JPH0744020B2 - X-ray extractor for plasma X-ray source - Google Patents

X-ray extractor for plasma X-ray source

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JPH0744020B2
JPH0744020B2 JP61108400A JP10840086A JPH0744020B2 JP H0744020 B2 JPH0744020 B2 JP H0744020B2 JP 61108400 A JP61108400 A JP 61108400A JP 10840086 A JP10840086 A JP 10840086A JP H0744020 B2 JPH0744020 B2 JP H0744020B2
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plasma
ray
gas
rays
gas mass
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育夫 岡田
保直 斉藤
聖一 板橋
秀雄 吉原
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008Production of exposure light, i.e. light sources

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • X-Ray Techniques (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばX線リソグラフイなどにおいて用いら
れるX線源に関し、特にそのX線取り出し装置に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an X-ray source used in, for example, X-ray lithography, and more particularly to an X-ray extraction device thereof.

〔従来の技術〕 サブミクロン転写技術の有力な一つの方法として、波長
5〜15Åの軟X線を用いるX線露光法がある。従来、こ
のようなX線露光用のX線源ではAl,Si,Mo等の金属に電
子線を照射してX線を発生させていたが、X線発生効率
が10-4以下と低いため、高出力のX線が得られないとい
う欠点を有していた。そこで、最近は高温・高密度のプ
ラズマからX線を発生させるプラズマX線源が発生効率
が数%と大きいことからX線露光用X線源として着目さ
れている。このプラズマX線源において、X線を発生す
るような高温・高密度のプラズマを形成する方法として
は金属表面に10-13W/cm2以上のパワー密度でレーザ光を
照射するレーザプラズマ法と、プラズマに大電流を流し
て電磁作用によつてプラズマを圧縮・加熱する放電プラ
ズマ法とが主として用いられている。
[Prior Art] One of the most effective submicron transfer techniques is an X-ray exposure method using soft X-rays having a wavelength of 5 to 15Å. Conventionally, in such an X-ray source for X-ray exposure, a metal such as Al, Si, Mo is irradiated with an electron beam to generate an X-ray, but the X-ray generation efficiency is as low as 10 −4 or less. However, it has a drawback that high-power X-rays cannot be obtained. Therefore, recently, a plasma X-ray source that generates X-rays from high-temperature, high-density plasma has been attracting attention as an X-ray source for X-ray exposure because its generation efficiency is as high as several percent. In this plasma X-ray source, as a method of forming high-temperature and high-density plasma that generates X-rays, there is a laser plasma method of irradiating a metal surface with laser light at a power density of 10 -13 W / cm 2 or more. The discharge plasma method in which a large current is passed through the plasma to compress and heat the plasma by electromagnetic action is mainly used.

一方、発生した波長5〜15ÅのX線を、例えば容器の外
部へ効率よく取り出すためには、数ミクロン厚のベリリ
ウム等の金属箔やポリプロピレン等の高分子膜がX線取
り出し膜として用いられている。
On the other hand, in order to efficiently take out the generated X-rays having a wavelength of 5 to 15Å, for example, to the outside of the container, a metal foil such as beryllium having a thickness of several microns or a polymer film such as polypropylene is used as the X-ray extraction film. There is.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところが、前述したいずれのプラズマ形成法でも、X線
の発生時間は1回に1〜100nsとパルス的であり、プラ
ズマからX線が発生した後、プラズマは急激に崩壊し、
プラズマを構成している電子・イオン・高温ガス等の高
速粒子がプラズマから四方に飛散することになる。この
ようなプラズマ崩壊にともなう高速粒子が前述したよう
な薄くて衝撃に弱いX線取り出し膜に衝突すると、膜は
破損され、その結果プラズマから発生したX線のみを安
定に取り出すことができなくなつてしまう。このため、
従来X線露光用のX線源としてプラズマX線源を用いる
ことは、望まれながらも事実上不可能であるとされてい
た。
However, in any of the plasma formation methods described above, the generation time of X-rays is 1 to 100 ns at a time, which is pulse-like, and after the X-rays are generated from the plasma, the plasma rapidly collapses,
High-speed particles such as electrons, ions, and high-temperature gas that compose plasma are scattered in all directions from the plasma. When high-speed particles accompanying such plasma collapse collide with the thin and shock-resistant X-ray extraction film as described above, the film is damaged, and as a result, only X-rays generated from plasma cannot be stably extracted. Will end up. For this reason,
Conventionally, it has been considered practically impossible, though desired, to use a plasma X-ray source as an X-ray source for X-ray exposure.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明のプラズマX線源のX線取り出し装置は、第1図
にその基本構成を示すように、プラズマ形成部1のプラ
ズマから発生したX線2を容器3の外部へ取り出すため
のX線取り出し窓4と、プラズマ形成部1との間に、ガ
スを噴射してガス塊5を形成するためのバルブ6と、こ
のバルブ6の開閉を制御する制御装置7とを設けたもの
である。
The X-ray extraction device of the plasma X-ray source of the present invention has an X-ray extraction for extracting the X-rays 2 generated from the plasma of the plasma forming unit 1 to the outside of the container 3, as shown in the basic configuration of FIG. A valve 6 for injecting a gas to form a gas mass 5 and a control device 7 for controlling opening / closing of the valve 6 are provided between the window 4 and the plasma forming unit 1.

〔作用〕[Action]

X線発生時に、制御装置7はプラズマ形成部1における
プラズマ形成タイミングに合せてバルブ6を開き、例え
ば水素、ヘリウム、酸素、窒素等のX線吸収の小さいガ
スを噴射させてガス塊5を形成する。プラズマからの高
速粒子は、このガス塊5に衝突してそのエネルギーを喪
失し、X線取り出し窓4には到達しなくなる。
At the time of X-ray generation, the control device 7 opens the valve 6 in synchronization with the plasma formation timing in the plasma forming unit 1 and injects a gas having a small X-ray absorption such as hydrogen, helium, oxygen or nitrogen to form a gas mass 5. To do. The high-speed particles from the plasma collide with the gas mass 5 and lose their energy, and do not reach the X-ray extraction window 4.

〔実施例〕〔Example〕

第2図は、本発明をX線露光装置に適用した場合の一実
施例を示す構成図である。同図において、11はX線を発
生するプラズマ形成部、111はプラズマ形成部11と電気
的に接続されているプラズマ形成用電源、12はプラズマ
形成部11から発生するX線、13はプラズマ形成部11を所
定の低圧力に保つための容器、14はプラズマ形成部11か
ら発生したX線12を容器13の外部に取り出すためのX線
取り出し窓である。X線取り出し窓14は、ベリリウム
箔、ポリエチレン膜等のX線を透過しやすい材料からな
り、その厚さが数ミクロンの薄膜状である。15は水素、
ヘリウム、酸素、窒素等のX線吸収の小さい元素からな
るガス塊、16はガス塊15を形成するための高速開閉可能
なバルブ、17はバルブ16の制御装置である。
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to an X-ray exposure apparatus. In the figure, 11 is a plasma forming unit that generates X-rays, 111 is a power supply for plasma formation that is electrically connected to the plasma forming unit 11, 12 is X-rays that are generated from the plasma forming unit 11, and 13 is plasma formation. A container for keeping the portion 11 at a predetermined low pressure, and 14 are X-ray extraction windows for taking out the X-rays 12 generated from the plasma forming portion 11 to the outside of the container 13. The X-ray extraction window 14 is made of a material such as beryllium foil or a polyethylene film that easily transmits X-rays, and is a thin film having a thickness of several microns. 15 is hydrogen,
A gas mass made of an element having small X-ray absorption such as helium, oxygen, and nitrogen, 16 is a valve capable of opening and closing at high speed for forming the gas mass 15, and 17 is a control device of the valve 16.

バルブ16において、161はピストンで、Al,Ti等の金属で
できており、162はバルブ駆動電源である。163はコイル
で、バルブ駆動電源162によりコイル163に電流が流れる
と、金属製のピストン161に誘起される電流との間に働
く電磁作用で、ピストン162が駆動され、ガス噴出孔164
を開くようになつている。165はピストン161を押し戻す
ためのばね、166はガス塊15を構成するガスのガス溜
め、167はガス溜め166にガスを導入するためのガス導入
管である。
In the valve 16, 161 is a piston, which is made of metal such as Al and Ti, and 162 is a valve driving power source. Reference numeral 163 denotes a coil. When a current flows through the coil 163 by the valve drive power source 162, the piston 162 is driven by an electromagnetic action that acts between the coil 162 and the current induced in the metal piston 161, and the gas injection hole 164
It is supposed to open. Reference numeral 165 is a spring for pushing back the piston 161, 166 is a gas reservoir for gas constituting the gas mass 15, and 167 is a gas introduction pipe for introducing gas into the gas reservoir 166.

また、18はガス塊15が拡散する速度を遅くするための拡
散防止用管であり、プラズマ形成部11からのX線12をX
線取り出し窓14に通すためのX線通過孔181,182を有す
る。さらに、19は容器13に接続されている排気装置、20
はX線取り出し窓14から取り出したX線を用いてパター
ン転写するためのX線マスク、21はパターンが転写され
るウエハである。なお、制御装置17は、直接にはプラズ
マ形成用電源111の駆動に合せてバルブ駆動電源162を駆
動制御する。
Reference numeral 18 is a diffusion prevention tube for slowing the diffusion speed of the gas mass 15, and the X-ray 12 from the plasma forming unit 11 is X-rayed.
It has X-ray passage holes 181, 182 for passing through the wire extraction window 14. Further, 19 is an exhaust device connected to the container 13, 20
Is an X-ray mask for transferring a pattern using the X-rays taken out from the X-ray taking-out window 14, and 21 is a wafer to which the pattern is transferred. The control device 17 directly drives and controls the valve drive power supply 162 in accordance with the drive of the plasma forming power supply 111.

これを動作するには、はじめに排気装置19で容器13内部
を所定の圧力まで排気した後に、制御装置17からの信号
で、バルブ16を動作させる。すなわちピストン161をコ
イル163の電磁力で動かしてガスをガス噴出孔164から噴
射し、拡散防止用管18の中に水素、ヘリウム等のガス塊
15を形成する。その直後、制御装置17でプラズマ形成電
源111を動作させてプラズマを形成し、X線を発生させ
る。プラズマから発生したX線12は、ガス塊15、X線取
り出し窓14を通つて容器13の外部に取り出され、X線マ
スク20のパターンがウエハ21に転写される。拡散防止用
18内に形成されたガス塊15は、X線通過孔181,182を通
つて拡散し、排気装置19で排気される。
In order to operate this, first the exhaust device 19 exhausts the inside of the container 13 to a predetermined pressure, and then the valve 16 is operated by a signal from the control device 17. That is, the piston 161 is moved by the electromagnetic force of the coil 163 to inject a gas from the gas ejection hole 164, and a gas mass such as hydrogen or helium is injected into the diffusion prevention pipe 18.
Forming fifteen. Immediately after that, the controller 17 operates the plasma forming power source 111 to form plasma and generate X-rays. The X-rays 12 generated from the plasma are taken out of the container 13 through the gas lump 15 and the X-ray taking-out window 14, and the pattern of the X-ray mask 20 is transferred onto the wafer 21. For diffusion prevention
The gas mass 15 formed in 18 diffuses through the X-ray passage holes 181 and 182, and is exhausted by the exhaust device 19.

ここで、ガスの運動速度(拡散速度)を1000m/sとすれ
ば、5cm運動するのに5×10-5秒の時間を要するが、こ
の5×10-5秒の時間は、例えばレーザープラズマX線源
での10-9秒、放電プラズマX線源での10-6秒というよう
なX線発生に要する時間と比べて充分に大きい。このた
め、制御装置17によつて、プラズマ形成とガス塊15の形
成時間のタイミングを調整することにより、ガス塊15が
プラズマ形成部11に拡散してプラズマ形成に影響を及ぼ
すことなく、安定にX線を発生させることが可能であ
る。
Here, if the moving speed (diffusion speed) of the gas is 1000 m / s, it takes 5 × 10 −5 seconds to move 5 cm, but this 5 × 10 −5 second time is, for example, laser plasma. This is sufficiently longer than the time required for X-ray generation, such as 10 -9 seconds with an X-ray source and 10 -6 seconds with a discharge plasma X-ray source. Therefore, by adjusting the timing of the plasma formation and the formation time of the gas lump 15 by the control device 17, the gas lump 15 does not diffuse into the plasma forming unit 11 to affect the plasma formation, and the plasma formation is stable. It is possible to generate X-rays.

このようにプラズマ形成部11とX線取り出し窓14との間
にガス塊15があるとき、プラズマ形成部11からX線12と
同時にプラズマを構成している電子・イオン・高温ガス
粒子等の高速粒子が飛び出し、このガス塊15と衝突す
る。このとき、ガス塊15の密度が充分大きいと、プラズ
マからの高速粒子は、ガス塊15を構成している水素やヘ
リウム等の原子・分子と多数回の衝突を生じ、高速粒子
の方向が変わつてそのエネルギーを失うことになり、X
線取り出し窓14に到達しなくなる。一方、水素・ヘリウ
ム等のX線吸収は小さいので、X線12は減衰することな
くX線取り出し窓14に到達する。
When there is a gas mass 15 between the plasma forming unit 11 and the X-ray extraction window 14 as described above, high-speed electrons, ions, high-temperature gas particles, etc. that form plasma at the same time as the X-rays 12 from the plasma forming unit 11 are formed. Particles fly out and collide with this gas mass 15. At this time, if the density of the gas mass 15 is sufficiently high, the high-speed particles from the plasma collide with atoms and molecules such as hydrogen and helium forming the gas mass 15 many times, and the direction of the high-speed particles is changed. I will lose that energy, X
It will not reach the wire extraction window 14. On the other hand, since X-ray absorption of hydrogen, helium, etc. is small, the X-ray 12 reaches the X-ray extraction window 14 without being attenuated.

ここで、ガス塊15としてHeガス、プラズマ生成にNeガス
を用いた場合について、プラズマから放出された高エネ
ルギーのNeイオンがHeガス原子と衝突してそのエネルギ
ーを失う過程について概算する。He,Neの原子直径は、
それぞれ2.18Åと2.59Åであるので、剛体球衝突モデル
を考えれば、He−Ne間の衝突断面積σは、おおよそ Heガス塊の圧力を例えば10Torrとすると、 Ne原子の平均自由行程λは Heガス塊の厚さを1cmとすれば、Heガス塊に飛び込んで
来た。Ne原子は、少なくとも1/λ回の衝突を生ずるもの
と考えられる。すなわち、衝突回数nは となるので、600回程度のNeとHe原子間の衝突が生ず
る。
Here, when He gas is used as the gas mass 15 and Ne gas is used for plasma generation, the process in which high-energy Ne ions emitted from plasma collide with He gas atoms and lose their energy will be roughly estimated. He and Ne atomic diameters are
Since they are 2.18Å and 2.59Å respectively, considering the hard sphere collision model, the collision cross section σ between He and Ne is approximately When the pressure of He gas mass is 10 Torr, the mean free path λ of Ne atom is Assuming that the He gas mass is 1 cm thick, it has jumped into the He gas mass. Ne atoms are thought to cause at least 1 / λ collisions. That is, the number of collisions n is Therefore, about 600 collisions between Ne and He atoms occur.

次に、原子間衝突で高速原子が失うエネルギーについて
概算する。静止した質量mmの原子に、速度veで質量meの
原子が中心衝突をした場合に失うエネルギーは、次式で
与えられる(八田吉典著「気体放電」近代科学社、昭和
46年)。
Next, we estimate the energy lost by fast atoms due to interatomic collisions. The energy lost when an atom of mass me collides with a stationary atom of mass mm at a velocity ve is given by the following equation (Yoshinori Hatta, “Gas Discharge”, Modern Science Company, Showa
46 years).

中心衝突以下のあらゆる角度の衝突を考慮すると、1回
の衝突で失うエネルギの平均の割合δは、おおよそ次式
で与えられる。
Considering collisions at all angles below the central collision, the average ratio δ of energy lost in one collision is approximately given by the following equation.

ここで、E0は高速で衝突する原子の初期エネルギーであ
る。以上のような原子の熱運動を無視した剛体球モデル
で計算した結果を用いて、Heガス塊中に飛び込む高速Ne
原子について考える。He原子とNe原子との質量比はおお
よそ1対5であるので、この関係を上式に代入するとδ
0.28となる。すなわち、He原子が衝突すると、おおよ
そ3割のエネルギーを失うことになる。例えば、Ne原子
がHeガス塊へ衝突する際のエネルギーが50keV(プラズ
マ形成時の放電電圧に相当)の場合、これをHe原子との
衝突により、熱運動エネルギー程度の0.025eVに緩和す
るに必要な衝突回数は、次式で与えられる。
Where E0Is the initial energy of fast colliding atoms
It Hard sphere model ignoring the above thermal motion of atoms
Using the result calculated ineHigh-speed Ne jumping into a gas block
Think about the atom. The mass ratio between He and Ne atoms is
Since it is approximately 1: 5, if this relationship is substituted into the above equation, δ
It becomes 0.28. That is, when He atoms collide,
You will lose 30% of that energy. For example, Ne atom
Energy when colliding with He gas mass is 50 keV (plasm
(Corresponding to the discharge voltage at the time of formation),
Relaxed to a thermal kinetic energy of 0.025 eV by collision.
The number of collisions required to generate the collision is given by the following equation.

5×104×0.28n=0.025 これからn 12回程度の衝突で、高速Ne原子はその大部
分のエネルギーを失うこととなる。
5 x 10Four× 0.28n= 0.025 from now on After about 12 collisions, most of the fast Ne atoms are
You will lose minutes of energy.

前述したようにHeガス塊では、数百回のNe−He間衝突が
生ずるのであるから、以上の結果から高速Ne原子はHeガ
ス塊中でそのエネルギーをほとんど失うことがわかる。
As described above, since several hundreds of Ne-He collisions occur in the He gas mass, the above results show that the fast Ne atoms almost lose their energy in the He gas mass.

ここで、高速クオンあるいは原子の阻止に用いるガス塊
のガス種について検討する。このガス塊に用いるには、
X線透過度が高いことおよびイオンあるいは高速原子と
の衝突断面積が大きく、かつ質量が大きくてエネルギー
を吸収しやすいことが望ましい。下表にHe,N2,Arの一般
的なガスについて、ガス塊のガス圧を10Torr、X線取り
出し方向での厚さを2cmとしたときのX線透過率を示
す。
Here, the gas species of the gas mass used for blocking the fast quons or atoms will be examined. To use for this mass of gas,
It is desirable that the X-ray transmittance is high, the collision cross-section with ions or fast atoms is large, and the mass is large so that energy can be easily absorbed. The table below shows the X-ray transmittances of general gases such as He, N 2 and Ar when the gas pressure of the gas mass is 10 Torr and the thickness in the X-ray extraction direction is 2 cm.

上表から、X線波長が比較的短い5ÅのX線を発生する
X線源については、原子量の大きいArガスでも、X線吸
収が少なくて使用可能であるが、X線波長が12ÅのX線
源については、Heガスが望ましいことがわかる。このよ
うに、X線源の発生X線波長に合せて、ガス塊のガス種
を変えればよい。
From the above table, for X-ray sources that generate X-rays with a relatively short X-ray wavelength of 5 Å, even Ar gas with a large atomic weight can be used because of its low X-ray absorption, but X-ray wavelengths of 12 Å It can be seen that He gas is desirable for the radiation source. In this way, the gas species of the gas lump may be changed according to the X-ray wavelength generated by the X-ray source.

さらに、例えばプラズマ形成部11の電極にカーボンを用
いたために、X線取り出し窓14にカーボン膜が付着する
ようなときは、ガス塊15のガス種に酸素を用いるか、ま
たは酸素を混合したガスを用いればプラズマ形成部11で
X線12と同時に発生する極端紫外光でガス塊15の酸素が
活性化され、X線取り出し窓14上のカーボンと反応して
CO2やCOガスとなつて排気され、窓に付着したカーボン
膜を除去する効果がある。X線取り出し窓14の汚れが除
去されるのであるから安定にX線が取り出せることとな
る。
Further, for example, when carbon is used for the electrode of the plasma forming unit 11 and therefore a carbon film is attached to the X-ray extraction window 14, oxygen is used as the gas species of the gas mass 15 or a gas mixed with oxygen. Is used, the oxygen in the gas mass 15 is activated by the extreme ultraviolet light generated at the same time as the X-rays 12 in the plasma forming part 11, and reacts with the carbon on the X-ray extraction window 14.
Exhausted as CO 2 or CO gas, it has the effect of removing the carbon film adhering to the window. Since the dirt on the X-ray extraction window 14 is removed, the X-rays can be stably extracted.

このようにガス塊15を形成することにより、X線取り出
し窓14がプラズマからの高速粒子によつて受ける損傷が
少なくなり、その寿命が延び安定にX線が取り出せるこ
とになる。
By forming the gas lumps 15 in this way, the X-ray extraction window 14 is less damaged by the high-speed particles from the plasma, its life is extended, and X-rays can be stably extracted.

同様の技術は、X線取り出し窓14の保護の他に、プラズ
マ形成容器の中で、高速粒子で損傷を受けやすい各種検
出器等の保護にも使用できる。
The same technique can be used not only for protecting the X-ray extraction window 14, but also for protecting various detectors and the like in the plasma forming container which are easily damaged by high-speed particles.

第3図は、プラズマ形成法としてガス注入放電法を用い
た場合について、高速イオンがガス塊で除去・偏向され
阻止される効果を測定した装置の構成を示す。ここで、
112は高電圧が印加される高圧電極、113はプラズマ形成
用ガスを電極間に注入するためのガス注入環、114は対
向電極である。また22は円環状ガス塊で、ガス注入環11
3より注入されたガスにより形成される。23はピンチプ
ラズマで電極間に高電圧を印加して放電させ、円環状ガ
ス塊22をプラズマ化し、数百kA程度の電流を流すことに
よつて、電流の作る磁場とプラズマの電磁相互作用によ
り電極中心軸上に形成される。115はピンチプラズマ23
からX線と同時に発生する電子の偏向用磁石である。さ
らに、24はフアラデーカツプで、ピンチプラズマ23の中
心軸上に設けられている。ピンチプラズマ23のように円
柱状にピンチしたプラズマでは、プラズマ軸方向に大量
の高速粒子が飛散されることが一般的に知られており、
そのイオン流をフアラデーカツプ24でとらえる。25はフ
アラデーカツプ24の電荷測定用抵抗で、一端は接地され
ている。この抵抗25の両端の電圧変化をオシロスコープ
で測定する。
FIG. 3 shows the configuration of an apparatus for measuring the effect of removing and deflecting fast ions in a gas mass when the gas injection discharge method is used as the plasma formation method. here,
112 is a high voltage electrode to which a high voltage is applied, 113 is a gas injection ring for injecting a plasma forming gas between the electrodes, and 114 is a counter electrode. Further, 22 is a ring-shaped gas mass, and the gas injection ring 11
3 is formed by the gas injected. A pinch plasma 23 is a pinch plasma to apply a high voltage between the electrodes to discharge it, and the annular gas mass 22 is turned into a plasma, and a current of about several hundred kA is caused to flow. It is formed on the central axis of the electrode. 115 is a pinch plasma 23
Is a magnet for deflecting electrons generated simultaneously with X-rays. Further, 24 is a Faraday cup, which is provided on the central axis of the pinch plasma 23. It is generally known that a large number of high-speed particles are scattered in the direction of the plasma axis in a cylindrical pinch plasma such as the pinch plasma 23.
The ion flow is captured by Faraday Cup 24. 25 is a charge measuring resistor of the Faraday cup 24, one end of which is grounded. The voltage change across the resistor 25 is measured with an oscilloscope.

第4図および第5図に、その測定結果の一例を示す。こ
こで、プラズマ形成用の円環状ガス塊22にネオンガス
を、高速粒子の阻止用のガス塊15にはヘリウムガスを用
いている。
FIG. 4 and FIG. 5 show an example of the measurement result. Here, neon gas is used for the annular gas mass 22 for plasma formation, and helium gas is used for the gas mass 15 for blocking high-speed particles.

第4図は、バルブ16を動作させず、ガス塊15がない場合
に測定した一例で、大量のイオン流が検出されている。
FIG. 4 shows an example of measurement when the valve 16 is not operated and there is no gas mass 15, and a large amount of ion flow is detected.

ここで、ピンチプラズマ23に流した電流は、ピークで30
0kA、フアラデーカツプ24とプラズマ23との距離は15cm
である。また、フアラデーカツプ24の位置に5μm厚の
Al箔を置くと、損傷が激しく、1回の放電で破損され
た。
Here, the current applied to the pinch plasma 23 is 30 at the peak.
0kA, distance between Faraday cup 24 and plasma 23 is 15cm
Is. Also, at the position of the Faraday cup 24,
When the Al foil was placed, it was severely damaged and was damaged by one discharge.

第5図は、バルブ16を駆動させ、ヘリウムガス塊15を通
して、第4図と同じプラズマ形成条件下で測定した一例
である。検出されるイオンの量はきわめて少なくなつて
いる。事実、5μm厚のAl箔をフアラデーカツプ24の所
に置いても、何ら損傷を受けることはなかつた。以上の
結果から、ガス塊15の存在による効果が顕著であること
が明らかになつた。
FIG. 5 shows an example of measurement under the same plasma formation conditions as in FIG. 4 by driving the valve 16 and passing the helium gas mass 15. The amount of detected ions is extremely small. In fact, placing a 5 μm thick Al foil on the Faraday cup 24 did not cause any damage. From the above results, it was clarified that the effect due to the presence of the gas mass 15 was remarkable.

実験から明らかなように、プラズマから発生する高速イ
オンはガス塊15に衝突することによつて消滅する。同様
に、プラズマの構成原子や、電極材の高速中性粒子も大
部分は除去される。さらに、プラズマからX線と同時に
発生する極端紫外光も、ガス塊に吸収されるので、X線
取り出し窓14がエネルギーの高い極端紫外光で加熱され
ることも少なくなる。
As is clear from the experiment, the fast ions generated from the plasma disappear by colliding with the gas mass 15. Similarly, most of the constituent atoms of the plasma and the fast neutral particles of the electrode material are also removed. Further, the extreme ultraviolet light generated simultaneously with the X-rays from the plasma is also absorbed by the gas mass, so that the X-ray extraction window 14 is less likely to be heated by the extreme ultraviolet light having high energy.

第6図は、本発明の第2の実験例を示す構成図である。
高速粒子除去用のガス塊と合せて、プラズマの流れを変
えるための荷電粒子除去器を用いている点が特徴であ
る。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a second experimental example of the present invention.
The feature is that a charged particle remover for changing the flow of plasma is used together with a gas mass for removing high-speed particles.

第6図において、31はプラズマ形成部11の直下に配置さ
れた荷電粒子除去器である。311は磁石、312は磁気回路
形成用ヨークで、これら磁石311とヨーク312とで、X線
進行方向に平行ではない3kG程度の磁界を形成してい
る。313はプラズマ反射板で、X線通過孔314を有してい
る。粒子阻止用ガス塊が形成される拡散防止用管18のX
線取り出し窓側のX線通過孔182には、ベリリウム等の
箔32が張られている。33は拡散防止用管18の内部に磁界
を印加するための、3kG程度の磁界を発生する磁石であ
り、34は磁気回路形成用ヨークである。なお、同図にお
いては省略してあるが、X線取り出し窓14や制御装置17
が設けられていることは第2図に示した実施例と同様で
ある。
In FIG. 6, reference numeral 31 is a charged particle remover arranged immediately below the plasma forming unit 11. 311 is a magnet, 312 is a magnetic circuit forming yoke, and these magnet 311 and yoke 312 form a magnetic field of about 3 kG which is not parallel to the X-ray traveling direction. A plasma reflector 313 has an X-ray passage hole 314. X of diffusion prevention tube 18 in which particle blocking gas mass is formed
A foil 32 of beryllium or the like is stretched over the X-ray passage hole 182 on the side of the line extraction window. Reference numeral 33 is a magnet that applies a magnetic field to the inside of the diffusion prevention tube 18 and that generates a magnetic field of about 3 kG, and 34 is a magnetic circuit forming yoke. Although not shown in the figure, the X-ray extraction window 14 and the control device 17
Is provided in the same manner as in the embodiment shown in FIG.

上記構成において、プラズマ形成部11から放出される電
子は、100keV程度の高エネルギー電子でも、そのラーマ
(Larmer)半径は1cm程度となるので、大部分が磁石311
で偏向され、またイオンや高速粒子もプラズマ反射板31
3によつてその流れの方向を変えられる。さらに、この
荷電粒子除去器31で取り除くことができなかつた数+ke
V以上のイオンや高速粒子の一部は、拡散防止用管18内
のガス塊に衝突し、そのエネルギーを失い方向も変えら
れて、X線取り出し窓には到達しなくなる。本実施例で
は、拡散防止用管18の一方のX線通過孔182が箔32で閉
じられているので、それが開放されている場合に比較し
てガス塊の拡散速度はさらに小さくなり、拡散防止用管
18中のガス分子密度は高くなる。その結果、高速粒子が
ガス分子と衝突する確率が高くなり、高速粒子を阻止す
る効果が高まる。また、このガス塊自体がプラズマから
の極端紫外光等でイオン化されることがあつても、磁石
33の作る磁界で箔32に到達するのが阻止されるため、箔
32の損傷は少ない。この箔32をX線取り出し窓として用
いることもできる。
In the above structure, the electrons emitted from the plasma forming unit 11 have a Larmer radius of about 1 cm even if they are high-energy electrons of about 100 keV.
Plasma is also deflected by the plasma reflector 31
The direction of the flow can be changed by 3. Furthermore, the number that could not be removed by this charged particle remover 31 + ke
Some of the ions of V or higher and some of the high-speed particles collide with the gas mass in the diffusion prevention tube 18, lose their energy and are changed in direction, and do not reach the X-ray extraction window. In this embodiment, since one X-ray passage hole 182 of the diffusion prevention tube 18 is closed with the foil 32, the diffusion speed of the gas mass is further reduced as compared with the case where it is opened. Prevention tube
The gas molecule density in 18 becomes higher. As a result, the probability that the high-speed particles collide with the gas molecules increases, and the effect of blocking the high-speed particles increases. Also, even if this gas mass itself is ionized by extreme ultraviolet light from plasma, etc.
The magnetic field created by 33 blocks the foil 32 from reaching the foil,
32 damage is small. This foil 32 can also be used as an X-ray extraction window.

本発明のプラズマX線源のX線取り出し装置は、X線リ
ソグラフイ用X線源のほかに、医療用X線源分析用X線
源などにも同様に使用できる。
The X-ray extraction device of the plasma X-ray source according to the present invention can be similarly used for an X-ray source for X-ray lithography, an X-ray source for medical X-ray analysis, and the like.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によればガス噴射用のバル
ブとその制御回路とを設け、プラズマ形成部とX線取り
出し窓との間にガス塊を形成するようにしたことによ
り、プラズマからX線発生と同時に放出される電子・イ
オン・中性粒子等の高速粒子がガス塊と衝突して消滅あ
るいはそのエネルギを失うので、X線のみがX線取り出
し窓に到達することとなり、プラズマからの高速粒子に
よるX線取り出し窓の損傷は、きわめて小さくなる。さ
らに、プラズマから発生する極端紫外光もガス塊で大部
分吸収されるので、その分X線取り出し窓が加熱されな
くなる。さらに、電極構成物質が放電時に溶解して蒸発
するが、その蒸気もガス塊に衝突し、方向が変わるの
で、X線取り出し窓の汚染が少なくなる。
As described above, according to the present invention, the gas injection valve and its control circuit are provided so that the gas mass is formed between the plasma forming portion and the X-ray extraction window. High-speed particles such as electrons, ions, and neutral particles that are emitted at the same time as the generation of the rays collide with the gas mass and disappear or lose their energy, so that only X-rays reach the X-ray extraction window, The damage of the X-ray extraction window by the fast particles is extremely small. Further, since the extreme ultraviolet light generated from the plasma is also mostly absorbed by the gas mass, the X-ray extraction window is not heated by that much. Further, the electrode constituent substance melts and evaporates at the time of discharge, but the vapor also collides with the gas mass and changes its direction, so that the X-ray extraction window is less contaminated.

このようにX線取り出し窓の損傷が少なくなるので、X
線取り出し窓を薄膜化することが可能で、効率よくX線
が取り出せる。さらに、プラズマ形成部とX線取り出し
窓間の距離も短縮でき、高出力のX線が得られる。ま
た、X線取り出し窓の寿命が長くなり、安定にX線が取
り出せる。
In this way, the X-ray extraction window is less damaged, so X
The X-ray extraction window can be extracted efficiently because the X-ray extraction window can be made thin. Furthermore, the distance between the plasma forming part and the X-ray extraction window can be shortened, and high-power X-rays can be obtained. In addition, the life of the X-ray extraction window is extended, and X-rays can be extracted stably.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の基本構成図、第2図は本発明をX線露
光装置に適用した場合の一実施例を示す構成図、第3図
はガス注入放電法でプラズマを形成し、本発明の効果を
明らかにした実験装置の構成図、第4図および第5図は
その実験結果の一例を示す図で、第4図はガス塊を形成
しない場合に検出されるイオン流を示す図、第5図はガ
ス塊を形成した場合に検出されるイオン流を示す図、第
6図は荷電粒子除去器と組み合せた本発明の第2の実施
例を示す構成図である。 1,11……プラズマ形成部、2,12……発生したX線、3,13
……容器、4,14……X線取り出し窓、5,15……ガス塊、
6,16……ガス噴射用バルブ、7,17……制御装置。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to an X-ray exposure apparatus, and FIG. 3 is a diagram showing that plasma is formed by a gas injection discharge method. FIG. 4 and FIG. 5 are diagrams showing an example of the experimental results of the experimental apparatus that clarified the effects of the invention, and FIG. 4 is a diagram showing an ion flow detected when a gas mass is not formed. FIG. 5 is a diagram showing an ion flow detected when a gas mass is formed, and FIG. 6 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention in combination with a charged particle remover. 1,11 …… Plasma formation part, 2,12 …… X-rays generated, 3,13
…… Container, 4,14 …… X-ray extraction window, 5,15 …… Gas block,
6,16 …… Gas injection valve, 7,17 …… Control device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉原 秀雄 神奈川県厚木市森の里若宮3番1号 日本 電信電話株式会社厚木電気通信研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−113898(JP,A) 特開 昭59−128747(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hideo Yoshihara, 3-1, Morinosato Wakamiya, Atsugi City, Kanagawa Prefecture, Atsugi Telecommunications Research Laboratories, Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) Reference JP-A-58-113898 (JP, A) Kai 59-128747 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高温・高密度プラズマを用いてX線を発生
させるプラズマX線源において、プラズマから発生した
X線を外部に取り出すためのX線取り出し窓と、このX
線取り出し窓とプラズマ形成部との間にガラスを噴射し
てガス塊を形成するためのバルブと、このバルブの開閉
をプラズマ形成タイミングに合せて制御する制御装置と
を備えたことを特徴とするプラズマX線源のX線取り出
し装置。
1. A plasma X-ray source for generating X-rays using high-temperature and high-density plasma, and an X-ray extraction window for extracting X-rays generated from plasma to the outside, and this X-ray extraction window.
A valve for ejecting glass to form a gas mass between the wire extraction window and the plasma forming part, and a control device for controlling the opening / closing of the valve in accordance with the plasma forming timing. X-ray extraction device for plasma X-ray source.
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