JPH01132099A - X線発生装置 - Google Patents

X線発生装置

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JPH01132099A
JPH01132099A JP62289426A JP28942687A JPH01132099A JP H01132099 A JPH01132099 A JP H01132099A JP 62289426 A JP62289426 A JP 62289426A JP 28942687 A JP28942687 A JP 28942687A JP H01132099 A JPH01132099 A JP H01132099A
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浩 有田
Koji Suzuki
光二 鈴木
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • X-Ray Techniques (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【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線リゾグラフィ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要なり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線管ア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6
0−175351号公報で提案されている。この方式は
、真空容器に特定の稀ガスを放出してガス気柱を形成し
、そこに数100kAピ一ク程度(立ち上り時間1μS
オーダ)のパルス放電を起こし、Zピンチ現象を生じさ
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に殻や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、所望のシリコンウェ
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
性に問題があった。すなわち、電極間にガス気柱を形成
する際、ガス塊が拡散して広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った。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、高繰り返しく3Hz程度)の放電を行っている。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108回/月以上となる。例えば、4インチウェハを
毎時2o枚(ステップ及びリピート回数14)、−露光
30シヨツト(shots)のX線露光装置を10時間
7日、20日/月稼動すると、毎月の放電回数は1.6
8xlo6(=30x14X20X10X20)に達す
る。この間の高速ガス開閉バルブの開閉精度は現時点で
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った。
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1に、放電容器内に対抗して設置した一
対の電極間に連続放電のパルス電流印加時、ガス供給部
に結合された開閉バルブを開放状態のままにし、連続的
にガスを供給する構成として達成するようにした。第2
に、さらに上記放電容器を真空排気する排気路と別に上
記対向電極間隙部の半径方向のガス流を真空排気する排
気路を設けた構成とし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
状態にしであるため、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
系によって決定されるため、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ェットで形成する
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である。
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Xam度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″社圧側フランジ、
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1
3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が設けである。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¥1器15、排気管
16を介して排気管18に接続されている。バルス大電
流源は充電装置21.コンデンサ22.放電スイッチ2
3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線発生にあたっては、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
電圧側電極5から超音速流のガスが噴出し、定常状態の
気流状態になった後、コンデンサ22に充電された電荷
を放電スイッチ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)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↓ド・イン・セル(Fluid in Ckll
)法を用いており、軸対称流のモデルで過渡的な流速、
圧力、密度、温度等の分布を計算できる。第3図は、N
e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1200μS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温気流を
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
量ロ■、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っている。これは先に述べた温
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700μs以後はぼ
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、はぼ定
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1〜10m5後に再現す
る。放電頻度を1OHzとすると、放電間隔はLoom
s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、1OHz程
度の高頻度放電が可能になる効果を有する。なおウェハ
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6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によっ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。排気パイブ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
スイッチ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、放電容器内に一対の電極が対向して設置され、一方
    の電極は開閉バルブを介してガス供給部に結合され、前
    記電極間に接続されたパルス電流電源を備えてなるX線
    発生装置において、前記電極に連続放電のパルス電流印
    加時、前記開閉バルブを開放状態のままにし、連続的に
    ガスを供給する構成としたことを特徴とするX線発生装
    置。 2、放電容器内に一対の電極が対向して設置され、一方
    の電極は開閉バルブを介してガス供給部に結合され、前
    記電極間に接続されたパルス電流電源を備えてなるX線
    発生装置において、前記電極に連続放電のパルス電流印
    加時、前記開閉バルブを開放状態のままにし、連続的に
    ガスを供給する構成とし、前記放電容器を真空排気する
    排気路と別に前記対向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構成としたことを特徴とす
    るX線発生装置。
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