JPH0373100B2

JPH0373100B2 -

Info

Publication number: JPH0373100B2
Application number: JP60091228A
Authority: JP
Inventors: Yasunao Saito; Ikuo Okada; Hideo Yoshihara
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-04-30
Filing date: 1985-04-30
Publication date: 1991-11-20
Also published as: JPS61250948A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、プラズマと被照射物との間に、荷電
粒子を偏向するための磁気回路と荷電粒子および
中性粒子を反射する反射板（以後プラズマ反射板
と言う）とを設けた荷電／中性粒子除去器、プラ
ズマから発生する高速度の電子、イオン、中性粒
子等をしや断してプラズマから発生するＸ線や紫
外光のみを利用するＸ線発生装置およびそのＸ線
発生装置を用いたＸ線露光法に関するものであ
る。〔従来の技術〕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、Pd
等の金属による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0.01％と低く、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
源では、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線源の投入エネルギに対する軟Ｘ線
への変換効率は１％以上であり、電子線励起Ｘ線
源に比べ２桁以上の高効率化が期待できる。プラズマＸ線源では、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、電流の作る自己磁界とプラズマの電磁的
相互作用によりプラズマを自己収束（ピンチ）さ
せて、プラズマを高密度かつ高温化し、その高温
高密度プラズマから、Ｘ線を発生させる。プラズマを自己収束させるためには、プラズマ
の高密度化が容易な、プラズマの軸方向に電流を
流すＺピンチ法が用いられている。特に、真空中
の対向した１組の電極間に高速開閉ガスバルブ
（パフ）でガスを注入して、ガスが拡散しない時
間内に電極間に電圧を印加して放電させるガス注
入放電法がプラズマＸ線源に適すると考えられて
いる。ピンチ時にプラズマは円柱状となるので、Ｘ線
マスクとレジストを塗布したウエハとの間の距離
を10〜30μｍに設定して微細パターンの露光を行
う近接露光法の場合には、円柱状プラズマの軸方
向（以下プラズマ軸方向と言う）で露光するの
が、転写時の半影ぼけを小さくするためには不可
欠である。しかし、Ｚピンチ放電では、プラズマ軸方向に
大量の高エネルギ電子やイオンなどの荷電粒子や
高温ガスなどが放射される。そのために、プラズ
マ軸方向にＸ線を透過し易いBe箔などのＸ線取
り出し窓を設けてＸ線を真空容器の外部へ取り出
そうとすると、前述した高エネルギの荷電粒子が
Ｘ線取り出し窓に照射され、このＸ線取り出し窓
は破損されてしまう。そこで、従来のプラズマＸ
源では、プラズマ軸方向とは直行するプラズマ柱
の径方向にのみＸ線取り出し窓を配置せざるを得
なかつた。このようなＸ線取り出し窓から取り出
したＸ線を用いた露光を伴う場合には、Ｘ線源が
直線状になるので、半影ぼけを小さくして近接露
光法で微細パタンを転写するのは困難であり、す
なわち、微細パターン露光用Ｘ線として使用する
のは不可能であつた。プラズマＸ線源の一形態として、ガス注入放電
によるＸ線源が、 (1) J.S.Pearlman et al.による“Ｘ−
raylithography using ａ pulsed plasma
source”，J.Vac.Sci.Technol.，19（４），
Nov.／Dec.1981，pp.1190−1193， (2) J.Bailey et al.による“Evaluation of the
gas puff Ｚ pinch as an ｘ‐ray
lithography and microscopy source”，Appl.
Phys.Lett.40（１），１ January 1982，
pp.33‐35， (3) C.Stallings et al.による“Imploding argon
plasma experiments”，Appl.Phys.Lett.35
（７），1979，pp.524−526 に開示されている。これら文献(1)〜(3)に開示されているガス注入型
プラズマＸ線源を第２図に示す。第２図におい
て、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、１８はメツシ
ユ電極、２１はスイツチ、２６は発生Ｘ線、２８
はBeはくなどによるＸ線取り出し窓、２９はＸ
線マスク、３０はウエハ、４３は高速開閉ガス弁
のガス溜め、４５はピストン、６１はガス塊、６
３はピンチしたプラズマ、６４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４５を高速に駆動し、瞬時にガス溜
め４３のガスを注入して、電極間にガス塊６１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６
１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６
３を形成する方法である。ガス注入放電方式では、電極間にガス塊を形成
する際に、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、ほぼ次式で表わされ
る。Ｑmm²Po／√ｔexp（l²／4Dt）ここで、Po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Po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えら
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10¹⁷〜10¹⁹cm^-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10¹⁷〜10¹⁹cm^-3（数Torr〜
100Torr）の低密度にかかわらず、100倍以上の
高密度10²⁰〜10²²cm^-3（数気圧）でガスを注入し放
電させている。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４４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２
８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可能であつ
た。さらに加えて、高エネルギの荷電粒子、高温ガ
スがＸ線取り出し窓２８に衝突することによりＸ
線取り出し窓２８が損傷されることになる。特
に、第２図に示したように、ガス塊６１がプラズ
マ化され、電極の中心軸にプラズマ６３が形成さ
れるとき、プラズマ６３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６４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２８を設置しても、その
損傷が激しく、露光は不可能であつた。そこで、
従来は、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６３の径方向へ設置し、真空中で露光され
ている。第３図は、Ｘ線マスクの設置されている線源を
径方向から撮影したＸ線ピンホール写真の模式図
である。近接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。このように、従来のガス注入型プラズマ
Ｘ線源では、いずれも、横方向でしか露光を行な
えなかつたので、微細パターン露光用Ｘ線源とし
ては不適当であつた。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、ガス注入法でくり返し速度の高い放電を行
うことは不可能であつた。さらに、露光用Ｘ線源としては、プラズマから
発生し、Ｘ線取り出し窓に到達する荷電粒子およ
び中性粒子をなるべく少くすることが必要である
が、これまではそのための具体的構成について何
ら提案されていない。〔発明が解決しようとする問題点〕そこで、本発明の目的は、変換効率の高いガス
注入型プラズマ放電技術に伴う上述の欠点を解決
し、放電タイミングの余裕を大きくとり、以て、
放電の安定性およびＸ線放射の再現性の向上を図
つたプラズマＸ線発生装置を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、高くり返しの連続放電が
可能であり、かつ微細パターンを転写可能なプラ
ズマＸ線発生装置を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、放電により発生す
る荷電粒子／中性粒子を減少させ、および／また
は発生した荷電粒子／中性粒子を除去して、プラ
ズマ軸方向に配置したＸ線取り出し窓の損傷を防
止してＸ線のみをプラズマ軸方向に取り出すよう
にしたＸ線発生装置を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、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止するよう
にしたＸ線発生装置を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、放電の安定性が高
く、Ｘ線放射の再現性の向上したプラズマＸ線発
生装置を用いて微細パターンを転写可能なＸ線露
光法を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、上述した従来技術
の欠点を解決し、プラズマ軸方向に放射される荷
電粒子および中性粒子の量を減少させ、しかも放
射された荷電粒子および中性粒子を除去して、Ｘ
線のみをプラズマ軸方向に取り出すことができる
ように適切に構成配置した荷電粒子／中性粒子除
去器を提供することにある。〔問題点を解決する為の手段〕かかる目的を達成するために、本発明Ｘ線発生
装置は、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ガス塊を形成し、電極
間に電圧を印加し放電することにより、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、電極間に供給されるガスを150−
1000Torrの範囲の圧力でガス溜めに貯留するた
めのガス圧力制御手段を有し、前記範囲の圧力で
貯留されたガスをガス弁を介して電極間に注入す
ることを特徴とする。本発明Ｘ線露光法は、真空中においてほぼ同心
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する１対の電極対の間
に、プラズマ生成用のガス塊を形成し、電極対の
間に電圧を印加し放電することにより、電極対の
間に放電プラズマを生成し、そのプラズマを流れ
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、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線を取り出すＸ線発生装置を用い、ガス
塊のガス分子密度の最大値が10¹⁹cm^-3を越えない
ように制御し、直線状プラズマの中心軸上に、中
心軸と直交するようにＸ線露光用マスク面および
ウエハ面を配置して、Ｘ線発生装置からのＸ線を
照射することを特徴とする。本発明電荷粒子／中性粒子除去器は、プラズマ
発生用の電極と、電極の下方に配置したＸ線取り
出し窓との間に配置され、Ｘ線取り出し窓と対応
してあけられたＸ線通過開口を有し荷電粒子／中
性粒子を反射させる反射板と、電極とＸ線取り出
し窓との間に配置され、電極とＸ線取り出し窓と
の間の空間に入来する荷電粒子を偏向する平行磁
界を形成する磁気回路とを具えたことを特徴とす
る。〔作用〕本発明によれば、ガス注入型プラズマ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、輝度の高いＸ
線が安定にＸ線取り出し窓から取り出される。ま
た、Ｘ線取り出し窓の損傷がなくなるので、Ｘ線
取り出し窓で真空の耐圧をもたせることも可能と
なり、Ｘ線を大気中に取り出して大気中露光が可
能となる。大気中露光では、Ｘ線マスクの熱拡散
が速くなつてＸ線マスクの熱歪みが生じなく、精
度よく、微細なパターンを高速度で安定に転写で
きることになる。しかもまた、本発明によれば、Ｘ線発生装置な
どにおいてプラズマからＸ線を発生させる際に発
生する荷電粒子や中性粒子を除去して、Ｘ線のみ
をプラズマ軸方向に取り出すことができる。〔実施例〕以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。第１図は本発明Ｘ線発生装置の一実施例であつ
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はガス圧力制御装
置であり、ガス圧力検出器１０の信号から弁４と
弁８を開閉して、ガス容器９からガスバツフア容
器５へ供給される放電用ガスおよびガスバツフア
容器５から排気装置３へ排気される放電用ガスの
流量を制御して、ガツバツフア容器５の圧力を調
整する。１２は充電電源、１３は電源１２により
充電されるコンデンサ、１４は基準信号発生装
置、１５は信号発生装置１４からの信号を遅延す
る遅延パルサ、１６は信号発生装置１４からの信
号により制御されて高速開閉ガス弁７の駆動を行
う電源としての高電圧パルス発生装置である。１
７は負電位の高電圧側電極であり、高速開閉ガス
弁７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は接地側電極であり、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あり、基準信号発生装置１
４から遅延パルサ１５を経て遅延された信号を受
け高圧パルスを発生する。２１は放電スイツチで
あり、高電圧パルス発生器２０からのパルスによ
り駆動されてコンデンサ１３の放電タイミングを
制御する。２２は絶縁体であり、電極１７と１８
と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は真空容器１内におい
てＸ線２６の通路に沿つて配置された荷電粒子除
去器であり、放電プラズマから発生するイオンお
よび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線取り出し窓であり、たとえば薄い
Be膜やAl膜あるいは高分子膜等からできている。
２９はＸ線マスク、３０は露光されるウエハ、３
１はアライナ装置であつて、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
ス容器９からのガスをガスバツフア容器５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、これと対向する接地電極１８との間に放
電用ガスを注入する。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２２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、そ
の印加とタイミングが合つて到来した放電用ガス
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、プラズマから放射されるＸ線２６を照射
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３
１によつて行われる。高速開閉ガス弁７によつて放電用ガスが注入さ
れた時の、ガスバツフア容器５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、
150〜1000Torr程度の所定のガス圧に保たれる。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、常時一定のガス圧力に設定
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
で所定の圧力（たとえば150〜1000Torr）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150〜300Torr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２図に示した従来の電極形状で
放電した場合、３気圧程のガス圧力でガスを注入
放電させると、第２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10
mm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。 150〜1000Torr程の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大きく形成するに
は、ガスの導入通路を太く短くして、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、本発明で
はガスの立ち上り勾配が緩慢になることは、避け
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。この点をも考慮して構成した電極１７および１
８の構造の実施例を高速開閉弁７の構造と共に第
４図に示す。第４図において、真空容器１の上壁を形成する
と共に電流伝送路としても機能する高電圧入力フ
ランジ４１にガス噴出口４２をあける。この噴出
口４２の上方には、ガス溜め４３を形成するナイ
ロンなどのモールド絶縁体４４を設ける。この絶
縁体４４にはガス溜め４３で往復移動するピスト
ン４５を貫通させる孔４０をあけると共に、ピス
トン４５を上下に移動させるためのソレノイドコ
イル４６を埋設する。ピストン４５はコイル４６
による磁力線の変化で電流が発生するような導
体、たとえばAl、ジユラルミンなどの軽金属で
構成する。ソレノイドコイル４６には電源１６か
らパルス電圧を加えて、ピストン４５を瞬時に上
方に吸引させる。ピストン４５の上部にはガスバ
ツフア容器５に連通するガス通路４７に通じる開
口をもつピストン停止用バツフア材４８を接着
し、このバツフア材４８にピストン４５の上部を
当接可能にする。フランジ４１には、ピズトン４
５の下面と当接してガス溜め４３を真空シールす
るＯリングなどの封止部材４９を設けておく。こ
のようにして、通路４７からの放電用ガスは、ピ
ストン４５が下方に移動しているときにガス溜め
４３内に充填され、ついで、ピストン４５が電源
１６により上方に急峻に引き上げられることによ
りガス溜め４３の上部は封止され、ガスは噴出口
４２から下方に流れていく。電源１６の電力がし
や断されることによつてピストン４５はその自重
と真空容器１内の真空により下方に引き下げら
れ、ガスは通路４７からガス溜め４３内に再び導
かれる。フランジ４１の下方には、絶縁材２２を介し
て、電流のリターン回路を形成する接地されたフ
ランジ５０を配置し、このフランジ５０を接地す
る。フランジ４１の下方には噴出口４２と連通す
る開口１７Ｅをもつほぼ２重の円筒形状の電極１
７を配設する。電極１７の内外両円筒部分１７Ａ
と１７Ｂとの間にはガス導入ノズル５１が形成さ
れる。両円筒部分１７Ａと１７Ｂとはリング１７
Ｃにより一体に構成されており、このリング１７
Ｃに円周に沿つて形成した複数の開口１７Ｄを介
して開口１７Ｅとガス導入ノズル５１とを連通さ
せる。５２は電極１７の外周面に取りつけた電極
冷却用水冷管である。フランジ５０の下面からは
下方に突出する円筒５３を形成する。この円筒５
３の下端面には円筒５３の内方に立上る円筒５４
を設けて、接地側電極１８を構成する。この電極
１８の円筒開口部を上述のガス導入ノズル５１の
下端とほぼ対向させるように配置する。５５は電
極１８にあけたガス排気用孔であり、たとえば複
数の孔５５を円筒面にあけることができる。５６
は電極１８の表面に取りつけた電極冷却用水冷パ
イプである。電極１８の下端面には、円筒５４を
覆うようにして斜めにプラズマ反射板５７を配置
する。このプラズマ反射板５７には電極１７および１
８の中心軸と一致して中心をもつＸ線通過孔５８
をあける。プラズマ反射板５７に連なつて、反射
された荷電粒子の排気口５９を設ける。第４図において、６１はガス導入ノズル５１か
ら噴出されるガス塊、６２は電極１８と１７との
間を流れる電流の流れ、６３は電流６２により矢
印方向にピンチされたプラズマを示す。６４はプ
ラズマ６３から出た荷電粒子の軌跡を表わしてい
る。ガス溜め４３のガスは、高速開閉ガス弁７のピ
ストン４５が開くと、ガス噴出口４２から、電極
１７に設けられたガス導入ノズル５１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６１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４
２は10mmφ以上として、ガス導入ノズル５１は先
端末広の構造とし、ガス導入ノズル５１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
筒５４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６１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４３の圧
力が150〜1000Torrのガス圧力でガスが注入され
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６２は、電極
１７の中心軸上にある円筒状空洞１７Ｂの内壁
と、接地電極１８の中空円筒状電極５４の内壁か
ら注入される。このような構造においては、プラズマがピンチ
したときに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１８
の内面壁がわずかに消耗するのみとなり、電極消
耗はほとんどない。第４図の構造電極では、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
６１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あるいはＢのような円環状の突起１８Ａある
いは溝１８Ｂを設けた、平板状設地電極を用いて
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は側壁に円周に沿つて設けた複数（例え
ば８個）の孔１７Ｄを有し、これら孔１７Ｄを通
してガスが内部電極１７Ｂの外壁と外部電極１７
Ａとの内壁の間のガス導入ノズル５１に流れ出
る。第７図Ａは、第１図示の本発明Ｘ線発生装置に
おけるＸ線発生強度と放電タイミング（第１図に
おける遅延パルサー１５の設定時間）との関係の
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（μs）を示している。白丸印は、本発
明により低ガス圧（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２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
昇していることが、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、本発明により150〜1000Torrの
圧力でのガス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２〜３倍ほどに
増加している。これは、本発明では中空円筒状の
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、多数回ピンチしたときには、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た。次に、注入ガス圧力を種々変えたときのＸ線出
力との関係および放電タイミングの余裕幅との関
係は第７図Ｂのようになり、Ｘ線出力および余裕
幅のいずれも、1000Torr（1.31気圧）以下、特に
760Torr（１気圧）以下で大きい値を示すことが
わかる。注入ガス圧力を低下させていくと、
500Torr以下ではいずれも飽和している。注入ガ
ス圧力の下限については、Ｘ線出力および放電タ
イミングの余裕幅のいずれについても、150Torr
であつた。なお、電極１７のガス導入ノズル５１から噴出
されるガスの速度は注入ガス圧力、すなわちガス
溜め４３間の圧力と関係するが、電極形状、ガス
の種類などに依存する。その一例としてNeガスの場合は次のようにな
つた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ガス注
入型プラズマ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、輝度の高いＸ線が安定にＸ線取り出し窓
から取り出される。また、Ｘ線取り出し窓の損傷
がなくなるので、Ｘ線取り出し窓で真空の耐圧を
もたせることも可能となり、Ｘ線を大気中に取り
出して大気中露光が可能となる。大気中露光で
は、Ｘ線マスクの熱拡散が速くなつてＸ線マスク
の熱歪みが生じなく、精度よく、微細なパターン
を高速度で安定に転写できることになる。しかもまた、本発明によれば、Ｘ線発生装置な
どにおいてプラズマからＸ線を発生させる際に発
生する荷電粒子や中性粒子を除去して、Ｘ線のみ
をプラズマ軸方向に取り出すことができる。さらに、本発明のＸ線発生装置は、高速現象の
Ｘ線解析、各種分析や医療、工業用のＸ線の発生
源として利用できる。また、プラズマからはＸ線と同時に紫外光や真
空紫外光も強力に発生するので、光CVD、エツ
チング、アニーリング等のLSI製造各種プロセス
にも本発明Ｘ線発生装置を利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明Ｘ線発生装置の一実施例の構成
を示す線図、第２図は、従来のプラズマＸ線源の
一例を示す構成図、第３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４図は第１図
示の放電電極の詳細例を示す断面図、第５図Ａお
よびＢは平板状電極の２実施例を示す図、第６図
は上部電極の構成例を示す断面図、第７図Ａは本
発明および従来法における放電のタイミング（遅
延パルサ設定時間）とＸ線発生量の実験結果を示
す特性図、第７図Ｂは注入ガス圧力とＸ線出力お
よび放電タイミングの余裕幅との関係の実験結果
を示す特性図、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、第
１３図は本発明Ｘ線発生装置の他の実施例を示す
構成図、第１４図は本発明荷電粒子／中性粒子除
去器の一実施例を示す斜視図、第１５図は注入ガ
ス圧力とプラズマから発生する荷電粒子量を表わ
すフアラデーカツプ出力電圧比との測定結果を示
す特性図、第１６図は偏向磁界強度と通過する荷
電粒子の量を表わすフアラデーカツプ出力電圧比
との測定結果を示す特性図である。１……真空容器、２……排気装置、３……ガス
圧力調整用排気装置、４……排気弁、５……ガス
バツフア容器、７……高速開閉ガスバルブ、８…
…ガス導入弁、９……ガス容器、１０……圧力検
出器、１１……ガス圧力制御装置、１２……充電
電源、１３……コンデンサ、１４……基準信号発
生装置、１５……遅延パルサ、１６……高電圧パ
ルス発生器、１７，１８……電極、１７Ａ，１７
Ｂ……円筒部分、１７Ｃ……リング、１７Ｄ……
開口、２０……高電圧パルス発生器、２１……放
電スイツチ、２２……絶縁体、２６……Ｘ線、２
７……荷電粒子／中性粒子除去器、２８……Ｘ線
取り出し窓、２９……Ｘ線マスク、３０……ウエ
ハ、３１……アライナ装置、４０……貫通孔、４
１……高電圧入力フランジ、４２……ガス噴出
口、４３……ガス溜め、４４……絶縁体、４５…
…ピストン、４６……ソレノイドコイル、４７…
…ガス通路、４８……ピストン停止用バツフア
材、４９……封止部材、５０……フランジ、５１
……ガス導入ノズル、５２……水冷管、５３，５
４……円筒、５５……ガス排気用孔、５６……水
冷パイプ、５７……プラズマ反射板、５８……Ｘ
線通過孔、５９……排気口、６１……ガス塊、６
２……電流の流れ、６３……プラズマ、６４……
荷電粒子、７１……開口、７２……バルブ固定用
フランジ、７３……開口、７４……電極板、７５
……磁気シールド板、８１……ヨーク、８１Ａ，
８１Ｂ……対向脚、８２，８３……磁石、８４，
８５……保護板、８６……荷電粒子／中性粒子反
射板、８６Ａ，８６Ｂ……反射板、８８Ａ，８８
Ｂ……Ｘ線透過孔、８９……荷電粒子吸収用メツ
シユ、９０……電子、９１……イオン、９２……
中性粒子。

Claims

【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、前記電極間に供給されるガスを
150−1000Torrの範囲の圧力でガス溜めに貯留す
るためのガス圧力制御手段を有し、前記範囲の圧
力で貯留されたガスをガス弁を介して前記電極間
に注入することを特徴とするＸ線発生装置。２特許請求の範囲第１項記載のＸ線発生装置に
おいて、前記ガス塊のガス分子密度の最大値が
10¹⁹cm^-3を越えないように前記ガスの前記ガス溜
め内の圧力を制御することを特徴とするＸ線発生
装置。３特許請求の範囲第１項または第２項記載のＸ
線発生装置において、前記ガス弁は電磁力によつ
て弁が開き自重により閉じる高速開閉ガス弁であ
ることを特徴とするＸ線発生装置。４特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
かの項に記載のＸ線発生装置において、前記ガス
塊は中実または中空の円筒形状であることを特徴
とするＸ線発生装置。５特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
かの項に記載の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、その
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線を取り出すことを特徴とするＸ線発
生装置。６特許請求の範囲第５項記載のＸ線発生装置に
おいて、前記電極対のＸ線を取り出す側の電極を
接地電位とし、他方の電極を負電位とすることを
特徴とするＸ線発生装置。７特許請求の範囲第５項記載のＸ線発生装置に
おいて、前記電極対の一方の電極を中空円筒形状
となし、その内部からガスを噴射するように当該
電極を高速開閉ガス弁と結合し、当該電極はその
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Ｘ線発生装置。８特許請求の範囲第５項記載のＸ線発生装置に
おいて、前記電極対が同軸状に配置された１対の
中空円筒形の電極により構成されたことを特徴と
するＸ線発生装置。９特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれ
かの項に記載のＸ線発生装置において、前記電極
対と前記電極対の下方に配置したＸ線取り出し窓
との間に、電極の中心軸上にＸ線通過孔を有し荷
電粒子／中性粒子を反射させる反射板を配置した
ことを特徴とするＸ線発生装置。１０特許請求の範囲第９項記載のＸ線発生装置
において、前記荷電粒子／中性粒子反射板は、前
記中心軸と斜交して配置されたことを特徴とする
Ｘ線発生装置。１１特許請求の範囲第１０項記載のＸ線発生装
置において、前記真空容器にはその排気を行う排
気装置を設け、前記荷電粒子／中性粒子反射板の
反射面を前記排気装置と対向させたことを特徴と
するＸ線発生装置。１２特許請求の範囲第９項ないし第１１項のい
ずれかの項に記載のＸ線発生装置において、前記
荷電粒子／中性粒子反射板は複数の反射部分を有
し、これら反射部分を所定間隔をあけて配設した
ことを特徴とするＸ線発生装置。１３特許請求の範囲第１項ないし第１２項のい
ずれかの項に記載のＸ線発生装置において、前記
電極対と、その電極対の下方に配置したＸ線取り
出し窓との間に、電極の中心軸上にＸ線通過開口
を有し荷電粒子／中性粒子を除去する除去器を設
けたことを特徴とするＸ線発生装置。１４特許請求の範囲第１３項記載のＸ線発生装
置において、前記荷電粒子／中性粒子除去器は入
来する荷電粒子を偏向する平行磁界を形成するよ
うに配置された磁気回路を有することを特徴とす
るＸ線発生装置。１５特許請求の範囲第１４項記載のＸ線発生装
置において、前記磁界はＸ線取り出し方向と垂直
な方向に形成されることを特徴とするＸ線発生装
置。１６特許請求の範囲第１４項または第１５項記
載のＸ線発生装置において、前記荷電粒子／中性
粒子反射板の反射面を前記磁界中に設けたことを
特徴とするＸ線発生装置。１７特許請求の範囲第１３項ないし第１６項の
いずれかの項に記載のＸ線発生装置において、前
記電極対と前記荷電粒子／中性粒子除去器との間
に、Ｘ線取り出し孔を有する高透磁率の磁気シー
ルド板を設けたことを特徴とするＸ線発生装置。１８真空中において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
心孔を有する１対の電極対の間に、プラズマ生成
用のガス塊を形成し、前記電極対の間に電圧を印
加し放電することにより、前記電極対の間に放電
プラズマを生成し、そのプラズマを流れる電流が
つくる自己磁場により前記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、前記電
極対のほぼ軸上に形成される直線状プラズマの軸
方向に当該Ｘ線を取り出すＸ線発生装置を用い、
前記ガス塊のガス分子密度の最大値が10¹⁹cm^-3を
越えないように制御し、前記直線状プラズマの中
心軸上に、該中心軸と直交するようにＸ線露光用
マスク面およびウエハ面を配置して、前記Ｘ線発
生装置からのＸ線を照射することを特徴とするＸ
線露光法。１９特許請求の範囲第１８項記載のＸ線露光法
において、前記Ｘ線露光用マスク面および前記ウ
エハ面がほぼ水平面に配置されることを特徴とす
るＸ線露光法。