JPH0372184B2 - - Google Patents

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JPH0372184B2
JPH0372184B2 JP59024496A JP2449684A JPH0372184B2 JP H0372184 B2 JPH0372184 B2 JP H0372184B2 JP 59024496 A JP59024496 A JP 59024496A JP 2449684 A JP2449684 A JP 2449684A JP H0372184 B2 JPH0372184 B2 JP H0372184B2
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electrode
gas
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discharge
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Yasunao Saito
Hideo Yoshihara
Satoru Nakayama
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    • H05G2/003—Production of X-ray radiation generated from plasma the plasma being generated from a material in a liquid or gas state
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、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る高出力にして高安
定な軟Ｘ線を発生するプラズマＸ線発生装置とそ
のＸ線発生装置を用いたＸ線露光法に関するもの
である。
（背景技術） 集積回路製造過程で重要なリソグラフイ技術の
一つとしてＸ線露光法がある。Ｘ線露光装置の軟
Ｘ線源としては、従来、Al、Cu、Mo、Si、Rd
等のターゲツトに電子線を照射してＸ線を発生さ
せる電子線励起方式が使用されていたが、Ｘ線発
生効率が低く、高出力のＸ線が得られず、パター
ン転写の生産性が低いというような問題があつ
た。一方、高密度プラズマを利用したプラズマＸ
線では、電子線励起方式に比べて、Ｘ線発生効率
が高く、高出力のＸ線を得ることが期待できる。
プラズマＸ線源は、放電によりプラズマを生成
し、プラズマに数百KAの大電流を流すことによ
つて、電流の作る自己磁場とプラズマの電磁作用
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線を発生させる方法である。しかし
ながらプラズマＸ線源は、このように大電流を流
してプラズマを形成するため、安定性、電極消
耗、プラズマによるＸ線取り出し窓の損傷等の問
題を有しており、Ｘ線露光用線用として用いるの
は不可能であつた。
プラズマＸ線源の一方法として、ガス注入放電
法がある。第１図に、従来のガス注入放電法の一
実施例を示す。１は真空容器、７は高速開閉ガス
弁、１３はコンデンサ、１７はガス注入電極、１
８はメツシユ電極、２１はスイツチ、２６は発生
Ｘ線、２８はＸ線取り出し窓、２９はＸ線マス
ク、３０はウエハ、３９は高速開閉ガス弁のガス
溜め、４０はピストン、４３はガス塊、４４はピ
ンチしたプラズマ、４８は荷電粒子群である。こ
こで、ガス注入放電法とは、真空中に対向した電
極１７と電極１８間に、高速開閉ガス弁７で、ピ
ストン４０を高速に駆動し、瞬時にガス溜め３９
のガスを注入して、電極間にガス塊４３を形成
し、スイツチ２１を閉じて充電されたコンデンサ
１３により、電極に電圧を印加し、ガス塊４３を
放電で電離し、電流を流して収束させ、中心にプ
ラズマをピンチさせ、高温高密度プラズマ４４を
形成する方法である。
本方式では、電極間にガス塊を形成する際、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、注入ガスの立ち上り
勾配を急峻にする必要があつた。高速開閉ガス弁
のピストン４０が開いて、流れ出るガスの量Ｑの
時間変化は、ほぼ次式であらわされる。
Ｑ∝P0／√ｔexp（−l2／4Dt） ここで、P0は高速開閉ガス弁７のガス圧力で
あり、Ｄはガスが流れる経路のコンダクタンス、
ｌはその距離である。上式から、流れ出るガスの
量を増して急峻なガスプロフイールを得るには、
ガスの圧力P0を高くして、ガスが流れる経路の
コンダクタンスを大きくする必要がある。そのた
め、従来、高速開閉ガス弁は注入ガスの圧力を５
気圧前後の高い圧力で動作し、ガスの出口を大き
くし、ガス注入速度の増加を計つている。
一方、大容量の放電では、電気的ノイズの発
生、電極や放電スイツチの消耗、等の問題が考れ
られるので、露光用線源としてのプラズマＸ線源
は、放電くり返し周波数が３〜10Hzと高く、
10KJ以下の小容量放電が適すと考えられている。
放電容量が10KJ以下の放電では、プラズマ形成
初期の電極間ガス密度が1017〜1018cm-3（数torr〜
100torr）である。しかしながら、従来、ガスプ
ロフイールを急峻にするため、プラズマ形成初期
のガス密度が1017〜1018cm-3（数torr〜100torr）
の低密度にかかわらず、100倍以上の高密度1019
〜1020cm-3（数気圧）でガスを注入し放電させて
いる。
（P.G.Burkhulter et.al J.Appl.Phys.50(7)
1979.4532J.Shiloh et.al Phys.Rev.Lett.40(8)
1978.515 W.Clarbs et.al J.Appl.Phys.53(8)1982.5552 C.Stallings et.al Appl.Phys.Leii.35(7)1979.524 J.S Pearlman J.Vac.Sci.Tec.19(4)1981.1190） 一方、高速開閉ガス弁の開閉には、0.1ｍｓ程
の時間を要するので、ガス塊を電極間に形成し、
放電を起してプラズマがピンチした後に、電極間
のガス密度は上昇することになる。このため、プ
ラズマがピンチした後に流れる電流による放電中
に、ガス密度が増加し、高いガス圧力下における
放電の特徴である高気圧アーク放電状態となり、
電極が局所的に加熱される。このため、電極の溶
解が激しくなり、電極が消耗し、電極材料が容器
の内壁に付着（コンタミネーシヨン）する。ま
た、放電で生ずる高エネルギの電子やイオン、さ
らに高温ガスなどの量が増加することになる。こ
のような、高温高密度プラズマを、Ｘ線露光用線
源として用いる場合、電極消耗は放電の再現性、
Ｘ線放射の安定性を低下させる原因となる。ま
た、高電圧を印加する絶縁体表面への電極材料付
着によつて耐圧強度を弱めるとともに、Ｘ線露光
用線源として用いるときＸ線取り出し窓への電極
材料の付着により、Ｘ線の透過率が減少し、Ｘ線
を連続に照射することが不可能であつた。また、
高エネルギの荷電粒子、高温ガスがＸ線取り出し
窓に衝突することによりＸ線取り出し窓が損傷さ
れることになる。特に、第１図に示したように、
ガス塊４３がプラズマ化され、電極の中心軸にプ
ラズマ４４が形成されるとき、プラズマ４４の中
心軸方向には、高エネルギのイオンや電子の荷電
粒子群４８が大量に放射される。そのため、プラ
ズマ中心軸方向においては、Ｘ線取り出し窓を設
置しても、その損傷が激しく、露光は不可能であ
つた。そのため、第１図のように、Ｘ線取り出し
窓２８、Ｘ線マスク２９、ウエハ３０等は、ピン
チしたプラズマ４４の径方向へ設置し、真空中で
露光されている。第２図は、Ｘ線マスクの設置さ
れている線源の径方向から撮影したＸ線ピンホー
ル写真である。プロキシミテイ露光法を用いた場
合、このように線源が直線状であるため、見合い
角が大きく転写ボケが大きくなつて微細パターン
の転写は不可能であつた。このためＸ線露光用線
源として使用不可能であつた。
さらに、高気圧でガスを注入すると、大量のガ
スが注入されるので、ガスの排気に時間を要する
ため、ガス注入法で、高くり返しの放電を行うこ
とは不可能であつた。
（発明の課題） 本発明は、従来の技術の上記欠点を改善するも
ので、ガス注入放電方式のプラズマＸ線源におい
て、注入ガス圧力を大気圧以下の低気圧とし、放
電による荷電粒子の発生を低減化し、プラズマ軸
方向へＸ線取り出しを可能とするとともに放電に
よる消耗の少ない放電電極構成とし、プラズマか
ら発生する高速粒子によるＸ線取り出し窓の損傷
を防ぐためのプラズマ反射板を有することを特徴
とし、その目的は、高くり返しの連続放電が可能
なプラズマＸ線源を実現し、さらに大気中露光で
微細パターンが転写可能なプラズマＸ線源による
Ｘ線露光装置を実現することにある。
（発明の構成および作用） 第３図は本発明の実施例であつて１は真空容
器、２は真空容器１の排気装置、３はガス調整用
排気装置、４はガス圧調整用排気弁、５はガスバ
ツフア容器、７は高速開閉ガス弁、８はガス導入
弁、９は放電用ガス容器、１０はガス圧力検出器
である。１１は圧力制御装置であり、１０のガス
圧力検出器の信号から弁４と弁８を開閉し、ガス
バツフア容器の圧力を調整する。１２は充電電
源、１３はコンデンサ、１４は信号発生装置、１
５は遅延パルサ、１６は高速開閉ガス弁の駆動用
電源、１７は負電位の高電圧側電極で、高速開閉
ガス弁と接続されており、Ｗ−Cu合金やカーボ
ンで形成されている。１８は接地側電極でＷ−
Cu合金やカーボンで形成されている。２０は高
電圧パルス発生器で信号発生装置１４から信号を
受け高圧パルスを発生する。２１は放電スイツチ
で、高電圧パルス発生器２０のパルスにより駆動
する。２２は絶縁体で電極１７と１８を電気的に
絶縁している。２６はプラズマから発生するＸ線
である。２７は荷電粒子除去器で、放電プラズマ
から発生するイオン・電子を偏向するように、電
極１７および１８の中心軸と直角な磁場を発生す
るようになつている。２８はＸ線取り出し窓で薄
いBe膜、Al膜、高分子膜等からできている。２
９はＸ線マスク、３０は露光されるウエハ、３１
はアライナ装置でマスク２９とウエハ３０の位置
を制御する。
これを動作するには、真空容器１を排気装置２
で排気し10-4〜10-5torr程度の真空にしておく。
次に圧力調整用排気装置３を動作し、排気弁４を
開いてガスバツフア容器５と高速開閉ガス弁７を
排気する。次にガス導入弁８を開いて放電用ガス
９をガスバツフア容器と高速開閉ガス弁７に導入
し、圧力検出器１０により、所定の圧力に達した
ら圧力制御装置１１により、ガス導入弁８を閉じ
る。
次に充電電源１２により、コンデンサ１３を充
電した後、信号発生装置１４の信号により、高速
開閉ガス弁７の電源１６を動作させ高速開閉ガス
弁７を駆動し、高電圧が印加されるガス導入電極
１７と対向する接地電極１８の間にガス９を注入
する。一方、同時に信号発生器１４の信号は電極
１７と１８の間に放電用ガスが注入される時間と
一致するように設定された遅延パルサー１５を通
つて高電圧パルス発生器２０に入力され、高電圧
パルスで放電スイツチ２１を動作させ、絶縁体２
２で絶縁されている放電電極１７と１８の間に高
電圧を印加し、ガス９によつて放電させる。ガス
は、放電によりプラズマ化し、プラズマを流れる
電流が作る磁場と、プラズマ中のイオン・電子の
電磁作用により、プラズマの中心方向へ収束し、
電極中心軸上で高温高密度となり、Ｘ線２６が放
射される。
パターン転写をするには、プラズマの中心軸方
向に設けられた荷電粒子除去器２７、真空容器１
に張られた薄いBe膜等のＸ線取り出し窓２８を
通して、大気中のＸ線マスク２９のパターンをレ
ジストを塗布したウエハ３０に、プラズマから放
射されるＸ線２６を照射して転写する。Ｘ線マス
ク２９とウエハ３０の位置合せは、アライナ装置
３１によつて行われる。
高速開閉ガス弁７によつてガスが注入された時
の、ガスバツフア容器の圧力変動については、ガ
ス圧力検出器１０により圧力を検出し、その信号
により制御装置１１が排気弁４およびガス導入弁
８を開閉し、圧力変動を補正するように動作する
ので、ガスバツフア容器の圧力は、200〜300torr
程度の所定の低ガス圧に保たれる。
このような構造になつているから、高速開閉ガ
ス弁の注入ガス圧は、760torr以下で常時一定の
低ガス圧力に設定可能となる。通常、電極間のガ
ス圧力が放電に適するガス圧力（数torr〜
100torr）に達する時間は短時間ほどよく、ガス
の拡散が少ない急峻なガス塊が形成されるほどよ
い。しかるに、注入ガス圧力が高い場合は、プラ
ズマのピンチが終了した後でも、電極間のガス圧
力は急激な増加を続けており、ピンチが終了した
後に流れる減衰振動電流で高気圧ガス中での放電
が持続することになる。本発明では、注入ガス圧
力を圧力調整装置１１で所定の大気圧以下の圧力
（100〜300torr）に調整し、ガスを注入すると、
電極間の圧力が最大になる圧力を放電に適する圧
力（数torr〜100torr）に設定することが可能と
なる。このため、プラズマがピンチした後に長時
間、減衰振動しながら流れる電流によつて放電が
持続しても、電極間のガス圧が200〜300torr以下
と低いため、電流が局所的に集中せず、電極を融
解することがなくなる。一例として、第１図に示
した従来の電極形状で放電した場合と、３気圧程
のガス圧力でガスを注入放電させると、第１図中
のガス注入電極の中心先端部に、1000回程の放電
で直径７〜８mm、深さ10mm程に電極が消耗され
る。これに対して、300torr程の低ガス圧で放電
すると、10000回程の放電でも、電極の先端部は
直径４〜５mm、深さ２mm程の消耗であり、電極の
消耗は大幅に減少する。
200〜300torr程の低ガス圧でガスを注入した場
合、注入ガスの立ち上り勾配を形成するには、ガ
スの導入経路を太く短くして、コンダクタンスを
大きくする必要がある。しかしながら、従来のよ
うな高気圧ガス注入時に比べて、ガスの立ち上り
勾配が緩慢になることは、さけられない。そこ
で、プラズマを形成する放電電極の形状により、
放電の安定化を図つている。そこで、放電電極部
の構成の一例を詳細に示す。
第４図は、電極構造の実施例の１つである。３
９はガスバツフア容器５と等しい圧力となる高速
開閉ガス弁がガス溜め、４０はピストン、４１は
ガス噴出口、４２はガス導入溝、４３はガス塊、
４４はピンチしたプラズマ、４５は電流でピンチ
したプラズマ４４に流れていることを示す。４６
はプラズマ反射板、４７はプラズマ反射板に設け
たＸ線通過孔で、電極１７および１８の中心軸に
位置している。４８はプラズマから出た荷電粒子
の軌跡を表わしている。４９は電極冷却用水冷パ
イプ、５０はガス排気用の孔であり、電極周上に
等間隔に配置されている。５１は真空容器の一部
と電流伝送路の両者の役割を備えた高電圧入力用
フランジ、５２は電流のリターン回路用フランジ
で接地電位であるガス溜め３９のガスは、高速開
閉ガス弁のピストン４０が開くと、ガス噴出口４
１から、電極１７に設けられたガス導入溝４２を
通つて、接地された中空円筒状の電極１８との間
に中空円筒状のガス塊４３を形成する。ガス導入
経路のコンダクタンスを大きくするために、ガス
噴出口４１は10mmφ以上として、ガス導入溝４２
は先細末広の構造とし、ガス導入溝から噴出する
ガスのマツハ数Ｍを高めるようにしている。
電極１７に負電位の高電圧が印加されると、電
極１７の先端と中空円筒状の接地電極１８の先端
で円環状の放電が生ずる。放電初期において、電
界は電極１７と最も近い中空円筒状電極１８の円
環状の先端部に集中するので、放電は、常に電極
１８の定まつた先端部で開始されるようになり、
放電の位置が安定する。さらに、電界の集中部が
常に一定な円環状になるため、注入されたガス塊
４３が形成された後、拡散して、ガス塊形状が崩
れても、円環状の初期放電が生じて、プラズマが
収束ピンチする。このためガス溜め３９の圧力が
200〜300torrの低ガスの圧力でガス注入された場
合のように、注入ガスの立ち上り勾配が緩慢にな
つても安定して円環状の初期放電が生じ、プラズ
マが収束ピンチすることになる。
ピンチしたプラズマに流れる電流４５は、電極
１７の中心軸上にある円筒状空洞の内壁と、接地
電極１８の中空円筒状電極の内壁から注入され
る。
このような構造になつているから、プラズマが
ピンチしたとき電極に流れる電流は、電極の内壁
面全体から供給されるので、電極に局所化して流
れることはない。そのため、電流の局所化による
電極の加熱、融解がなく、放電による電極消耗が
減る。1000回程の放電した後でも、電極１７と１
８の内壁面がわずかに消耗するのみとなり、電極
消耗はほぼ、なくなる。本構造電極では、ＣやＷ
−Cu合金を用いると105回以上の連続放電が可能
となる。さらに高速開閉ガス弁７から噴射される
ガスは対向電極１８が中空状になつているため、
電極１８で反射される割合が減つて、ガス塊４３
は、常に再現性よく安定に形成される。
以上の効果から、プラズマは安定に再現性よく
収束ピンチすることになり、電極の消耗も減り、
Ｘ線を安定にプラズマから放射することができ
る。
尚、注入ガスの圧力を低ガス圧にすると、第５
図Ａ及びＢのような円環状の突起あるいは溝を設
けた、平板状接地電極を用いても、安定に放電が
生じ、プラズマのピンチが生ずる。ここで、Ｘ線
取り出し用の電極の孔の形状は、円筒形でなくて
もよい。
第６図は第４図における上部電極１７の例を示
し、円筒状の外部電極１７ａと、その内部に同心
状にもうけられ外部電極と電気的に結合する中空
円筒状の内部電極１７ｂから構成される。内部電
極１７ｂは側壁に複数（例えば８個）の孔１７ｃ
を有し、この孔を通してガスが内部電極１７ｂの
外壁と外部電極１７ａの内壁の間に流れる。
第７図は、本方式の装置におけるＸ線発生強度
と放電タイミング（第３図における遅延パルサー
１５の設定時間）の実験結果を示したものであ
る。縦軸は、１回の放電で発生するＸ線量（Ｊ／
shot）を、横軸は放電タイミング時間（μs）を示
している。白丸印は、本発明の電極で低ガス圧
（300torr）（0.4気圧）で放電した場合の実験結果
であり、黒丸印は、第１図に示したような、従来
の高気圧ガス注入で得られた結果であり、
2300torr（３気圧）、放電エネルギ（3KJ）、放電
回路は同一のものを使用している。従来法では、
プラズマがピンチし放電するタイミングは、390
〜400μs間の10μs程であり、急峻なガス注入が行
われ、電極間のガス圧も数μs程で急激に上昇して
いるのが、タイミング時間幅が10μsであることか
ら推察される。
これに対して、本発明の低ガス圧注入で中空円
筒状電極を用いると、ピンチする放電のタイミン
グが400〜500μs間の約100μsと、従来法に比べ１
桁程長い放電タイミング幅でプラズマがピンチす
る。これから、放電電極間のガス圧力が100μs程
の長時間にわたつて適正ガス圧に保たれているこ
と、さらにガスが電極間に注入され50μs以上の長
い時間が経過して、注入されたガス塊が拡散し、
形状が崩れても安定に円環状の初期放電が生じ、
プラズマが収束ピンチすることがわかる。尚、本
実験で注入ガスのパルス幅は100μs程であること
から、電極間のガス圧力は、常にプラズマがピン
チする適正ガス圧に保たれ、高気圧に達しないこ
とがわかる。
Ｘ線放射量は、従来法に比べて３倍ほどに増加
している。これは、中空円筒状の電極１８を用い
るため、ピンチしたプラズマの長さに制限がな
く、長いピンチプラズマが形成され、プラズマの
インダクタンスが増加し、効率よくコンデンサに
蓄えた電気エネルギがプラズマに注入されるこ
と、ピンチしたプラズマに流れる電流が電極の内
壁から供給され、電流の局所化がなくピンチした
プラズマが安定して存在し寿命が長いこと、等に
起因する。プラズマから発生するＸ線は、2μsの
長時間にわたつて検出され、ピンチしたプラズマ
の寿命が長いことが確認される。
第８図は、本発明の装置で低ガス圧注入により
放電させ、放電電極の中心軸方向にＸ線ピンホー
ル写真機を設置して、ピンチしたプラズマの位置
を測定した結果である。20回の重ね撮影をしてい
るが、Ｘ線放射領域は２mmφと小さくなつてい
る。これから、ピンチしたプラズマの位置は安定
している。
第９図は、第１図のような従来法で高気圧ガス
注入の放電における、第８図と同様な方法で撮影
した写真である。ピンチしたプラズマの位置は10
mmφ程の領域にわたつており、第８図に比べて、
バラツキが大きい。このように、本発明を用いる
と、プラズマの収束ピンチする位置が安定する。
以上から、本発明によつて、Ｘ線発生効率が向
上し、かつ、プラズマのピンチする位置が安定す
ることが実験で示された。Ｘ線露光法で、プロキ
シミテイ露光を用いる場合、線源の径が小さいほ
ど、転写時のボケが少なくなる。しかるに、第８
図のピンホール写真から、電極中心軸方向で露光
することが、有利であることがわかる。しかし、
Ｘ線取り出し窓をプラズマから放射される荷電粒
子から保護する必要が生じる。
ピンチしたプラズマからは、荷電粒子がプラズ
マ柱の中心軸方向に多く放射されるので、第４図
のように接地側電極１８側の電極中心軸方向に
は、プラズマ反射板４６を設けている。プラズマ
反射板４６は、中心にＸ線通過孔４７を有し、電
極側の面は、電極中心軸と斜めになつており、そ
の方向は第３図の排気装置２の方向に向いている
構造をしている。
このような構造になつているので、電極１７と
１８間で発生したプラズマが、電極中心軸方向に
あるＸ線取り出し窓２８方向に噴射されるとき、
プラズマ反射板４６の面に衝突しプラズマ噴射方
向と異なる方向の運動量を有することになり、Ｘ
線取り出し窓２８方向に進行するプラズマは減少
する。また、電極からＸ線通過孔４７の方向に向
うプラズマも、プラズマ反射板により反射された
プラズマと衝突することにより、電極中心軸と直
角な方向の運動成分を有することになり、電極中
心軸方向にあるＸ線取り出し窓方向に運動するプ
ラズマならびに荷電粒子の量は減少する。その他
高速ガス弁７から噴射されるガスが、プラズマ反
射板によつて反射され排気装置方向に拡散する割
合が増加し、ガスの排気に要する時間も短縮され
る。ここで、プラズマ反射板は、曲面、あるいは
円錐状でもよい。
第１０図および第１１図は、第４図で示した装
置で放電で発生する荷電粒子を調べるため、荷電
粒子除去器２７とプラズマ反射板４６を設けず放
電した場合に発生する荷電粒子量を測定した実施
例である。ここで、放電で使用したガスはNeで
あり、コンデンサ１１の容量が3μF、充電電圧
50KVであり、測定は、電極１８と１７の中心軸
方向25cmにフアラデーカツプを設け、フアラデー
カツプと接地間に2Ωの抵抗を接続、抵抗の両端
の電圧を測定している。
第１０図は、注入ガスNeの圧力を２気圧とし
た場合の結果である。300V以上の負電圧が検出
されており、大量の電子が電極中心軸方向に放射
されていることがわかる。
この場合、プラズマ軸方向20cm程にＸ線取り出
し窓２８としてBe膜を設けても、１回の放電で
破壊され、使用不可能であつた。
第１１図は、圧力調整装置１１によつて注入ガ
スNeの圧力を300torrと低圧力にした場合の結果
である。第１０図とほぼ同時刻に負電圧が発生し
ているが、電圧は70Vほどであり、第１０図中で
発生している電圧に比べて1/4以下となつている。
以上の結果のように、注入ガスの圧力を低下させ
ることにより放電で電極間のプラズマから発生す
る荷電粒子の量は減少することがわかる。第１０
図と第１１図におけるプラズマの収束時間（放電
が開始してピンチするまでの時間）は、両者とも
600nsec程度であり、放電時の電極間のガス密度
は、第１０図と第１１図は同程度と考えられる。
しかしながら、第１０図のような高気圧でガスを
注入すると電極間のガス圧力が急激に上昇して、
ピンチ後の電極間は高気圧状態となり、大量のガ
スが電離され第１０図に示されるように大量の荷
電粒子が発生する。
以上のように、注入ガスの圧力を圧力調整装置
により200〜400torr程に下げると荷電粒子の発生
が抑制されることから、電極に衝突する電子、イ
オンの量が減少し、その結果、電極の消耗が少な
くなる。しかしながら、注入ガス圧を低下させて
も、荷電粒子は放射されるため、Be膜等をプラ
ズマ中心軸方向に設けると、数回の放電でBe膜
は破損される。
第１２図は、プラズマ反射板４６と荷電粒子除
去装置２７を設けて、第１０図および第１１図と
同一の方法で測定した荷電粒子の測定結果であ
る。
なお、第１０図〜第１２図において、横軸は
500μs／目盛、たて軸は50V／目盛である。
荷電粒子は、全く検出されず、プラズマ反射板
と除去装置２７により、完全に除去されたことが
示されている。
したがつて、電極の中心軸方向にＸ線取り出し
窓２８を設けることが可能となり、損傷が少ない
ので、Ｘ線取り出し窓２８で真空の耐圧を有する
ことも可能となる。その効果としては、露光され
るウエハ側から見たＸ線源径がピンチしたプラズ
マの径と同等な２mmφとなり、転写パターンの露
光が小さくなる。さらに、Ｘ線をＸ線取り出し窓
から大気中に放射することができるので、大気中
露光が可能となり、Ｘ線マスクの熱拡散が速くな
つてＸ線マスクの熱膨張がなく、精度よく、微細
なパターンが転写できることになる。
さらに、注入ガス圧を下げることにより、注入
ガスの量が少なくなり真空容器を排気するのに要
する時間が短縮され、本方式で、放電のくり返し
速度を上げることが可能となり、露光時間が短縮
されスループツトが向上する。また、排気系も小
型化できることになる。
本発明の低ガス圧注入放電では、プラズマから
30cm中心軸方向に10μｍのBe箔を設けて放電して
も、Be箔が破損されることはなかつた。また、
注入ガス量が少ないので排気が容易で、１秒間に
３回程の放電が可能となつた。
高速開閉ガス弁側に位置する電極を負電位、対
向する電極を接地電位すると、プラズマのピンチ
で発生するＸ線取り出し窓方向に放射される荷電
粒子は、電子が大部分となつて、磁場に容易に偏
向できるようになる。第１０図、第１１図の荷電
粒子測定結果でも、電子が検出されている。ま
た、Ｘ線取り出し窓方向の電極を接地電位とする
と、放電時に、荷電粒子除去器２７やＸ線取り出
し窓、容器とスパークすることがなく、プラズマ
からウエハ３０までの距離を短縮するとが可能で
あり、露光時間の短縮が図れる。
さらに、プラズマＸ線発生部と上部に、ウエハ
やマスクのアライナ部を下部とすることにより、
ウエハは水平に設けて露光することが可能とな
り、アライナ装置の構造を簡単化することができ
る。また、この逆の構造も容易にできる。
（発明の効果） 以上、説明したように、プラズマＸ線源のプラ
ズマ軸方向にＸ線を取り出してもプラズマによる
Ｘ線取り出し窓の損傷がなく、また放電による電
極消耗が減少するので、輝度の高いＸ線が安定に
Ｘ線取り出し窓からＸ線を取り出せる。また、注
入ガスに低ガス圧を使用しているので、注入ガス
の高速排気ができるので連続した数Hzの高速くり
返し放電のプラズマＸ線源が実現可能となる。こ
の様な線源では線源径が小さく、Ｘ線出力が大き
いので、微細なパターンを生産性よく転写する装
置が実現できる。
さらに、短い時間に強力なＸ線が放射されるの
で、Ｘ線アニーリング、CVD、エツチング等に
利用できるとともに、高速現象のＸ線解析、各種
分析や医療、工業用のＸ源線として利用できるよ
うな利点がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来のプラズマＸ線源の構成図、第
２図は従来のプラズマＸ線源のＸ線ピンホールを
示す図、第３図は本発明の一実施例の構成図、第
４図は、第３図の放電電極の部分の拡大図、第５
図ＡおよびＢは平板状電極の一実施例、第６図は
上部電極の構成例、第７図は本発明で得られた放
電のタイミング時間（遅延パルサ設定時間）とＸ
線発生量、ならびに第１図のような従来法による
同様な実験結果を示す図、第８図は本発明装置で
得られたＸ線ピンホールを示す図、第９図は高気
圧ガス注入時のＸ線ピンホールを示す図、第１０
図はプラズマ反射板を設けず、２気圧のNeガス
で放電した場合の荷電粒子量を測定した実験結果
を示す図、第１１図は、第１０図の実験で
300torrで放電した場合の実験結果を示す図、第
１２図はプラズマ反射板と荷電粒子除去器を通し
た300torrのガスで放電した場合の荷電粒子の測
定結果を示す図である。 １……真空容器、２……排気装置、３……ガス
圧調整用排気装置、４……排気用弁、５……ガス
バツフア容器、７……高速開閉ガス弁、８……ガ
ス導入弁、９……ガス容器、１０……ガス圧力検
出器、１１……圧力制御装置、１２……充電電
源、１３……コンデンサ、１４……信号発生装
置、１５……遅延パルサ、１６……高速開閉ガス
弁駆動用電源、１７……高圧側電極、１８……接
地側電極、２０……高電圧パルス発生器、２１…
…放電スイツチ、２２……絶縁体、２６……Ｘ
線、２７……荷電粒子除去器、２８……Ｘ線取り
出し窓、２９……Ｘ線マスク、３０……ウエハ、
３１……アライナ、３９……高速開閉ガス弁のガ
ス溜め、４０……高速開閉ガス弁のピストン、４
２……ガス導入溝、４３……ガス塊、４４……ピ
ンチしたプラズマ、４５……電流の流れ、４６…
…プラズマ反射板、４７……Ｘ線通過孔、４８…
…荷電粒子軌跡、４９……電極冷却用水冷パイ
プ、５０……ガス排気孔、５１……高電圧入力用
フランジ、５２……リターン接地電極用フラン
ジ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 真空中の対向した１対の電極間にガスを供給
    してプラズマ生成用の中空円筒状のガス塊を形成
    し、上記電極間に電圧を印加し放電することによ
    り、上記電極間に放電プラズマを生成し、プラズ
    マを流れる電流がつくる自己磁場によりプラズマ
    を自己収束させて直線状の高温高密度プラズマを
    形成し、その高温高密度プラズマからＸ線を発生
    させるＸ線発生装置において、前記ガスが排気装
    置を有した圧力調整機構によりガス溜めの圧力を
    大気圧以下に保つた高速開閉ガス弁によつて与え
    られ、前記電極間のガスの密度が1019cm-3以下と
    することを特徴とするＸ線発生装置。 ２ 真空中の対向した１対の電極対の間に、高速
    開閉ガス弁によりプラズマ生成用の中空円筒状の
    ガス塊を形成し、上記の電極対の間に電圧を印加
    し放電することにより、上記電極対の間に放電プ
    ラズマを生成し、プラズマを流れる電流がつくる
    自己磁場によりプラズマを自己収束させて直線状
    の高温高密度プラズマを形成し、その高温高密度
    プラズマからＸ線を発生させるＸ線発生装置にお
    いて、前記電極対がほぼ同心状に対向する１対の
    電極から構成され、少なくとも一方の電極は中心
    孔を有した接地電位とし、他方の電極を負電位と
    して、中心孔を有する前記電極から、電極対のほ
    ぼ中心軸上に形成される直線状プラズマの軸方向
    にＸ線を取り出すことを特徴とするＸ線発生装
    置。 ３ 前記電極対の一方の電極が中空円筒形で、そ
    の内部からガスを噴射するように該電極が高速開
    閉ガス弁と連結し、該電極がその内部に該電極と
    電気的に接続される同心の円筒電極を有すること
    を特徴とする特許請求の範囲第２項記載のＸ線発
    生装置。 ４ 前記電極対が同軸状に配置される１対の中空
    円筒形の電極により構成されることを特徴とする
    特許請求の範囲第２項記載のＸ線発生装置。 ５ 前記電極対とＸ線取り出し窓との間に、電極
    の中心軸上にＸ線通過孔を有するプラズマ反射面
    がもうけられることを特徴とする特許請求の範囲
    第２項記載のＸ線発生装置。 ６ 真空中の対応した１対の電極対の間に、高速
    開閉ガス弁によりプラズマ生成用の中空円筒状の
    ガス塊を形成し、上記の電極対の間に電圧を印加
    し放電することにより、上記電極対の間に放電プ
    ラズマを生成し、プラズマを流れる電流がつくる
    自己磁場によりプラズマを自己収束させて直線状
    の高温高密度プラズマを形成し、その高温高密度
    プラズマからＸ線を発生させるＸ線発生装置であ
    つて、前記電極対がほぼ同心状に対向する１対の
    電極から構成され、少なくとも一方の電極は中心
    孔を有し、電極対のほぼ軸上に形成される直線状
    プラズマの軸方向にＸ線をとり出すＸ線発生装置
    を用い、Ｘ線露光用マスクおよびウエハの装置機
    構を前記直線状プラズマの中心軸上に、該中心軸
    とＸ線露光用マスク面及びウエハ面が直交するよ
    うに配置して、Ｘ線を照射することを特徴とする
    Ｘ線露光法。 ７ Ｘ線露光用マスク用およびウエハ面がほぼ水
    平面におかれることを特徴とする特許請求の範囲
    第６項記載のＸ線露光法。
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