JPH0377253A - プラズマｘ線発生装置 - Google Patents

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線リソグラフィまたはＸ線顕微鏡等の光源
に用いるのに好適なＸ線発生装置に関するものである。

【従来の技術】

サブミクロン半導体の製造等に用いるプラズマＸ線発生
装置は、一般に、Ｘ線を発生させるための放電等による
高温高密度プラズマの発生機構と、上記高温高密度プラ
ズマの発生機構の電極部を収納する容器と、該容器の一
部に取付けられ、上記プラズマから発生するＸｕＡを外
部に取り出すためのＸ線取り出し窓とを備えている。 放電によりＸ線を発生するこの種の装置としては、プラ
ズマフォーカス方式、ガスパフＺピンチ方式等の方式を
採用したものが知られている。プラズマフォーカス方式
では沿面放電を用いること、ガスパフＺピンチ方式では
気体をパルス的に吹き出すことを特徴とし、発生したプ
ラズマ中を流れる電流のつくる磁場により、自分白身で
収縮（ピンチ）し、高温高密度のプラズマが形成され、
この時、Ｘ線が発生する。 これらの方式により作られる高温、高密度プラズマの形
状、すなわち、Ｘ線の発生領域は円柱状である。微細な
パターン転写を得るＸ線リングラフィの光源等に必要な
点光源に近くなるように、通常は、円柱の中心軸方向に
Ｘ、ＩＩ取り出し窓を設置し、Ｘ線を取り出す。高温高
密度プラズマからはＸ線のほかにＸ線より長波長の電磁
波と電子やイオンの荷電粒子等が中心軸方向に強く放射
される。ＸｕＡ取り出し窓は一般にＸ線を透過しやすい
ベリリウム箔で構成されている。 取り出すｘｍの波長がＩＯＡ付近の場合には。 効率良くＸ線を取り出すために、厚さが１０μｍ程度の
ベリリウム箔が用いられる。上記のように薄いベリリウ
ム箔を用いると、荷電粒子の衝突などにより、破れるこ
とがある。この破壊を防ぐために、特開昭６０−４２８
３０、特開昭６０−１５０５４７にあるように、プラズ
マとＸａ取り出し窓の間に、荷電粒子の進行方向と垂直
な成分を持つような磁場配位と、プラズマ絞りを設け、
プラズマからＸ線取り出し窓に来る荷電粒子を偏向した
り、輻射と高温ガスの量を制限する方式が知られている
。 また、Ｘ線リソグラフィの光源として用いた場合、高温
、高密度プラズマの発生位置、すなわち、Ｘ線の発生位
置の変動が大きいと微細なパターン転写ができなくなる
ため、この変動を小さくする必要がある。磁界を用いた
安定化方式としては、「ザ　フィジックス　オブ　フル
イズ第１２巻、第２３４３頁、１９６９年（Ｔｈｅ　　
Ｐｈｙｓｉａｓ　　ｏｆ　　Ｆｌｕｉｄｓ　　１２　（
１９６９）２３４３）、特開昭５９−１４↓１５６、特
開昭５９−１９８６４７にあるように、一対の電極の一
方の電極内に磁界発生手段を設ける方式が知られている
。

【発明が解決しようとする課題】

Ｘ線リソグラフィ等に用いる光源としては１点光源で、
小型、高ＸｕＡ強度、長寿命であることが要求されてい
る。上記従来技術に挙げたプラズマＸ線発生装置は、上
記電磁波の輻射と荷電粒子の放射による装置自身の温度
上昇と電極の消耗について十分な考慮がなされていると
はいえない。 特に、Ｘ線強度を向上するため、放電の繰返しを速くし
たり、装置に注入する入力エネルギを上げると、装置、
特に、電極部分は非常な高温となる。この温度上昇によ
り装置の電極表面や、プラズマ絞り部が消耗して寿命が
短くなる、電極及びプラズマ絞り部からの飛散物が落下
してＸ線取り出し窓に堆積し、ｘｇの取り出し面積が小
さくなったり、プラズマ絞り部の穴が大きくなって、Ｘ
線取り出し窓を破壊したりするという問題があった。こ
のため、通常、電極を冷却する必要がある。 しかし、上記のように、電極内に、磁界発生装置が設け
られていると、冷却路を確保することが困難となる。 本発明の目的は、上記問題点を解決し、長寿命、高Ｘ線
強度のプラズマＸ線発生装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

上記目的は、高温、高密度プラズマが発生する空間とＸ
線取り出し窓の間の空間でプラズマ絞りの後に、該プラ
ズマと該Ｘ線取り出し窓を結ぶ方向に磁界成分を持ち、
中心部に穴のあいたリング状の永久磁石を設け、さらに
、その永久磁石の中空部をＸ線の光路とすることにより
達成される。 【作用１ 以下、その作用を図面を用いて説明する。 第２図は本発明におけるリング状の永久磁石の形状を、
第３図は、該永久磁石５の作る磁力線を、第４図は該永
久磁石の磁界の強さの中心軸方向の分布を表している１
本発明における永久磁石は第２図に示したような中心部
に穴のあいたリング状の形状のものを、第２図で、上下
の方向に着磁したものである。該永久磁石は第３図、第
４図に示したような磁界を作る。 本発明では、高温、高密度プラズマが発生する空間とＸ
線取り出し窓の間に、リング状の永久磁石を設け、永久
磁石の作る磁界は該プラズマと該Ｘ線取り出し窓を結ぶ
直線と平行な成分を持っているようになっている。この
ため、プラズマのできる空間にはあらかじめ、該永久磁
石による磁界が存在している。プラズマが中心軸に収縮
（ピンチ）するとき、磁力線がプラズマに凍り付いて移
動する性質があるため、ピンチの最終状態のプラズマ（
ピンチプラズマ）柱内には最初あった磁界の強さの数１
００倍の磁界が軸方向にできる。 永久磁石のない場合にはピンチプラズマ中を軸方向に流
れている電流の作る周方向の磁界がプラズマの外側にで
きるが、この状態のプラズマ柱は不安定で、数ナノ秒か
ら数１０ナノ秒の時間で、プラズマ柱はくびれたり、折
れ曲がってこわれる。 従って、取り出せるＸ線量は制限されていた。 本発明の永久磁石により、軸方向の磁界をプラズマ中に
つくると、この磁界は、上記の不安定性を安定化する作
用があり、このため、発生するＸ線量は増加し、該バラ
ツキも小さくなった。 また、永久磁石により印加された電極表面の磁力線は電
極表面に凍りついているため、ピンチプラズマ形成時の
電極表面の磁力線はその表面に沿って、非常に密な状態
になっている。一方、荷電粒子は磁力線に沿って運動す
るので、電極表面への荷電粒子の衝突が緩和されて電極
表面の侵食が少なくなり、電極の寿命は長くなる。 また、電極表面への高エネルギの電子の衝突による。硬
いＸ線の発生も減少する。Ｘ線リングラフィの線源とし
て用いた場合、硬いＸ線は感光材の中に２次電子を発生
するため、微細なパタンを得ることが不可能となる。 永久磁石による磁界の強さは、第４図かられかるように
、高温高密度プラズマのできる位置から該磁石に向かっ
て強くなり、ある極大値に達した後、該磁石の近傍で、
弱くなっている。 本発明の第２の特徴は、第３図に示すように、この極大
値となる点が上記プラズマ絞り１３の中心にくるように
したことである。第３図かられかるように、プラズマの
できる空間にある磁力線１０１のほとんどがプラズマ絞
り１３の開口部を通す、上記のように、荷電粒子は磁力
線に沿って運動するので、プラズマ絞り１３に衝突する
荷電粒子の量は減少し、プラズマ絞りの消耗が少なくな
る。また、その磁力線は、はとんどリング状永久磁石の
上面に向かっているので、磁力線に沿って運動する荷電
粒子は、該方向に運動し、該永久磁石の中空部を通るも
のは少なくなる。 さらに該中空部には強い磁界が存在しているので、該中
空部に入ってきた荷電粒子はミラー効果により反射され
、該中空部を通る荷電粒子は著しく減少するにのため、
ｘｉ取り出し窓に達する荷電粒子は激減し、該取り出し
窓の破損はなくなる。 ［実施例］ 以下１本発明の詳細な説明する。 第一図は本発明によるＸ線発生装置の一実施例を示す断
面図、第５図は本発明の別の実施例を示す断面図である
。第一図に示す実施例は、放電を利用したｘｆ！１発生
方式であるプラズマフォーカス方式の装置に本発明を実
施した場合の例を示す。 Ｘ線を発生させるための放電管は、同軸円筒状に配置し
た内側電極１と外側電極２、画電極を絶縁し沿面放電に
よる初期プラズマを作る絶縁体３、および容器４とによ
り構成されている。上記電極１および２には、あらかじ
め充電されたコンデンサ１０からギャップスイッチ８に
より電圧が印加されるようになっている。 上記容器４内を予め真空に排気し、取り出したいＸ線の
波長に応じてネオン、アルゴン、クリプトン等の希ガス
またはメタン等のガスを数Ｔｏｒｒから数１０Ｔｏ　ｒ
　ｒ充填し、上記電極１．２に電圧を印加すると、絶縁
体３の放電空間２２に接している表面に沿面放電が起こ
り、リング状のプラズマがパルス的に形成される。 上記プラズマは、プラズマ中を流れる電流とその電流が
形成する磁界によって生じるローレンツ力により、電極
１．２で囲まれる空間を、その開放端に向かって進行す
る。上記プラズマが内側電極１の先端部に到達すると、
電流自身が形成する磁界番こよりプラズマは圧縮（ピン
チ）され、内側電極上の先端の空間１２に高温高密度の
プラズマ柱を形成する。このプラズマからＸ線が放射さ
れる。上’ｆ；１ｘｔｉｉ、は軸方向に設けたＸ線取り
出し窓７により大気中に取り出される。プラズマ絞り１
３はＸ線取り出し窓７に到達する荷電粒子、ガス５輻射
を制限するものである。 本実施例では一回の放電のためにコンデンサ１０に蓄え
られるエネルギは４ｋＪで１秒間に５回放電を行った。 従って平均入力は２０ｋＷである。 電極１の冷却は冷却路９に水を循環させた。 また、本実施例では０本発明の特徴であるリング状永久
磁石５をプラズマ絞り１３の下部に上記の磁界の極大の
位置がプラズマ絞り１３の開口部の中心にあるように設
置しである。ＸＩＡは永久磁石５の中空部を通る様にな
っている。１１は永久磁石を保護するカバーであり、該
上面は図に示すように外側に向かって下に傾斜している
。これは上面での荷電粒子の衝突による飛散物がＸ線取
り出し窓に落下しないようにするためである。 以上の構成により、前述のようにピンチプラズマの安定
性が良くなり、短波長成分が少なく強度の大きいＸ線を
再現性良く取り出せるようになるった。同時に、電極１
とプラズマ絞り１−３の消耗が少なくなり、これらから
発生する飛散物がＸ線取り出し窓７に堆積することもな
なった。さらに、Ｘ線取り出し窓に衝突する荷電粒子も
少なくなり、これによって舷窓７の破損も生じなくなっ
た。 さらに、本実施例で示したように、荷電粒子の除去を完
全にするために、従来の技術に依る水平方向の磁力線１
０２を持つ永久磁石６を併用してもよい。 第５図は本発明をガスパフＺピンチ方式のＸ線源に実施
した例を示したものである。 電極１１１および、１１３と絶縁体１０２からなる放電
管内を真空に引いておきガス供給路１０５をとおして、
電磁弁１０４によりネオン等のガスをパルス的に供給し
、電極１．１１および、１１３に電圧を印加すると、ガ
スが電離し、１２の位置にピンチプラズマがパルス的に
発生する。そこから発生するＸ線はｘｇ取り出し窓７か
ら取り出されるようになっている。本実施例では、電極
１１３がプラズマ絞りの役割を果たすようになっており
、その下部に、リング状の永久磁石５を上記実施例と同
様に設置しである。この時の効果も前記と同じである。 ［発明の効果］ 上記のように本発明によるＸ＆Ｉを発生させるための高
温高密度プラズマ発生機構と、該発生機構の電極部を収
納する真空容器と、該真空容器の一部に設けたＸｓ取り
出し窓と、該Ｘ線取り出し窓を保護するプラズマ絞りを
備えたＸ線発生装置において、上記高温高密度プラズマ
が発生する空間と上記Ｘ線取り出し窓の間の空間でプラ
ズマ絞りの後に該プラズマと該Ｘ線取り出し窓を結ぶ直
線と平行な磁界成分を持つリング状の永久磁石を備え、
該永久磁石の中空部を通してｘｉを取り出すとともに、
上記リング状の永久磁石の中心軸上で、該磁石の中空部
の外にあって、その磁界の強さが最大となる点が、上記
プラズマ絞りの開口部の中心にあるようにした。このた
め、ピンチプラズマの安定性が良くなり、短波長成分も
少なく、強度の大きいＸｉ！を再現性良く取り出せるよ
うになった。さらに、電極上とプラズマ絞り１３の消耗
も少なくなり、これらから発生する飛散物がＸ線取り出
し窓７に堆積するという問題もなくなった。 さらに、Ｘ線取り出し窓に衝突する荷電粒子が少なくな
り、舷窓７の破損がなくなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のＸ線発生装置の断面図、第
２図はリング状永久磁石の形状を示す斜視図、第３図は
リング状永久磁石の作る磁力線図、第４図はリング状永
久磁石の作る中心軸状の磁界の強さの分布を示す図、第
５図は本発明の別の実施例を示すＸ線発生装置の断面図
である。 符号の説明 １・・・内側電極　　　　３・・・外側電極４・・・真
空容器　　　　５・・・リング状永久磁石７・・・Ｘ線
取り出し窓 草 メ 戟 竿２図 第３１２１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｘ線を発生させるための高温高密度プラズマを発生
   する機構と、該発生機構の電極部を収納する容器と、該
   容器の一部に設けたＸ線取り出し窓と、該Ｘ線取り出し
   窓を保護するプラズマ絞りを備えたＸ線発生装置におい
   て、上記高温高密度プラズマを発生させる空間と上記Ｘ
   線取り出し窓の間の空間で、プラズマ絞りの後に該プラ
   ズマと該Ｘ線取り出し窓を結ぶ直線と平行な磁界成分を
   持つリング状の永久磁石を備え、該永久磁石の中空部を
   通してＸ線を取り出すようにしたことを特徴とするプラ
   ズマＸ線発生装置。 ２、上記リング状の永久磁石の中心軸上の点で、該磁石
   の中空部外にあって、その磁界の強さが最大となってい
   る点が、上記プラズマ絞りの開口部の中心にあるように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載した
   プラズマＸ線発生装置。