JP3454758B2 - 軟x線利用装置のデブリ除去機構 - Google Patents
軟x線利用装置のデブリ除去機構Info
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Description
鏡や、LSIの軟X線リソグラフィーなどに利用される
軟X線において、その発生時に軟X線と共に発生するデ
ブリ(ごみ、微粒子)を除去するための軟X線利用装置
のデブリ除去機構に関する。
(波長5Å〜500Å)が、物質の性質を調べるのに有
力な武器として注目されている。この軟X線を利用した
技術は、人工衛星に載せて太陽の観察などに使用する軟
X線望遠鏡などの宇宙科学のほか、生きたままの細胞を
観察できる軟X線顕微鏡などの生命科学や、LSIの拡
大パターンをウェハ上に縮小結像させる次世代LSIの
リソグラフィー技術などに利用できるものとして注目さ
れている。しかしながら、このように波長が短い軟X線
になると反射する物質がないため光学系がうまく作り出
せなかったが、2種類のごく薄い金属などの膜を交互に
何層にも積み重ねた反射増加膜、即ち“光学超薄膜”の
鏡で反射率を上げることにより、軟X線の応用への道が
開かれた。
線利用装置のデブリ除去機構が考えられていた。即ち、
真空槽内でレーザ源1からのYAGなどのパルスレーザ
2をターゲット3に当てて軟X線8を発生させ、光学系
4を用いて屈折、集光して利用する。その場合、穴5を
あけた回転円板よりなるスクリーン6を光学系4の前方
に設置すると共に、YAGレーザ2の発光と同期させて
モータ7により回転させ、軟X線8は穴5を通るが、軟
X線と同時に発生するデブリ(ごみ、微粒子)9は飛散
する速度が光速よりもはるかに遅いために、スクリーン
6で阻止され、スクリーン表面に付着するようにして、
軟X線8のみを取り出すようにしている。
スクリーン6を設置するのは、ターゲット3から高速で
飛散するデブリ9が光学系4に付着し、劣化させるのを
防止するためであるが、上記した従来の軟X線利用装置
のデブリ除去機構においては、デブリが回転円板のスク
リーン6の穴5を1周回遅れで通過したり、このスクリ
ーン6の外側を回り込んだりして光学系4に付着してし
まう。この1周回遅れで通過するデブリや、回り込みの
デブリを防止するには、回転円板スクリーン6を大きく
すればよいが、そのためには装置が非常に大型化してし
まうと共に、回転速度を上げることが難しい。
は、スクリーン6の穴5を大きくする必要があるが、そ
の場合は、デブリが通過し易くなるため、穴を大きくす
ることができず、軟X線の取り出し光量にも制約がある
等の問題があった。
大型化することなく、効率よくデブリを除去でき、かつ
軟X線の取り出し光量も増加できる軟X線利用装置のデ
ブリ除去機構を提供することを目的とする。
決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に
記載された軟X線利用装置のデブリ除去機構を提供す
る。請求項1に記載の軟X線利用装置のデブリ除去機構
においては、デブリを除去するスクリーンの機構として
従来の円板を使用していたものに代えて円筒体のスクリ
ーンを使用するようにしたものであり、これにより、円
板を使用したものより、装置をかなり小型化でき、また
周囲を囲む形状にできるため、デブリの回り込みが防止
でき、効率良くデブリが除去できるようになった。即
ち、回転円板では1回転後にデブリが穴を通過するの
は、円板中心から穴までの距離をrとすると2πr移動
した後であるのに対し、円筒体では、円筒体の半径をR
とすると2πR移動した後であり、同じ回転数でr=R
としても、円板半径とrの差だけ装置を小型化できるも
のである。また小型化できることにより装置の剛性を高
めることが可能となった。
ては、円筒体スクリーンを磁気軸受で磁気浮上させて回
転させるようにしたもので、これにより摩擦なく及び潤
滑剤による汚れを発生することなく高速回転を可能とし
たものである。請求項3又は4に記載の該デブリ除去機
構は、ターゲットを円筒体スクリーンの外部に設けるか
内部に設けるかを限定したものであり、実質的に請求項
1及び2の機構と同様の効果を奏するものである。
筒体スクリーンの側面に複数個の穴を設け、そのうちの
最初に軟X線が通過する穴を小径にすることにより、飛
翔速度の速いデブリから遅いデブリまで効率的に除去で
きる。また最初に通過する穴以後に通過する穴の径を大
きくすることができ、軟X線が円筒体スクリーンを通過
する光量を増加することができる。請求項6に記載の該
デブリ除去機構は、軟X線が円筒体スクリーンを複数回
通り抜けるように、円筒体スクリーンの外部に穴に対向
して反射鏡を設けたものであり、これにより一層良好に
デブリを除去できるようになっている。
ーゲットを円筒体スクリーンの内部に設けた場合の典型
的な円筒体スクリーンの構造であり、基本的に請求項
1,2の機構と同様の効果を奏するものである。
軟X線利用装置のデブリ除去機構について、図面によっ
て詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態
の軟X線利用装置のデブリ除去機構10の縦断面であ
る。このデブリ除去機構10は、基本的に軸本体11
と、回転する円筒体スクリーン20及びDCモータ30
とにより構成されている。軸本体11は、図示されてい
ない真空槽の上部壁に垂下する形で取り外し自在にボル
ト等により固定される。この軸本体11には、DCモー
タ30を嵌合固定する部分12、及び磁気軸受14を構
成するコイル部15を設置する正円錐台状と逆円錐台状
に突出した部分13とが設けられている。図3に示すよ
うに、この上下の円錐状突出部13には、それぞれの傾
斜面上に周方向に等間隔に4個所、コイル部15が設置
され、それらのコイル部間に位置センサ16が設けられ
ている。
体スクリーン20が設けられる。この円筒体スクリーン
20の下面には、レーザを通す約2mm程のスリット溝2
1が開けられたL型部材22が取り付けられている。ま
た円筒体スクリーン20の周側面には、ターゲット40
から放出される軟X線を通すための穴23が、図1,2
の第1の実施の形態では、3つ設けられている。この場
合、3つの穴23のうちターゲット40から発生直後の
軟X線を通す穴は、例えば5mmφ程であるのに対し、後
の2つの穴は、例えば80mmφ程の大きさである。これ
は、円筒体スクリーンの回転バランスも考慮されて決め
られる。この穴23の数は2つでもよいし、3つ以上も
可能であるが多すぎるとスクリーンとしての役割を果せ
なくなるので、自ずと限定されるものである。更にまた
円筒体スクリーン20の上下の内周面には、断面三角形
でリング状の磁性体24が、その傾斜面が前記コイル部
15に対向する形で取り付けられる。この鉄等の磁性体
24と前記コイル部15とで磁気軸受14を形成し、円
筒体スクリーン20は、磁気浮上した形で支持される。
なお、この実施の形態では、磁気軸受14は、磁性体2
4とコイル部15とを斜めに向い合わせた構造としてい
るが、垂直に向い合わせたり、水平に向い合わせたりす
ることも、適宜可能なものである。コイル部15間に配
置した前記位置センサ16によって、この磁気浮上距離
が絶えず監視されている。
には、円筒体スクリーン20を回転するためのDCモー
タ30が設置される。DCモータ30の固定子31は軸
本体11に嵌挿されて固定され、固定子31を包囲する
形の回転子32は、円筒体スクリーン20に適当な部材
を使用して取り付けられている。これによりDCモータ
30を駆動することによって、円筒体スクリーン20が
回転する。
穴23と対向する形で、サマリウム等よりなるターゲッ
ト40が配置される。このターゲット40と、円筒体ス
クリーン20を介して向き合う形でかつ大径の穴と対向
する形で反射鏡50が設けられる。このターゲットは、
板状または円筒状もしくはテープ状の固体ターゲットに
限定されず、液滴などの液体、ガスジェットなどの気体
ターゲットでもよく、またターゲットを移動してレーザ
の照射位置を変えることができる。また、この反射鏡5
0の表面は、光の吸収にあたる消衰係数ができるだけ小
さく、屈折率の差の大きい2物質、例えばモリブデンと
シリコン等の薄膜を交互に何10層も積み重ねて反射増
加膜、即ち“光学超薄膜”が形成されている。2つの物
質の1回の組み合せを1周期とすると、周期数は波長が
短い軟X線を扱う多層膜ほど多く、30〜200層、1
5〜100周期とが好ましい。この多層膜は、形成する
膜の物質に応じて、イオンビームスパッタ、電子ビーム
蒸着、マグネトロンスパッタと3つの方法が使い分けら
れる。
用装置のデブリ除去機構の作用について説明する。真空
槽内の真空雰囲気中で、YAGなどのパルスレーザをス
リット溝21を通してターゲット40に当てて、軟X線
を発生させる。DCモータ30によって駆動される円筒
体スクリーン20の回転に同期してパルスレーザが出力
される。発生した軟X線は、図1,2に示されるように
まず円筒体スクリーン20の第1番目の小径の穴23を
通過し、該円筒体スクリーン20内を直進し、第2番目
の大径の穴23を通って光学超薄膜が設けられた反射鏡
50に達し、そこで反射し再度第2番目の穴23を通っ
て円筒体スクリーン20内を直進し、第3番目の大径の
穴23を通って集光される。
は、軟X線よりはるかに低い飛翔速度(数千m/sのオ
ーダ)であるため、そのうちの遅い速度のデブリは回転
する円筒体スクリーン20の第1番目の小径の穴23を
通過できずに除去され、第1番目の小径の穴を通過した
比較的速度の速いデブリも、第2番目の大径の穴23を
通過することができずに除去される。このように2段階
でデブリが阻止され、効率良く除去される。また、円筒
体スクリーン20の第2番目以降の穴の径を大径にする
ことができ、通過する軟X線の光量を増加することがで
きる。さらに円筒体スクリーンの第1番目の小径の穴2
3と第2番目の大径の穴23の通る軌跡がかさならない
ように回転軸方向にずらすことによって、低い速度のデ
ブリを阻止する効果が上がる。
軟X線利用装置のデブリ除去機構の縦断面図である。第
2の実施の形態の該デブリ除去機構の第1の実施の形態
との主要な構成上の差異は、ターゲットを、回転する円
筒体スクリーンの中に配置したこと、及び磁気軸受を円
筒体スクリーンの片側にのみ設けたことである。このデ
ブリ除去機構10′も基本的に軸本体11′と、回転す
る円筒体スクリーン20′及びDCモータ30′とによ
り構成されている。軸本体11′は、図示されていない
真空槽の上部壁に垂下する形でボルト等により固定され
る。この軸本体11′には、DCモータ30′を嵌合固
定する部分12′、及び磁気軸受14′を構成するコイ
ル部15′を設置する円錐状及び逆円錐状に突出した2
つの部分13′とが設けられ、基本的には2つの部材を
連結して形成されている。
合固定部分12′には、DCモータ30′の固定子3
1′が嵌合されて固定されている。また円錐状の傾斜面
には、前記したと同様にその周方向に等間隔で4個所、
トータルで8個所にわたって磁気軸受14′の一部であ
るコイル部15′が設置されている。また、軸本体1
1′を包囲する形で、モータ30′の回転子の役割をす
る筒体32′が設けられ、この筒体32′の内面には、
磁気軸受14′の一部である断面三角形のリング状磁性
体24′が、固定子31′を挾むような形で上下に1つ
ずつ取り付けられている。この磁性体24′とコイル部
15′とで磁気軸受14′を形成している。コイル部1
5′間には、第1の実施の形態と同様に位置センサーが
設けられ、磁気浮上した間隔を監視している。
る筒体32′は、その下部で円筒体スクリーン20′に
取り外し自在に結合されている。この円筒体スクリーン
20′は、上部側は閉鎖され、下部側は完全に開放され
ている。更に円筒体スクリーン20′の周側面には、レ
ーザを導入するためのスリット溝21′と、ターゲット
から発生した軟X線を通すための穴23′とが設けられ
ている。ターゲット40′は、円筒体スクリーン20′
の内部に配置されると共に、ターゲット40′から発生
した軟X線を反射し集光する“光学超薄膜”を表面に施
した反射鏡50′は、円筒体スクリーン20′の外部に
配置される。
置のデブリ除去機構10′の作用について説明する。パ
ルスレーザを円筒体スクリーン20′のスリット溝2
1′を通してターゲット40′に当てて、軟X線を発生
させる。DCモータ30′が駆動し、円筒体スクリーン
20′が例えば約5000rpm で回転し、これに同期し
たパルスレーザによって発生した軟X線は、図4,5に
示されるように円筒体スクリーン20′の穴23′を通
過し反射鏡50′に達し、そこで反射し集光する。軟X
線と同時に発生したデブリは、軟X線よりはるかに低い
飛翔速度であるため穴23′を通過することができずに
除去される。この第2の実施の形態では、通過する軟X
線の光量を増加するために、穴の径を大きくすると、デ
ブリも通過してしまう恐れがあるため、穴の径は自ずと
制約される。
のデブリ除去機構では、1周回遅れでデブリが穴に到達
するのは2πR(円筒体スクリーンの半径をRとする)
移動後であるのに対して、従来の回転円板を使用したも
のでは、2πr(円板の中心から穴までの距離をrとす
る)移動後であり、同回転数で、R=rとすると、従来
の回転円板を使用したものに比べて回転円板の半径から
rの差分だけ小型化できるものである。また従来の回転
円板を使用したものでは、円板の外側を回り込んで光学
系に達するデブリが避けられなかったが、本発明では、
周囲を囲む円筒体スクリーンとしたため、このデブリの
回り込みが防止でき、デブリの除去率が高くできる。ま
た小型化が可能となったことで、装置全体の剛性を高め
られると共に回転数も上げることが容易になった。更
に、軟X線の通過する穴を複数設けることができ、デブ
リの除去が効率的に行えると共に、この穴を大きくする
ことができ、取り出す軟X線の光量を増加することがで
きる。こうして本発明の軟X線利用装置のデブリ除去機
構は、回転数を高くし、穴を複数設けることができ、飛
翔速度の速いデブリから遅いデブリまで効率的に取り除
け、かつ軟X線の取り出し量が増加するという顕著な効
果を有するものである。
デブリ除去機構の縦断面図である。
略横断面図である。
配置を示す平面図である。
デブリ除去機構の縦断面図である。
略横断面図である。
ブリ除去機構の概略図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 真空槽内でレーザをターゲットに当てて
軟X線を発生させ、光学系を用いて該軟X線を屈折、集
光して利用する装置におけるデブリ除去機構において、 軟X線と、該軟X線と共に発生するデブリとの飛翔速度
の速度差を利用してデブリを除去し、該軟X線のみを発
生と同期させて光学系の方向に導けるように、周側面に
穴をあけた円筒体スクリーンを光路に設置し、該スクリ
ーンを高速回転させることでデブリを該スクリーンで阻
止するようにしたことを特徴とする軟X線利用装置のデ
ブリ除去機構。 - 【請求項2】 前記円筒体スクリーンを磁気軸受を使用
して、磁気浮上させた状態で回転させることを特徴とす
る請求項1に記載の軟X線利用装置のデブリ除去機構。 - 【請求項3】 前記ターゲットを前記円筒体スクリーン
の外部に設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載
の軟X線利用装置のデブリ除去機構。 - 【請求項4】 前記ターゲットを前記円筒体スクリーン
の内部に設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載
の軟X線利用装置のデブリ除去機構。 - 【請求項5】 前記円筒体スクリーンの外部に、前記タ
ーゲットに向けてレーザを通すスリット溝が設けられた
部材を取り付けると共に、前記ターゲットから発生した
軟X線を通す穴を前記円筒体スクリーンの側面に複数個
設け、そのうちの最初に軟X線を通す穴を小径としたこ
とを特徴とする請求項3に記載の軟X線利用装置のデブ
リ除去機構。 - 【請求項6】 前記円筒体スクリーンの外部に穴に対向
する形で反射鏡を設けて、軟X線が前記円筒体スクリー
ンを複数回通り抜けるようにしたことを特徴とする請求
項5に記載の軟X線利用装置のデブリ除去機構。 - 【請求項7】 前記円筒体スクリーンの側面にレーザ用
の1つのスリット溝と、軟X線通過用の1つの穴とを更
に設けたことを特徴とする請求項4に記載の軟X線利用
装置のデブリ除去機構。
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