface is always obtained. It is configured to come to the focal point of the laser light. In order for the new solid surface to come to the focal point of the laser, the target material evaporates around the focal point due to the irradiation of the laser beam, and a crater-like trace is generated. Is unstable.

真空チャンバー1のX線射出口6は,通常ベリリウム
等の高X線透過率の薄膜により密閉されており,チャン
バー1内の真空度を保持すると共に,低圧のチャンバー
1内から高圧の外部へX線を効率よく導出できるように
構成されている。
The X-ray emission port 6 of the vacuum chamber 1 is usually sealed with a thin film having a high X-ray transmittance such as beryllium so as to maintain the degree of vacuum in the chamber 1 and to move the X-ray from the low-pressure chamber 1 to the high-pressure outside. It is configured so that a line can be efficiently derived.

前記第6図に記載した従前のレーザープラズマX線発
生装置は,ターゲット物質の表面に於けるレーザー光の
集光安定度が高く,しかも,チャンバー1内の真空度を
極めて容易に保持できるという優れた実用的効用を有す
るものである。
The conventional laser plasma X-ray generator shown in FIG. 6 is excellent in that the stability of focusing laser light on the surface of the target material is high and that the degree of vacuum in the chamber 1 can be maintained extremely easily. It has practical utility.

しかし,当該X線発生装置にも解決すべき多くの問題
点が残されている。
However, the X-ray generator still has many problems to be solved.

第1の問題は,X線射出口6に設けたベリリウム等の薄
膜によるX線の減衰の問題である。X線透過率が高いと
雖も,薄膜によるX線の減衰は避けられず,特にチャン
バー1の内・外の圧力差が大きく,且つX線射出口6の
面積が大きい場合には,膜厚を必然的に厚くする必要が
あり,X線の減衰が大きくなるという問題がある。
The first problem is a problem of X-ray attenuation due to a thin film of beryllium or the like provided at the X-ray exit 6. Although the X-ray transmittance is high, attenuation of X-rays due to the thin film is unavoidable. In particular, when the pressure difference between the inside and outside of the chamber 1 is large and the area of the X-ray exit 6 is large, the film thickness is small. Must be made thicker inevitably, and there is a problem that attenuation of X-rays increases.

又,X線の減衰を避けるために射出口6を開口した場合
には,チャンバー1内の真空度の維持が困難になるう
え,後述する如く金属蒸気の漏洩に依る様々な不都合が
発生する。
Further, when the injection port 6 is opened to avoid attenuation of X-rays, it becomes difficult to maintain the degree of vacuum in the chamber 1 and various inconveniences occur due to leakage of metal vapor as described later.

第2の問題は,加熱に依り発生する金属蒸気の蒸着の
問題である。金属ターゲットを用いるため,レーザー加
熱によって金属蒸気が発生し,この金属蒸気がチャンバ
ー1の内壁面やX線射出口6の薄膜上に蒸着する。その
結果,薄膜のX線透過率が低下し,X線が減衰して強度の
安定したX線が得られないという難点がある。
The second problem is a problem of vapor deposition of metal vapor generated by heating. Since a metal target is used, a metal vapor is generated by laser heating, and the metal vapor is deposited on the inner wall surface of the chamber 1 and the thin film of the X-ray emission port 6. As a result, there is a problem that the X-ray transmittance of the thin film is reduced, the X-rays are attenuated, and X-rays with stable intensity cannot be obtained.

又,X線射出口6を開放した場内には,開口を通して金
属蒸気が外部へ流出する。その結果,X線マスク等のX線
被照射体に堆積して,被照射体の破壊や性能劣化を引き
起す。
In a place where the X-ray emission port 6 is opened, metal vapor flows out through the opening. As a result, it accumulates on an X-ray irradiation target such as an X-ray mask, causing destruction of the irradiation target and deterioration of performance.

第3の問題は,金属ターゲット回転体2の交換の問題
である。前述の如く,レーザー光の照射によってクレー
ター状の痕跡を生じたターゲット表面は,集光度の安定
性が悪化するため再使用が不能である。従って,回転対
称体に形成したターゲットであっても,1時間程度の使用
毎に交換をする必要があり,操作が煩雑になるうえ,自
動交換の場合には大規模な装置を必要とし,設備費の大
幅な高騰を招来するという問題がある。
The third problem is that of replacing the metal target rotating body 2. As described above, the target surface on which the crater-like trace has been generated by the irradiation of the laser beam cannot be reused because the stability of the light concentration deteriorates. Therefore, even if the target is formed in a rotationally symmetrical body, it must be replaced after each use for about one hour, which makes the operation complicated and requires large-scale equipment for automatic replacement. There is a problem that the cost rises sharply.

一方,前述の如き問題の解決を図るため,各種の考案
がこれまでに開示されている。
On the other hand, various ideas have been disclosed so far in order to solve the above-mentioned problems.

例えば,前記X線射出口6に設けた薄膜に依るX線の
減衰の問題を解決するものとして,真空チャンバー内に
マスクやレジスト付基板を直接配設する装置(特開昭60
−7130号)や,X線を発生する高真空度の第1密閉室とX
線減衰率の小さなヘリウムガス等を充填した第2密閉室
とを中間室を介設して連結し,第2密閉室と外部との圧
力差を略零にすることにより,第2密閉室のX線放射口
に設けた薄膜の厚さを薄くすると共に,その面積(照射
面積)を大きく出来るようにしたX線発生装置(特開昭
58−225636号)が開示されている。
For example, as a device for solving the problem of X-ray attenuation due to the thin film provided at the X-ray exit 6, an apparatus in which a mask or a substrate with a resist is directly disposed in a vacuum chamber (Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60/1985).
No.-7130) and the first sealed chamber with high vacuum generating X-rays and X
A second sealed chamber filled with helium gas or the like having a small linear attenuation rate is connected via an intermediate chamber, and the pressure difference between the second sealed chamber and the outside is reduced to substantially zero, so that the second sealed chamber is closed. An X-ray generator (Japanese Patent Laid-Open Publication No.
No. 58-225636).

しかし,前者の特開昭60−7130号の装置に於いては,X
線の減衰の防止は図れても,金属蒸気の蒸着によるマス
クの破損等の問題は避けられず,実用化は著しく困難で
ある。
However, in the former device of JP-A-60-7130, X
Even if the attenuation of the line can be prevented, problems such as damage to the mask due to vapor deposition of metal vapor are unavoidable, and practical application is extremely difficult.

また,後者の特開昭58−225636号の装置にあっても,
高真空度の第1密閉室と大気圧の近い第2密閉室とが中
間室を介して連通されているため,第1密閉室の真空度
の維持が著しく困難になるだけでなく,第2密閉室のヘ
リウムガスによるX線の減衰により,薄膜を薄くしたこ
とによる効果が相殺されるという難点がある。
Further, even in the latter device disclosed in JP-A-58-225636,
Since the first closed chamber having a high vacuum degree and the second closed chamber near the atmospheric pressure are communicated via the intermediate chamber, it is not only extremely difficult to maintain the degree of vacuum in the first closed chamber, but also the second closed chamber. There is a disadvantage that the effect of thinning the thin film is offset by the attenuation of the X-rays by the helium gas in the closed chamber.

又,前記金属蒸気の蒸着の問題を解決するものとし
て,チャンバーの壁外にRF発振コイルを配設し,金属蒸
気の蒸着が生じた場合にはチャンバー内へガス(例えば
Cl2)を導入し、このガスをRF発振コイルのエネルギー
によりプラズマ化することによって蒸着粒子(例えばAl
粒子)をガス化(例えばAl2Cl3)し,外部へ排出する装
置(特開昭58−40757号)や,或いは,ターゲット物質
として,プラズマ化後の生成物が雰囲気との化合若しく
は物質自体の分解等によってガス化する物質を用い,チ
ャンバー内壁面への蒸着を防止する装置(特開昭58−15
8842号)等が開示されている。
In order to solve the problem of metal vapor deposition, an RF oscillation coil is disposed outside the chamber wall, and when metal vapor deposition occurs, a gas (for example,
Cl 2 ) is introduced, and this gas is turned into a plasma by the energy of the RF oscillation coil to thereby deposit particles (for example, Al).
Particle) into a gas (for example, Al 2 Cl 3 ) and discharging it to the outside (JP-A-58-40757), or as a target material, the product after plasma conversion is combined with the atmosphere or the material itself A device that prevents deposition on the inner wall of the chamber by using a substance that is gasified by decomposition of
No. 8842) is disclosed.

しかし,前者の特開昭58−40757号に於いては,蒸着
が発生する毎にガスの導入並びにプラズマ化操作を行な
う必要があり,操作が煩雑になると共に,X線発生装置の
連続運転が出来ないという難点がある。また,発振コイ
ル駆動の際,マスク,レジスト等がチャンバー内に置か
れていると,プラズマによってマスク等が損傷するとい
う欠点もある。
However, in the former Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-40757, it is necessary to introduce a gas and perform a plasma conversion operation every time vapor deposition occurs, which complicates the operation and makes continuous operation of the X-ray generator impossible. There is a drawback that you can not. Further, when the oscillation coil is driven, if the mask, the resist and the like are placed in the chamber, there is a disadvantage that the mask and the like are damaged by the plasma.

又,後者の特開昭58−158842号に於いても,ターゲッ
ト物質とプラズマ化後の生成物がガスとなる物質を使用
することが開始されているものの,ターゲット物質の供
給方法やX線放射口に於けるX線の減衰防止については
具体的手段が何等開示されておらず,実用化が著しく困
難である。
Also, in the latter Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-158842, although the use of a substance in which the target substance and the product after plasma conversion become a gas has been started, the method of supplying the target substance and the X-ray radiation No specific means are disclosed for preventing X-ray attenuation in the mouth, and practical application is extremely difficult.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明は,従前のレーザープラズマX線発生装置に於
ける上述の如き問題,即ちX線射出口の薄膜によりX
線が減衰すること(X線射出口を開口とした場合には,
チャンバーの真空度維持が困難になること),蒸発し
たターゲット物質がチャンバー内壁面へ付着し,X線透過
率が変動すること(X線射出口が開口の場合には,ター
ゲット物質の蒸発物が外部へ漏出し,マスク等を破損す
ること)及びターゲット物質の交換に手数がかかり,X
線発生装置の長期に亘る連続使用が出来ないこと等の問
題を解決せんとするものである。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention solves the above-mentioned problem in the conventional laser plasma X-ray generator, that is, the X-ray emission film due to the thin film.
Attenuation of radiation (when the X-ray exit is open,
It is difficult to maintain the degree of vacuum in the chamber), and the evaporated target material adheres to the inner wall surface of the chamber and fluctuates in X-ray transmittance. Leakage to the outside and damage to the mask, etc.)
An object of the present invention is to solve the problem that the line generator cannot be used continuously for a long time.

(問題点を解決するための手段) 本発明によればレーザー光の集光点へ新しいターゲッ
ト物質の照射面を容易に且つ連続的に供給できると共
に,X線射出口をパルスレーザーの照射に同期せしめて開
口することにより,X線の減衰やターゲット物質の蒸気の
漏洩の防止,チャンバー内真空度の維持の容易化等を可
能にしたレーザプラズマX線発生装置が得られる。
(Means for Solving the Problems) According to the present invention, an irradiation surface of a new target material can be easily and continuously supplied to a focal point of a laser beam, and an X-ray exit can be synchronized with irradiation of a pulse laser. By opening the aperture at least, a laser plasma X-ray generator capable of preventing attenuation of X-rays, preventing leakage of vapor of a target material, facilitating maintenance of the degree of vacuum in the chamber, and the like can be obtained.

より具体的に云えば,本発明ではパルスレーザー光の
入射口とX線射出口とを備え且つ内部を減圧状態とした
チャンバーと,パルスレーザー光の集光点へレーザー加
熱により気化する化学的に安定な液体又は固定状のター
ゲット物質を連続的に供給,移送するターゲット物質供
給,移送装置と,前記X線射出口と対向して設けられ,
レーザーパルスと同期してX線射出口を開口するX線射
出口開閉機構とをなしている。
More specifically, according to the present invention, a chamber having an entrance for pulsed laser light and an X-ray exit and having a depressurized inside is provided with a chemical vaporizer which vaporizes by laser heating to a focal point of the pulsed laser light. A target material supply / transfer device for continuously supplying / transferring a stable liquid or fixed target material, and a device provided opposite to the X-ray emission port,
An X-ray emission port opening / closing mechanism that opens the X-ray emission port in synchronization with the laser pulse.

また,本発明は,上記したX線射出口開閉機構とし
て,小孔を穿設した2枚の回転円盤を,両者の一部を相
互に重ね且つ両者の小孔を合致可能に並設せしめて前記
X線射出口と対向する位置に軸支すると共に,両回転円
盤の回転周波数の差をレーザーパルス光の繰り返し周波
数に等しくし,前記両小孔の合致によるX線射出口の開
口と,レーザプラズマによるX線の発生とを同期させる
構成を使用する。
Further, according to the present invention, as the above-mentioned X-ray emission opening / closing mechanism, two rotating disks each having a small hole are arranged side by side so that a part of the two disks can be overlapped and both small holes can be matched. The rotating disk is supported at a position facing the X-ray emission port, and the difference between the rotation frequencies of the two rotating disks is made equal to the repetition frequency of the laser pulse light. A configuration for synchronizing the generation of X-rays by plasma is used.

本発明の一態様によれば,上記したターゲット物質と
して常温で希ガス又は不活性ガスである液体又は固体を
用いたレーザープラズマX線発生装置が得られる。
According to one embodiment of the present invention, a laser plasma X-ray generator using a liquid or a solid that is a rare gas or an inert gas at room temperature as the above-described target material is obtained.

本発明の他の態様によれば,ターゲット物質供給移送
装置が無端ベルトにより構成されたレーザープラズマX
線発生装置が得られる。
According to another aspect of the present invention, the target material supply / transfer device includes a laser plasma X having an endless belt.
A line generator is obtained.

本発明の更に他の態様によれば,ターゲット物質供給
移送装置が先端を開口したパイプ体により構成されたレ
ーザープラズマX線発生装置が得られる。
According to still another aspect of the present invention, there is provided a laser plasma X-ray generator in which the target material supply / transfer device is constituted by a pipe having an open end.

本発明の他の態様によれば,ターゲット物質供給移送
装置が,チャンバーからの排気ガスに含まれるターゲッ
ト物質の冷却回収装置を具備するレーザープラズマX線
発生装置が得られる。
According to another aspect of the present invention, there is provided a laser plasma X-ray generator in which the target material supply / transfer device includes a device for cooling and recovering the target material contained in the exhaust gas from the chamber.

本発明の更に別の態様によれば,両小孔の合致による
X線射出口の開口時間がパルスレーザー光の時間幅とほ
ぼ等しいレーザープラズマX線発生装置が得られる。
According to still another aspect of the present invention, there is provided a laser plasma X-ray generator in which the opening time of the X-ray emission port due to the coincidence of the two small holes is substantially equal to the time width of the pulsed laser beam.

本発明の他の態様によれば,両回転円盤がX線射出口
の外側前方に配設されたレーザープラズマX線発生装置
が得られる。
According to another aspect of the present invention, there is provided a laser plasma X-ray generator in which both rotating disks are disposed outside and forward of the X-ray exit.

(作用) 液体又は固体状の不活性元素から成るターゲット物質
が,ターゲット物質供給装置によりチャンバー内のター
ゲット物質移送装置へ供給され,該移送装置によりター
ゲット物質がパルスレーザー光の集光点へ連続的に供給
される。
(Function) A target material comprising a liquid or solid inert element is supplied to a target material transfer device in a chamber by a target material supply device, and the target material is continuously transferred to a focal point of the pulsed laser beam by the transfer device. Supplied to

一方,前記集光点へは,レーザー光源から放射された
パルスレーザー光が集光機構を通して入射されており,
パルスレーザー光により加熱されたターゲット物質はプ
ラズマ化され,プラズマ化したターゲット物質からX線
が放射される。
On the other hand, a pulse laser beam emitted from a laser light source is incident on the focusing point through a focusing mechanism.
The target material heated by the pulsed laser beam is turned into plasma, and X-rays are emitted from the target material turned into plasma.

プラズマ化されてガス状となったターゲット物質は,
排気装置によりチャンバー外部へ排出され,ターゲット
物質供給装置内に設けた冷却回収装置へ送られる。ここ
で冷却により再液化又は再固化されたターゲット物質
は,引き続きチャンバー内のダーゲット物質移送装置へ
供給されて行く。
The target material that is turned into plasma and gaseous is
The gas is discharged to the outside of the chamber by the exhaust device, and is sent to a cooling / recovering device provided in the target material supply device. Here, the target material re-liquefied or re-solidified by cooling is continuously supplied to the target material transfer device in the chamber.

一方,前記プラズマ化されたターゲット物質より放射
されたX線は,X線射出口と対向状に配設したX線射出口
開閉機構の開口時に,この開口を通してチャンバー外へ
射出される。
On the other hand, the X-rays emitted from the plasma-converted target material are emitted to the outside of the chamber through the opening of the X-ray emission opening / closing mechanism disposed opposite to the X-ray emission opening.

前記X線射出口開閉機構は,両回転円盤にそれぞれ形
成した2つの小孔が丁度合致した時に開口され,前記パ
ルスレーザー光と同期して開閉機構の開口が行なわれる
と共に,開閉機構の開口時間は,パルスレーザーの光の
パルス幅時間に略一致するように設定されている。
The X-ray emission opening / closing mechanism is opened when two small holes respectively formed on both rotating disks exactly coincide with each other, and the opening / closing mechanism is opened in synchronization with the pulse laser beam, and the opening / closing time of the opening / closing mechanism is opened. Is set to substantially coincide with the pulse width time of the light of the pulse laser.

(実施例) 以下,第1図乃至第5図に基づいて本発明の一実施例
を説明する。
(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

第1図は,本発明に係るレーザープラズマX線発生装
置の横断面概要図であり,第2図はX線射出口開閉機構
の概要説明図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a laser plasma X-ray generator according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic explanatory view of an X-ray emission opening / closing mechanism.

第1図に於いて,10は内部を減圧した金属製のチャン
バー,14はターゲット物質を連続的にパルスレーザー光
の集光点へ供給するためのターゲット物質移送装置,20
はチャンバーの外部よりターゲット物質移送装置へター
ゲット物質を供給するためのターゲット物質供給装置,2
1はX線射出口の開閉を規制するX線射出口開閉機構で
ある。
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a metal chamber whose internal pressure is reduced, 14 denotes a target material transfer device for continuously supplying a target material to a focal point of a pulse laser beam, and 20 denotes a target material transfer device.
Is a target material supply device for supplying the target material from the outside of the chamber to the target material transfer device, 2
Reference numeral 1 denotes an X-ray emission opening / closing mechanism that regulates opening / closing of the X-ray emission opening.

前記チャンバー10はステンレス鋼等により気密に形成
されており,その内部は排気装置11により約10torr以下
の低真空度に保持されている。当該チャンバー10の側壁
にはパルスレーザー光の入射口12が穿設されており,レ
ーザー集光機構12aを通して,レーザー光源13からのパ
ルスレーザー光13aがターゲット物質移送装置14上のタ
ーゲット物質15へ入射される。
The chamber 10 is formed airtight from stainless steel or the like, and the inside thereof is maintained at a low vacuum of about 10 torr or less by an exhaust device 11. An entrance 12 for pulsed laser light is formed in the side wall of the chamber 10, and a pulsed laser light 13a from a laser light source 13 is incident on a target material 15 on a target material transfer device 14 through a laser focusing mechanism 12a. Is done.

又,チャンバー10の前壁にはX線射出口16が穿設され
ており,パルスレーザー光によってプラズマ化したター
ゲット物質15から放射されたX線17が,当該射出口16へ
入射される。
An X-ray emission port 16 is formed in the front wall of the chamber 10, and X-rays 17 radiated from the target material 15, which has been turned into plasma by pulsed laser light, enter the emission port 16.

チャンバー10の内部には,ターゲット物質15をパルス
レーザー光13aの集光点18へ移送するためのターゲット
物質移送物質14が配設されている。本実施例に於いて
は,ターゲット物質移送装置14として無端ベルトを用
い,これを駆動装置(図示省略)により矢印方向へ一定
速度で回動するようにすることにより、液体又は固体の
ターゲット物質15をレーザー集光点18へ連続的に供給す
ることができる。
Inside the chamber 10, a target material transfer material 14 for transferring the target material 15 to the focal point 18 of the pulse laser beam 13a is provided. In the present embodiment, an endless belt is used as the target material transfer device 14, and this is rotated at a constant speed in the direction of the arrow by a driving device (not shown), so that a liquid or solid target material 15 is formed. Can be continuously supplied to the laser focal point 18.

前記ターゲット移送装置14へは,ターゲット物質供給
路19を通して,ターゲット物質供給装置20から後述する
ターゲット物質15が供給される。
A target material 15 described later is supplied to the target transfer device 14 from a target material supply device 20 through a target material supply path 19.

前記ターゲット物質供給装置20は,ターゲット物質15
の貯留・加圧装置20b,冷却・回収装置20a等により構成
されており,定常運転状態に於いては,レーザー光線13
aの集光照射により気化したターゲット物質15が,排気
装置11を経由して冷却回収装置20aへ導入され,冷却に
より再液化又は再固化されたあと,供給路19を通してタ
ーゲット物質移送装置14へ供給されて行く。
The target material supply device 20 includes a target material 15
The storage and pressurization device 20b, the cooling and recovery device 20a, etc.
The target material 15 vaporized by the condensing irradiation of a is introduced into the cooling / recovery device 20a via the exhaust device 11, and is re-liquefied or re-solidified by cooling, and then supplied to the target material transfer device 14 through the supply path 19. Go being.

また,以上の実施例に於いては,ターゲット供給路19
としてパイプを使用しているが,液体又は固体状のター
ゲット物質15をターゲット物質移送装置14へ有効に供給
できるものであれば,パイプ以外の如何なる構造のもの
であってもよい。
In the above embodiment, the target supply path 19
Although a pipe is used as the material, any structure other than a pipe may be used as long as the liquid or solid target material 15 can be effectively supplied to the target material transfer device 14.

前記ターゲット物質15としては,クリプトン,キセノ
ン,アルゴン等の希ガス又は化学的に不活性で温度マイ
ナス50℃以上では容易に気化し,且つそれ以下の温度を
液化点もしくは固化点とする物質を,液化又は固化状に
て使用する(以下クライオターゲットと呼称する)。
As the target substance 15, a rare gas such as krypton, xenon, or argon or a substance that is chemically inert, easily vaporizes at a temperature of −50 ° C. or more, and has a liquefaction point or a solidification point at a temperature lower than that, Used in a liquefied or solidified state (hereinafter referred to as a cryotarget).

前記クライオターゲットを当該プラズマレーザーX線
発生装置のターゲット物質15として採用することは,第
4図及び第5図に示す本件発生者らにより見い出され
た,X線発生効率の原子番号依存性の実験結果を基にして
知得されたものである。
The adoption of the cryo-target as the target material 15 of the plasma laser X-ray generator is based on an experiment on the atomic number dependence of the X-ray generation efficiency found by the present inventors as shown in FIGS. 4 and 5. It was obtained based on the results.

第4図は縦軸をX線放射エネルギー強度(J/Sr keV E
L)(ここで,Jはジュール,Srはステラジアン(立体
角),keVはキロエレクトンボルト,ELはレーザーエネル
ギー(J)である。)とし,横軸をX線の光子エネルギ
ー(keV),即ちX線スペクトルとして表わし,これを
原子番号の異なるターゲット物質について表わしたもの
である。第4図において例えば,原子番号6(炭素C)
は光子エネルギーが0.3〜0.6keVの間でX線放射エネル
ギーのピーク値が見られ,また原子番号64(ガドリニウ
ムGd)は光子エネルギーが0.1〜0.5keVの間と1.3〜2.0k
eVの間でX線放射エネルギーのピーク値が見られる。
Fig. 4 shows the X-ray radiation energy intensity (J / Sr keV E
L ) (where J is joule, Sr is steradian (solid angle), keV is kilo-electon volt, and E L is laser energy (J).) The horizontal axis is photon energy of X-ray (keV), That is, it is expressed as an X-ray spectrum, which is expressed for target materials having different atomic numbers. In FIG. 4, for example, atomic number 6 (carbon C)
Shows a peak value of X-ray radiation energy when the photon energy is between 0.3 and 0.6 keV, and atomic number 64 (gadolinium Gd) shows that the photon energy is between 0.1 and 0.5 keV and between 1.3 and 2.0 kV.
The peak value of the X-ray radiant energy is seen between eV.

第5図は縦軸を原子番号の二乗とし,横軸を光子エネ
ルギーとして第4図に示したX線放射エネルギーのピー
ク値について太線で示したものであり,これらは破線で
示すような直線状の傾向を示し,電子軌道であるK殻,L
殻,M殻およびN殻の各グループに分類されていることが
判る。このような分類は擬似モーズレの法則と呼ぶべき
ものである。第5図から必要な波長のX線を最も効率よ
く放射するターゲット物質を決定できることになる。即
ち,第5図を参照することによって,アルゴン(原子番
号18),クリプトン(原子番号36)及びキセノン(原子
番号54)の高X線放射エネルギー領域を知ることができ
る。
In FIG. 5, the vertical axis indicates the square of the atomic number, and the horizontal axis indicates the photon energy. The peak value of the X-ray radiant energy shown in FIG. 4 is indicated by a bold line. The electron orbital K shell, L
It can be seen that the husk, M husk and N husk are classified into each group. Such a classification should be called the pseudo-Moselet's law. From FIG. 5, it is possible to determine a target material that radiates X-rays of a required wavelength most efficiently. That is, by referring to FIG. 5, the high X-ray radiant energy regions of argon (atomic number 18), krypton (atomic number 36) and xenon (atomic number 54) can be known.

而して,X線リソグラフィーの実用化には光子エネルギ
ー1.0〜3.0keVのX線が最適とされるが,この領域のX
線を効率よく放射するターゲット物質として第4図及び
第5図によりクリプトン,キセノン又はアルゴン元素で
あることが判明した。前記クリプトンやキセノン,アル
ゴンのような不活性ガスは,室温では気体であり,化学
的に安定である。そのため,上述のように他の物質表面
に室温では堆積しない。
Thus, for practical use of X-ray lithography, X-rays having a photon energy of 1.0 to 3.0 keV are optimal.
FIGS. 4 and 5 show that the target material which efficiently emits a line is krypton, xenon or argon. Inert gases such as krypton, xenon and argon are gases at room temperature and are chemically stable. Therefore, it does not deposit on the surface of another material at room temperature as described above.

一方,レーザープラズマのターゲットとしては固体も
しくはそれに近い密度を持つことが必要である。そこで
このような不活性ガスを冷却し,液化又は固化したもの
をレーザーのターゲット(クライオターゲット)とする
のが望ましい。キセノンは液化点マイナス107.1℃,固
化点マイナス111.9℃であり,クリプトンは各々マイナ
ス152.9℃,マイナス156.6℃であり,現在のガス冷却技
術(例えば液体窒素(マイナス145.65℃))を用いるこ
とにより容易に液化又は固化させることができ,実用上
特に問題となる点は無い。
On the other hand, a laser plasma target needs to have a solid or a density close to that of a solid. Therefore, it is desirable to cool and liquefy or solidify such an inert gas as a laser target (cryotarget). Xenon has a liquefaction point of -107.1 ° C and a solidification point of -111.9 ° C, and krypton has a temperature of -152.9 ° C and -156.6 ° C, respectively. It can be liquefied or solidified, and there is no practical problem.

前記クライオターゲットへ入射されるパルスレーザー
光13aの光源13は高出力 高繰り返し型のパルスレーザ
ー光源であり,本実施例に於いては,ターゲット物質15
としての前述のクライオターゲットを使用し,集光後の
レーザー光強度が1013w/cm2以上,集光径が100〜500μ
mの場合に於いて,リソグラフィー装置の光源として最
適な光子エネルギー(1.0〜3.0keV)のX線を放射する
べく,レーザー波長0.53μm,出力約50W,パルス幅0.1nse
c,繰り返し周波数100Hzのパルスレーザー光源としてい
る。
The light source 13 of the pulsed laser light 13a incident on the cryogenic target is a high-output, high-repetition-type pulsed laser light source.
The above-mentioned cryogenic target is used, the laser beam intensity after focusing is 10 13 w / cm 2 or more, and the focusing diameter is 100 to 500μ.
m, in order to emit X-rays with the optimal photon energy (1.0 to 3.0 keV) as a light source for a lithography apparatus, a laser wavelength of 0.53 μm, an output of about 50 W, and a pulse width of 0.1 nse
c, A pulse laser light source with a repetition frequency of 100 Hz.

尚,レーザー光源としては,出力10W以上,パルス幅1
0〜0.1nsec,繰り返し周波数10〜1000Hzの光源が実用上
望ましい。
The laser light source has an output of 10W or more and a pulse width of 1
A light source having a repetition frequency of 0 to 0.1 nsec and a repetition frequency of 10 to 1000 Hz is practically desirable.

第3図は、第1図に示したターゲット物質移送装置14
の第2実施例を示している。この例では,ターゲット物
質供給路(移送管)190の先端部を絞り込むと共に、そ
の最先端をフレアー状に径を広げたパイプ体140をター
ゲット物質移送装置として使用している。この実施例で
は,パイプ体140の先端から適量のターゲット物質15が
押し出され、押し出されたターゲット物質の先端外表面
にパルスレーザー光が照射される構成となっているが、
このパイプ体140を第1図に示した無端ベルトと組み合
わせても良い。
FIG. 3 shows the target material transfer device 14 shown in FIG.
Of the second embodiment is shown. In this example, a tip 140 of a target material supply path (transfer pipe) 190 is narrowed down, and a pipe body 140 whose tip is expanded in a flared shape is used as a target material transfer device. In this embodiment, an appropriate amount of the target material 15 is extruded from the tip of the pipe body 140, and a pulsed laser beam is applied to the outer surface of the tip of the extruded target material.
This pipe body 140 may be combined with the endless belt shown in FIG.

例えば,供給路190の先端から液状のターゲット物質1
5を適宜の大きさの液滴として順次繰り出すようにした
場合には,後続の液状ターゲット物質15と照射を受ける
液滴との間が熱的にほぼ断絶されるため,レーザー光に
より与えられた熱が液状ターゲット物質15内へ容易に伝
わらず,そのため熱損失が減少するだけでなく,次のレ
ーザー照射を受けるべき液状ターゲットがレーザー光を
照射される前に加熱・気化されるのを,防ぐことが出来
る。
For example, the liquid target material 1
When 5 is sequentially fed out as droplets of an appropriate size, since the subsequent liquid target material 15 and the droplet to be irradiated are almost thermally disconnected from each other, the liquid target material 15 is given by the laser beam. Heat is not easily transferred into the liquid target material 15, which not only reduces heat loss, but also prevents the liquid target to be subjected to the next laser irradiation from being heated and vaporized before being irradiated with the laser light. I can do it.

また,液滴の繰り出しとパルスレーザーの照射とを同
期せしめた場合には,前記熱損失の減少がより一層顕著
なもとなる。
Further, when the ejection of the droplet and the irradiation of the pulse laser are synchronized, the decrease in the heat loss becomes even more remarkable.

第1図に戻ると,本発明に係るX線射出口開閉機構21
は,チャンバー10の前壁に穿設したX線射出口16の外側
にこれと対向状に配設されており,1個の小孔22又は小孔
23を穿設した2枚の回転円盤24,25と,回転駆動用モー
タ26,27等から構成されている。
Returning to FIG. 1, the X-ray emission opening and closing mechanism 21 according to the present invention
Is disposed outside the X-ray emission port 16 formed in the front wall of the chamber 10 so as to face the X-ray emission port 16 and has one small hole 22 or one small hole.
It is composed of two rotating disks 24 and 25 provided with a hole 23 and rotation driving motors 26 and 27.

前記回転円盤24,25は,第2図に示す如くその周辺部
を相互に重ね合わせた状態で,且つ前後方向に極く僅か
な間隙をもって並設され,支軸24a,25aにより回転自在
に軸支されている。即ち,両円盤24,25は,夫々の小孔2
2,23が両円盤の重なり部に於いて丁度前後方向に合致可
能なように並設されており,両小孔22,23が同時に両支
軸24a,25aを結ぶ直線の中央に位置したときに,X線射出
口16へ入射されたX線17が,両小孔22,23により形成さ
れた開口を通過して外部へ放射されることになる。
As shown in FIG. 2, the rotating disks 24 and 25 are juxtaposed with their peripheral portions superimposed on each other and with a very small gap in the front-rear direction. Supported. That is, both disks 24, 25 are
2 and 23 are arranged side by side so that they can coincide exactly in the front-rear direction at the overlapping portion of both disks, and when both small holes 22 and 23 are simultaneously located at the center of the straight line connecting both support shafts 24a and 25a Then, the X-rays 17 incident on the X-ray exit 16 pass through the opening formed by the small holes 22 and 23 and are radiated to the outside.

前記両円盤24,25は,モータ26,27により一定の回転周
波数1,(本例:=500Hz,=600Hz)で矢
印方向へ夫々回転されており,両円盤24,25は,両者の
回転周波数の差V=|2|が,丁度前述したパル
スレーザー光13aの繰り返し周波数V0(本例:V0=100H
z)に等しくなるように,回転数検出装置28,29及び制御
装置30によって自動制御されている。
The two disks 24 and 25 are rotated by motors 26 and 27 at constant rotation frequencies 1 and 2 (in this example, 1 = 500 Hz and 2 = 600 Hz) in the directions of the arrows, respectively. the difference V = the rotational frequency | 1 - 2 | is just repetition frequency V 0 (the example of the pulse laser beam 13a mentioned above: V 0 = 100H
The rotation speed detection devices 28 and 29 and the control device 30 are automatically controlled so as to be equal to z).

即ち,両円盤24,25の回転周波数の差Vとパルスレー
ザー光源13aの繰り返し周波数V0とを一致させることに
より,レーザープラズマにより発生したX線のX線射出
口16への入射と,両小孔22,23の合致による開口形成と
間の同期がとれ,X線17の入射と同期して開閉機構21によ
ってX線射出口が開口されると共に,X線17が入射しない
ときには,開閉機構21が閉鎖されることになる。
That is, by making the difference V between the rotation frequencies of the two disks 24 and 25 coincide with the repetition frequency V 0 of the pulse laser light source 13a, the X-rays generated by the laser plasma enter the X-ray exit 16 and The opening and closing of the openings 22 and 23 are synchronized with each other, and the opening and closing mechanism 21 opens the X-ray exit in synchronization with the incidence of the X-rays 17. Will be closed.

又,当該X線射出口開口機構21の開口時間(本例:64
μs)は,両回転円盤24,25の回転周波数1,並び
に小孔22,23の寸法(本例:1cm)および小孔22,23と回
転軸24a,25bとの間の距離(本例:5〜10cm)を適宜に選
定することにより開口時間が定まり(本例:64μs),
レーザーの繰り返し周期(本例:10ms)と比べ充分に短
い開口時間となる。なおこの開口時間は,パルスレーザ
ー光のパルス幅,即ちX線パルス幅(本例:約17ns)よ
りも充分に長い。
Also, the opening time of the X-ray emission opening mechanism 21 (in this example: 64)
μs) are the rotational frequencies 1 and 2 of the two rotating disks 24 and 25, the dimensions of the small holes 22 and 23 (in this example: 1 cm ), and the distances between the small holes 22 and 23 and the rotating shafts 24a and 25b. The opening time is determined by appropriately selecting (example: 5 to 10 cm) (this example: 64 μs),
The aperture time is sufficiently shorter than the laser repetition period (this example: 10 ms). The opening time is sufficiently longer than the pulse width of the pulse laser beam, that is, the X-ray pulse width (about 17 ns in this example).

更に,前記両円盤24,25は,前後方向に僅かな間隙
(本例:1〜2mm)をもって配設されると共に,後方の円
盤25とチャンバー前壁間の間隙も僅かな間隙(本例:1〜
2mm)に保持されているため,X線射出口16を通して真空
チャンバー10内へリークする外気は極く少量となり,排
気装置11に負担がかかり過ぎたり,或いは,回収冷却装
置20に於ける排気ガス内からのターゲット物質の冷却・
回収に支障を生ずるということは全く無い。
Further, the two disks 24, 25 are arranged with a small gap in the front-rear direction (this example: 1 to 2 mm), and the gap between the rear disk 25 and the chamber front wall is also a small gap (this example: 1 ~
2 mm), the amount of outside air leaking into the vacuum chamber 10 through the X-ray emission port 16 is extremely small, and the exhaust device 11 is overloaded, or the exhaust gas in the recovery cooling device 20 Cooling of target material from inside
There is no hindrance to recovery.

又,本実施例に於いては,X線射出口開閉機構21をチャ
ンバー10の外側に設けているが,回転円盤24,25等をチ
ャンバー内へ配設することも可能である。更に,小孔2
2,23の形状は任意に選択でき,且つ,小孔の数も各円盤
に1つに限らなくてもよい。
Further, in this embodiment, the X-ray emission opening / closing mechanism 21 is provided outside the chamber 10, but the rotating disks 24, 25 and the like can be provided in the chamber. In addition, small hole 2
The shapes of 2, 23 can be arbitrarily selected, and the number of small holes need not be limited to one for each disk.

(発明の効果) 本件発明に於いては,チャンバー内にターゲット物質
移送装置を配設し,チャンバー外からターゲット物質を
移送装置へ供給すると共に,新しいターゲット物質をレ
ーザー集光点へ連続的に供給する構成としているため,
従前の如くターゲット回転体を高頻度で取替える必要が
なく,操作性が著しく向上すると共に,安定したX線の
連続的照射が可能となる。
(Effect of the Invention) In the present invention, a target material transfer device is provided in the chamber, and the target material is supplied to the transfer device from outside the chamber, and a new target material is continuously supplied to the laser focus point. Configuration.
It is not necessary to replace the target rotating body with high frequency as in the past, so that the operability is remarkably improved and stable continuous X-ray irradiation becomes possible.

また,ターゲット物質としてレーザー加熱によってガ
ス化する化学的に安定な液体又は固体状の物質を利用し
ているため,チャンバー内壁面等への蒸発物の蒸着の問
題は一切発生せず,且つ気化されたターゲット物質を冷
却回収することにより,ターゲット物質の効率的な循環
使用が可能となる。
In addition, since a chemically stable liquid or solid material that is gasified by laser heating is used as the target material, there is no problem of vapor deposition on the inner wall of the chamber, etc. By cooling and collecting the target material, the target material can be efficiently recycled.

更に,X線射出口開閉機構により,X線射出口がX線の発
生と同期して且つパルスレーザーのパルス幅よりも長い
時間にわたって開口されるため,X線の減衰は充分に防止
され,常に安定した強度のX線が得られると共に,チャ
ンバー内真空度の保持も極めて容易となる。
In addition, the X-ray emission opening / closing mechanism opens the X-ray emission in synchronization with the generation of X-rays and for a time longer than the pulse width of the pulse laser. X-rays having a stable intensity can be obtained, and the degree of vacuum in the chamber can be easily maintained.

上述と如く,本件発明は,長年懸案であったターゲッ
ト物質の堆積の問題と,ターゲット物質の供給の問題,
さらに差圧排気の問題等を一挙に解決するものであり,
低コストで実用的なレーザープラズマX線発生装置の提
供を可能にする秀れた実用的効用を有するものである。
As described above, the present invention solves the problems of target material deposition and supply of target material, which have been pending for many years,
In addition, the problem of differential pressure exhaust is solved at once.
The present invention has excellent practical utility that enables provision of a low-cost and practical laser plasma X-ray generator.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例に係るレーザープラズマX線
発生装置の横断面概要図である。 第2図はX線射出口開閉機構の構造説明図である。 第3図はターゲット物質移送装置の他の実施例を示す説
明図である。 第4図及び第5図は,レーザーによるX線発生効率のタ
ーゲット原子番号依存性を示す実験結果の一例であり,
第4図はスペクトル強度を示し,第5図はスペクトル強
度が大きい位置の軌跡を示す。 第6図は,従前のレーザープラズマX線発生装置の概略
図である。 10……チャンバー,11……排気装置,12……レーザー光の
入射口,13……レーザー光源,14,140……ターゲット物質
移送装置,15……ターゲット物質,16……X線射出口,17
……X線,18……レーザー集光点,19,190……ターゲット
物質供給路,20……ターゲット物質供給装置,21……X線
射出口開閉機構,22,23……小孔,24,25……回転円盤,26,
27……モータ,28,29……回転数検出装置,30……制御装
置。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a laser plasma X-ray generator according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a structural explanatory view of the X-ray emission opening / closing mechanism. FIG. 3 is an explanatory view showing another embodiment of the target substance transfer device. 4 and 5 are examples of experimental results showing the dependence of X-ray generation efficiency by a laser on the target atomic number.
FIG. 4 shows a spectrum intensity, and FIG. 5 shows a locus at a position where the spectrum intensity is large. FIG. 6 is a schematic view of a conventional laser plasma X-ray generator. 10 ... chamber, 11 ... exhaust device, 12 ... laser light entrance, 13 ... laser light source, 14, 140 ... target material transfer device, 15 ... target material, 16 ... X-ray emission port, 17
... X-ray, 18 ... Laser focus point, 19,190 ... Target material supply path, 20 ... Target material supply device, 21 ... X-ray emission opening and closing mechanism, 22,23 ... Small holes, 24,25 …… Rotating disk, 26,
27 ... motor, 28,29 ... rotation speed detector, 30 ... control device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−133644(JP,A) 特開 昭61−153935(JP,A) 実開 昭55−173900(JP,U) 実開 昭62−177033(JP,U) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-60-133644 (JP, A) JP-A-61-153935 (JP, A) Fully open Showa 55-173900 (JP, U) Really open Showa 62- 177033 (JP, U)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】パルスレーザー光の入射口と、X線射出口
とを備え、且つ、内部を減圧状態にできるチャンバー
と、前記チャンバー内に集光点が位置するように、前記
パルスレーザー光を前記入射口を通して導く手段と、前
記パルスレーザー光の加熱により気化する化学的に安定
な液体又は固体状のターゲット物質を前記集光点へ連続
的に供給、移送する連続供給移送手段と、前記X線射出
口に対向して設けられ、前記パルスレーザー光と同期し
てX線射出口を開口するX線射出口機構とを備え、前記
連続供給移送手段は、前記集光点を通過するように設け
られた無端ベルトと、前記ターゲット物質を前記無端ベ
ルトの所定点を導く手段とを有し、前記無端ベルトの回
動により、前記ターゲット物質を前記無端ベルトの所定
点から前記集光点まで移送することを特徴とするレーザ
ープラズマX線発生装置。
1. A chamber having an entrance for pulsed laser light, an X-ray exit, and capable of reducing the pressure inside the chamber, and the pulsed laser light is transmitted so that a focal point is located in the chamber. Means for guiding through the entrance, continuous supply and transfer means for continuously supplying and transferring a chemically stable liquid or solid target material vaporized by heating of the pulsed laser beam to the focal point; An X-ray emission port mechanism that is provided to face the X-ray emission port and opens the X-ray emission port in synchronization with the pulsed laser beam, wherein the continuous supply and transfer means passes through the focal point. An endless belt provided, and means for guiding the target material to a predetermined point on the endless belt, and rotating the endless belt to move the target material from a predetermined point on the endless belt to the light-converging point. Laser plasma X-ray generator, characterized in that the transport.
【請求項2】パルスレーザー光を減圧チャンバー内に設
けたターゲット物質に照射し、プラズマ化したターゲッ
ト物質から放射されるX線を前記チャンバーに設けられ
たX線射出口を通して外部へ取り出す構成を備えたレー
ザープラスマX線発生装置に使用されるX線射出口開閉
機構において、それぞれ小孔を穿設した2枚の円盤と、
両者の一部が相互に重なり合うように、而も、両円盤の
小孔が互いに合致できるように、前記X線射出口に隣接
した位置で、両円盤を軸支する手段及び両円盤を回転さ
せるための手段とを有し、両円盤の回転周波数の差を前
記パルスレーザー光を繰り返し周波数に実質上等しく
し、前記両小孔の合致によるX線射出口の開口と、レー
ザープラズマによるX線の発生とを同期させることを特
徴とするX線射出口開閉機構。
2. A structure in which a pulsed laser beam is applied to a target material provided in a decompression chamber, and X-rays emitted from the plasma-converted target material are taken out through an X-ray emission port provided in the chamber. In the X-ray emission opening and closing mechanism used for the laser plasma X-ray generator, two disks each having a small hole,
The means for pivotally supporting the two disks and the disks are rotated at a position adjacent to the X-ray emission port so that a part of both disks overlap with each other, so that the small holes of both disks can coincide with each other. Means for making the difference between the rotation frequencies of both disks substantially equal to the repetition frequency of the pulsed laser light, the opening of the X-ray emission port due to the coincidence of the two small holes, and the X-ray generation by the laser plasma. An X-ray emission opening / closing mechanism, which synchronizes with the generation.
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