JPH0250600B2

JPH0250600B2 -

Info

Publication number: JPH0250600B2
Application number: JP60012510A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Okada; Yasunao Saito; Hideo Yoshihara
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-01-28
Filing date: 1985-01-28
Publication date: 1990-11-02
Also published as: JPS61173496A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、プラズマＸ線発生装置に係り、特
に、半導体集積回路製造のための微細パターン転
写用露光装置に用いて好適な高出力にして高安定
な軟Ｘ線を発生するプラズマＸ線発生装置に関す
る。

〔従来の技術〕

プラズマＸ線発生装置は、放電によりプラズマ
を生成し、プラズマに数100kAの大電流を流すこ
とによつて、電流の作る磁場とプラズマとの電磁
作用によりプラズマを自己収束（ピンチ）させ
て、高温・高密度のプラズマを形成し、その高
温・高密度プラズマからＸ線を発生させる装置で
ある。このように、大電流を流してプラズマを形
成する装置であることから、装置の構造がそのＸ
線発生に大きな影響を及ぼし、特に、電流波形に
発生Ｘ線は強く依存する。

第６図は、従来のプラズマＸ線発生装置の電気
回路図である。コンデンサ１に充電した後、放電
スイツチ２を閉じて、プラズマ生成用電極３に電
圧を印加しプラズマ４を生成し、Ｘ線５を発生さ
せる。この場合、電流のピーク値を高くするた
め、放電回路のインダクタンス成分と抵抗値を小
さくする。例えば、インダクタンスは100nH以下
とし、抵抗値は数ｍΩとする。

しかし、このような放電回路では、通常、その
回路定数から定まる電流波形は、減衰振動波形を
呈することになる。放電でプラズマを形成すると
き、電流値が最も大きくなる最初の1/4周期内で
プラズマを収束させてピンチさせる場合に、プラ
ズマは最も強くピンチする。しかし、従来のよう
な減衰振動波形の電流では、プラズマがピンチし
た後、遅くとも半周期後には電流値が零となり、
ピンチしたプラズマは崩壊することになり、それ
以降、プラズマはピンチせず、Ｘ線は発生しなく
なる。さらに、電流が減衰振動するので、コンデ
ンサの充電電圧程度の逆電圧がコンデンサに印加
されることになる。そのため、コンデンサの耐圧
を高くする必要が生ずるとともに、コンデンサの
寿命も短かくなる。また、プラズマがピンチして
Ｘ線が発生した後でも、減衰振動する電流が、コ
ンデンサ１、放電スイツチ２及びプラズマ生成用
電極３に流れているため、これらの電極は、放電
により激しく消耗され、発熱することになる。

以上のように、従来のプラズマＸ線発生装置で
は、電流が減衰振動するために、Ｘ線発生量が少
ないことに加えて、コンデンサ、放電スイツチ、
プラズマ生成用電極の消耗、発熱が激しく、この
結果、発生するＸ線の強度が低く、安定性に欠
き、装置部品の寿命が短かいという問題点があつ
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、コンデンサ放電を用いたプラズマＸ
線発生装置における従来の技術での上記した問題
点を解決し、Ｘ線を発生するプラズマの寿命を長
くしてＸ線出力を上げ、さらに、プラズマ生成用
電極、コンデンサ、放電スイツチ等の消耗を低減
化することのできるプラズマＸ線発生装置を提供
することを目的とするものである。

〔問題を解決するための手段〕

本発明の特徴は、上記した問題点を解決するた
めに、プラズマ生成用の一組の電極が放電スイツ
チを介してコンデンサに接続され、このコンデン
サが電流制限抵抗を介して充電用電源に接続され
る充放電回路に、上記プラズマ生成用電極と並列
に短絡器を設け、かつ、上記放電スイツチが閉じ
てから設定可変の遅れ時間経過後に上記短絡器を
閉じる制御手段を設ける構成とするにある。

〔作用〕

本発明では、上記したように、放電スイツチを
介してコンデンサに接続しているプラズマ生成用
電極に並列に短絡器を設け、さらに、放電スイツ
チ及び短絡器の開閉を制御する制御手段を設けた
構成としたことにより、プラズマ生成用電極に流
れる電流の波形が制御可能となる。即ち、プラズ
マ生成用電極間でプラズマがピンテした直後に短
絡器を強制的に短絡させることによつて、放電回
路の電流が減衰振動することを抑えることができ
るようになり、これにより、上記した諸問題点を
解決することが可能となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例の電気回路図であり、
１〜５は第６図従来回路の場合と同じ部品を示
し、７はコンデンサ１の充電用電源、６は充電電
流を制限する電流制限抵抗、８は安定化抵抗、９
はプラズマ生成用電極３と並列に接続された短絡
器、１０は放電スイツチ２及び短絡器９の開閉を
制御するもので放電スイツチ２が閉じてから設定
可変の遅れ時間が経過した時点に短絡器９を閉じ
させる制御を行なう制御回路である。

短絡器９としては、フイールドデイストーシヨ
ン型の放電スイツチ、真空型の短絡用放電スイツ
チ等が使用される。また、プラズマ生成用電極３
としては、例えば(イ)真空中の対向した電極間に高
速開閉ガスバルブを介してガスを注入しながら放
電させてプラズマを形成するガス注入型の放電方
式のもの、(ロ)定常ガス中で円筒形のプラズマを発
生させ、電流の作る磁場との相互作用で電極の先
端にプラズマを収束させるプラズマフオーカス方
式のもの、(ハ)真空中の電極間で放電させる真空放
電方式のもの、等のいずれかに適する電極構成と
する。

第２図は第１図回路を具体的に実現する実施例
装置の構成を示し、放電スイツチ、短絡器、プラ
ズマ生成用電極、電力伝送ラインは断面を示して
いる。１１は放電スイツチ２と短絡器９を制御す
るトリガ信号を発生する基準パルス発生器、１２
は基準パルス発生器１１のパルスを受けて、設定
可変の一定時間だけ遅れたパルス信号を発生する
遅延パルサ、１３−１は基準パルス発生器１１か
らのパルスを受けて、放電スイツチ２を駆動する
ための高電圧パルスを発生する第１の高電圧パル
サ、１３−２は遅延パルサ１２からのパルスを受
けて、短絡器９を駆動するための高電圧パルスを
発生する第２の高電圧パルサである。放電スイツ
チ２は、コンデンサ１と電気的に接続されている
高電圧電極１５と、トリガ電極１６と、低電圧電
極１７と、さらに、これらの電極を囲む放電スイ
ツチ容器１８と、この容器からトリガ電極１６の
入力端子を絶縁するトリガ入力端１９とから構成
されている。低電圧電極１７は安定化抵抗８によ
り、放電開始前は常に接地電位となり、これによ
り、安定に放電スイツチ２が点火するようになつ
ている。２１は高圧側電力伝送板であり、低圧側
電力伝送板２２とで絶縁板２３を挟む構造となつ
ており、これらの板状体２１〜２３で電力伝送ラ
インを構成しており、そして、放電スイツチ２の
低電圧電極１７は高圧側電力伝送板２１に、放電
スイツチ容器１８は低圧側電力伝送板２２に接続
されている。

短絡器９は、本実施例では放電スイツチであ
り、高圧電極３１、低圧電極３２及びトリガ電極
３３と、これらの電極を囲む短絡器用容器３５
と、さらに、この容器からトリガ電極３３の入力
端子を絶縁するトリガ入力端３４とから成る。そ
して、高圧電極３１は短絡器用容器３５を介して
高圧側電力伝送板２１に接続され、低圧電極３２
は低圧側電力伝送板２２に接続されている。

プラズマ生成用電極３は、高圧側電力伝送板２
１に接続されている高圧側放電電極２５と、低圧
側電力伝送板２２に接続されている低圧側放電電
極２６とから構成される。プラズマ生成用電極３
は、放電容器２７によつて適当な圧力下に設定さ
れ、放電容器２７は絶縁体２８を介して低圧側電
力伝送板２２に取付けられる。２９は、放電容器
２７に設けられた、Ｘ線を透過するＸ線取出し窓
であり、例えば、Be箔で形成される。３０はア
ライメント装置で、露光しようとする半導体ウエ
ハ、Ｘ線マスク等（図示省略）を精度よく位置合
せする。

なお、第２図実施例では、放電スイツチ２とプ
ラズマ生成用電極３との間の電力伝送ラインに短
絡器９が設けられる場合を示したが、本発明で
は、これらの２，３，９の電力伝送ライン上での
配置は、第２図実施例の配置に限定されるもので
はない。

以上の構成を備えた第２図実施例装置は、次の
ように動作する。放電スイツチ２、プラズマ生成
用電極３及び短絡器９を、適当な雰囲気、例え
ば、放電スイツチ２、短絡器９はそれぞれ所定の
電圧で放電するように高圧乾燥空気雰囲気にし、
プラズマ生成用電極３は真空に排気する。充電用
電源７によりコンデンサ１を所定の電圧に充電す
ると、放電スイツチ２の高電圧電源１５もコンデ
ンサ充電電圧と同じ電位となる。次に、プラズマ
生成用電極３をプラズマ発生に適する状態、例え
ばガスを封入した状態、とした後、基準パルス発
生器１１を動作して、第１の高電圧パルサ１３−
１を駆動させることにより、放電スイツチのトリ
ガ電極１６に電圧を印加し、高電圧電極１５と低
電圧電極１７間で放電を生じて導通し、高圧側電
力伝送板２１を介してプラズマ生成用電極３の高
圧側放電電極２５に高電圧が印加され、低圧側放
電電極２６との間で放電が生じ、プラズマが生成
される。電流は、コンデンサ１、放電スイツチ
２、高圧側電力伝送板２１、プラズマ４、低圧側
電力伝送板２２の経路を流れる。電流が流れてプ
ラズマ４がピンチし、Ｘ線５が発生した後、遅延
パルサ１２で設定された遅れ時間後に第２の高圧
パルサ１３−２が駆動して、所定の時間に短絡器
９のトリガ電極３３に電圧が印加されることによ
り、短絡器９の高圧電極３１と低圧電極３２間に
放電が生じて両電極間が短絡する。短絡器９の両
電極間が短絡したことにより、放電電流の大部分
が短絡器９を介して流れることになり、短絡器９
とプラズマ生成用電極３とで定まる波形の電流が
流れる。

第３図は第２図実施例装置を上から見た図であ
り、放電スイツチ容器１８と放電容器２７の位置
を破線で、短絡器用容器３５を実線で示してい
る。第３図では、放電電流の流れる回路のインダ
クタンスと抵抗を小さくするために、コンデンサ
放電スイツチを３回路並列に設けている。また、
短絡用放電スイツチも、回路のインダクタンスを
小さくするために、３回路並列に設ける構造とし
ている。

第４図は第２図及び第３図で示した実施例装置
における放電時の電気的等価回路図である。第４
図において、１はコンデンサ、２は放電スイツ
チ、８は安定化抵抗、９は短絡器、３８はプラズ
マ生成用電極３で生じる抵抗成分、３９は同じく
インダクタンス、４０はコンデンサ１と放電スイ
ツチ２及び放電スイツチ２から短絡器９に至るま
での電力伝送板が有する抵抗、４１は同じくイン
ダクタンス、４２は短絡器９が有する抵抗、４３
は同じくインダクタンス、４４は短絡器９からプ
ラズマ生成用電極３に至るまでの電力伝送板が有
する抵抗、４５は同じくインダクタンス、をそれ
ぞれ示している。

第５図は、プラズマに流れる電流波形の例を示
している。ここで、短絡器９を開いた状態では、
プラズマに流れる電流は、第４図で示したコンデ
ンサ１、抵抗４０，４４、インダクタンス４１，
４５、ならびにプラズマ部分の抵抗３８、インダ
クタンス３９で、その波形が定まる。放電電流を
大きくし、プラズマを強くピンチさせるには、抵
抗やインダクタンスの値を小さくするほど有利で
あるので、通常、インダクタンス４１，４５は
10nH程度、抵抗４０，４４は１〜５ｍΩ程度の
値となる。一方、プラズマのインダクタンスは、
プラズマ状態により大きく変化し、数nHから
100nH程度に大きくなる場合もある。プラズマ抵
抗は数ｍΩと通常考えられるので、例えば、コン
デンサ１の容量を5μFとすると、電流は減衰振動
波形を呈することになる。プラズマのピンチは電
流が最大に大きくなるとき、即ち、電流が流れ始
めてからほぼ1/4周期で、ピンチが起こる場合が
最も有効にＸ線が放射される。短絡器９を開いた
状態では、第５図に曲線５０として示すように、
半周期で電流が零となり、ピンチしたプラズマは
維持されなくなり、崩壊して、Ｘ線も発生しなく
なる。

一方、プラズマがピンチしてＸ線が発生した直
後、短絡器９が閉じたとすると、プラズマを流れ
る電流はその大部分が、短絡用放電スイツチを介
して流れることになり、第４図のインダクタンス
３９，４３，４５及び抵抗３８，４２，４４で構
成される回路でその波形が定まることになる。例
えば、短絡器９の抵抗４２の値を、抵抗３８と４
４の和に比べ充分小さくすると、第５図に曲線５
１として示すように、電流は長く持続することに
なり、プラズマも長時間存在し、Ｘ線も長時間に
わたつて発生する。また、短絡器９のインダクタ
ンス４３を充分小さくして10nH程度とし、抵抗
４２を数10ｍΩとすると、第５図に曲線５２とし
て示すように、プラズマに流れる電流は急激に減
少することになり、減衰振動電流の減衰率は大き
くなる。

また、短絡器９を閉じることによつて、コンデ
ンサ１に流れ込む電流は減少する。このため、反
転した電流がコンデンサ１に流れ込む際に生ずる
逆方向誘起電圧も小さくなり、発熱も小さくな
る。同様に放電スイツチ２の発熱も小さくなる。

従つて、短絡器９を設けることによつて、プラ
ズマに流れる電流波形は、容易に制御されること
になり、電流が長時間持続され、プラズマの寿命
も長くなつてＸ線も長時間発生し、Ｘ線の発生効
率が向上する。さらに、コンデンサや放電スイツ
チに流れる電流が減少し、発生する熱が減少し、
それらの寿命が延びることになる。即ち、プラズ
マＸ線発生装置のＸ線発生効率が高くなり、寿命
が長くなり、安定化することとなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、プラズ
マ生成用電極と並列に接続した短絡器を、プラズ
マ生成用電極間でプラズマがピンチした直後に強
制的に短絡させる構成とすることによつて、プラ
ズマに流れる電流波形が制御され、例えば、電流
が減衰振動することを抑え、電流が長時間持続す
るようにすることにより、プラズマが長時間、高
温、高密度に維持され、それから発生するＸ線量
が増大し、さらに、コンデンサや放電スイツチ、
プラズマ生成用電極の消耗も減少し、即ち、Ｘ線
出力が向上し、装置の特性が安定し、寿命も長く
なるという利点がある。

本方式のプラズマＸ線発生装置は、Ｘ線源とし
て利用できる他に、可視、紫外、真空紫外線領域
の光源としても使用可能であり、半導体装置製造
時の薄膜形成、加工等に利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図は
その一部断面を含む側面図、第３図はその上面
図、第４図はその電気的等価回路図、第５図はプ
ラズマに流れる電流波形の例を示す図、第６図は
従来装置の回路図である。＜符号の説明＞、１……コンデンサ、２……放
電スイツチ、３……プラズマ生成用電極、４……
プラズマ、５……Ｘ線、６……電流制限抵抗、７
……充電用電源、８……安定化抵抗、９……短絡
器、１２……遅延パルサ、１５……高電圧電極、
１６，３３……トリガ電極、１７……低電圧電
極、１８……放電スイツチ容器、１９，３４……
トリガ入力端、２１……高圧側電力伝送板、２２
……低圧側電力伝送板、２３……絶縁板、２５…
…高圧側放電電極、２６……低圧側放電電極、２
７……放電容器、２９……Ｘ線取出し窓、３０…
…アライメント装置、３１……高電圧電極、３２
……低電圧電極、３５……短絡器容器。

Claims

【特許請求の範囲】１プラズマ生成用の一組の電極が放電スイツチ
を介してコンデンサに接続され、上記コンデンサ
は電流制限抵抗を介して充電用電源に接続されて
おり、上記プラズマ生成用電極と並列に短絡器を
設け、かつ、上記放電スイツチが閉じてから設定
可変の遅れ時間経過後に上記短絡器を閉じる制御
手段を設けたことを特徴とするプラズマＸ線発生
装置。２前記プラズマ生成用電極は、(イ)真空中の対向
した電極間に高速開閉ガスバルブを介してガスを
注入して放電させてプラズマを形成するガス注入
型の電極構成、(ロ)定常ガス中で円筒形のプラズマ
を発生させ、電流の作る磁場との相互作用で電極
の先端にプラズマを収束させるプラズマフオーカ
ス方式の電極構成、(ハ)真空中の電極間で放電させ
る真空放電方式の電極構成、のいずれかの電極構
成を備えたものであることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のプラズマＸ線発生装置。３前記短絡器が、(イ)フイールドデイストーシヨ
ン型の放電スイツチ、(ロ)真空型の短絡用放電スイ
ツチ、のいずれかを用いる短絡器であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズマＸ
線発生装置。４前記プラズマ生成用電極、前記放電スイツチ
及び前記短絡器は、絶縁板を中間に挟んでその一
方側に高圧側電力伝送板となる導電板が、他方側
に低圧側電力伝送板となる導電板が密着状に設け
られて成る板状体を介して接続されていることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズマ
Ｘ線発生装置。５前記制御手段は、基準パルス信号を発生する
回路手段と、この基準パルスを受けて前記放電ス
イツチを閉じるトリガ信号を発生する回路手段
と、上記基準パルスを受けて所定時間だけ遅れた
パルス信号を発生する回路手段と、この遅延パル
スを受けて前記短絡器を閉じるトリガ信号を発生
する回路手段とから成る制御手段であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズマＸ
線発生装置。６前記放電スイツチ及び前記短絡器はそれぞれ
複数個が並列状に前記板状体を介して一組のプラ
ズマ生成用電極に接続されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第４項記載のプラズマＸ線発生
装置。