JPH1187090A

JPH1187090A - Ｘ線発生装置

Info

Publication number: JPH1187090A
Application number: JP9249015A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kondo; 洋行近藤; Noriaki Kamitaka; 典明神高
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】真空ポンプ（真空排気装置）等からＬＰＸの
真空容器内に放出されるオイルなどの有機物質や、ＬＰ
Ｘの標的材料から放出された炭素または炭素化合物によ
り、真空容器内に配置された光学素子、Ｘ線光学素子、
光学部材、Ｘ線被照射物体が汚染される事によるこれら
光学素子などの性能低下をなくすこと、或いは性能低下
を抑制することが可能なＸ線発生装置を提供すること。【解決手段】減圧された真空容器内の標的部材にパル
スレーザー光を照射してプラズマを形成し、該プラズマ
からＸ線を取り出すＸ線発生装置において、前記真空容
器内に酸素ガス（または酸素ガスを含む気体）を導入す
る機構と、前記真空容器内に配置された光学素子及び／
または光学部材に、或いは前記真空容器の一部を構成し
ている光学素子及び／または光学部材に、紫外光もしく
は真空紫外光またはこれらよりも短波長の光を照射する
機構と、を設けたことを特徴とするＸ線発生装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線
分析装置、Ｘ線露光装置などのＸ線機器のＸ線源として
用いて好適なＸ線発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】減圧された真空容器内の標的部材にパル
スレーザー光を集光照射することにより標的部材の材料
をプラズマ化し、このプラズマから輻射されるＸ線を利
用するＸ線源（以下、ＬＰＸと略称する）は小型であり
ながら、アンジュレーターに匹敵するほどの輝度を有す
る。

【０００３】そのため、ＬＰＸは、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線分
析装置、Ｘ線露光装置などのＸ線機器のＸ線源として近
年注目を集めている。このＬＰＸは放射光のように高真
空度（10^-9Torr程度）を必要としない。即ち、レーザー
光が標的部材に到達する前に、真空容器内の残留ガスに
より気中放電したり、プラズマから発生したＸ線が被照
射物体に到達する前に、強い吸収を受けない程度の真空
度であればよい。

【０００４】具体的には数10Torr〜0.1Torr 程度の真空
度でよく、ロータリーポンプなどの安価な真空排気装置
により十分達成できる真空度であるため、手軽に利用で
きる利点もある。しかしながら、ロータリーポンプから
はポンプに使用されているオイルが真空容器内に僅かな
がら逆流する。

【０００５】そのため、ロータリーポンプを長時間使用
していると、ＬＰＸの真空容器内に配置された光学素
子、Ｘ線光学素子、光学部材、光学素子または光学部材
であるＸ線被照射物体（以下、光学素子等と略称する場
合がある）の上に逆流したオイルが付着、堆積して、そ
の結果、次第に光学素子等の性能（反射率、透過率、回
折効率など）を低下させてしまう。

【０００６】そして、この性能低下に対処するために
は、新しい光学素子等に交換するか、或いはこれらを取
り外して洗浄した後、もとの場所に戻す必要があった。
また、ＬＰＸにおいては、Ｘ線の他にプラズマやプラズ
マ近傍から標的材料のイオン、原子または小片（以下、
これらを飛散粒子と称す）が放出される。これらの飛散
粒子は、プラズマ近傍に配置された光学素子等（例えば
レーザー光を真空容器内に導入する窓、レーザー光を集
光するレンズ（集光レンズが真空容器内に配置されてい
る場合）、プラズマから輻射されたＸ線を反射するミラ
ー、プラズマから輻射されたＸ線を透過し可視光をカッ
トするためのフィルターなど）に付着、堆積し、光学素
子等の性能（反射率や透過率など）を低下させてしま
う。

【０００７】そこで、ＬＰＸを利用するに当たっては、
この飛散粒子の低減が重要な課題であり、様々な方法が
考えられている。例えば、真空容器内にガスを充填し、
飛散粒子とガス分子との衝突により飛散粒子の速度を減
速、停止させて、光学素子等に到達しないようにする
か、或いは到達する量を少なくしていた。

【０００８】また、レーザー光が通過可能であり、生成
されたプラズマから輻射されたＸ線を取り出すのに十分
な大きさの開口を有する飛散粒子制御部材をプラズマ近
傍に配置することにより、飛散粒子の放出角度分布を標
的部材表面の法線方向に集中させて、Ｘ線の取り出し方
向への放出量を少なくしていた（特開平６−２１６１３
１）。

【０００９】或いは、レーザー光が通過可能であり、生
成されたプラズマから輻射されたＸ線を取り出すのに十
分な大きさの開口を有する飛散粒子阻止部材によりプラ
ズマを囲うことにより、飛散粒子を阻止する試みが行わ
れてきた（特開平６−３０５１９９）。また、Ｘ線取り
出し立体角に隣接あるいは近接するように、飛散粒子阻
止部材を配置して光学素子等をその中に囲うように保護
していた（特開平７−１２７６００）。

【００１０】また、Ｘ線取り出し方向に磁石を配置し
て、飛散粒子の軌道を曲げることにより、Ｘ線被照射物
体上に飛散粒子が到達しない様にしていた（望月等、応
用物理学会講演予稿集、１９８５）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オイル
で汚れた光学素子等を逐一交換していては、コストが高
くなり手間もかかるため実用的ではない。また、光学素
子等を洗浄して再設置する場合には、そのたびに光学系
のアライメントをやり直す必要があり、非常に手間がか
かるため、これもまた実用的ではない。

【００１２】また、ガスを真空容器内に充填して飛散粒
子を低減しようとした場合には、光学素子等が配置され
ている方向とは異なる方向に放出された飛散粒子も、ガ
ス分子との多数回にわたる衝突により拡散して、最終的
に光学素子等上に付着、堆積してしまうこととなり、そ
の効果は十分ではなかった。また、磁場を用いて飛散粒
子の軌道を曲げる場合には、真空中では飛散粒子の速度
が非常に速い（＞１０⁶ｃｍ／ｓｅｃ）ので、高速運動
する飛散粒子が被照射物体に当たらないように曲げるた
めには、大きな磁場を作る必要があり困難であった。

【００１３】特に、Ｘ線光量を大きくとるためにプラズ
マと被照射物体までの距離を近づけたときには、飛散粒
子の軌道を更に大きく曲げる必要があり、ますます大き
な磁場が要求される。そのため、磁石の製作や取り付け
などが難しくなり、コストも非常に高いものとなる。本
発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、真
空ポンプ（真空排気装置）等からＬＰＸなどの真空容器
内に放出されるオイルなどの有機物質や、ＬＰＸの標的
物質から放出された炭素あるいは炭素化合物により、真
空容器内に配置された光学素子、Ｘ線光学素子、光学部
材、光学素子または光学部材であるＸ線被照射物体が汚
染されて性能が低下することがないか、或いは性能低下
を抑制することができるＸ線発生装置を提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「減圧された真空容器内の標的部材にパルスレーザー
光を照射してプラズマを形成し、該プラズマからＸ線を
取り出すＸ線発生装置において、前記真空容器内に酸素
ガス（または酸素ガスを含む気体）を導入する機構と、
前記真空容器内に配置された光学素子及び／または光学
部材に、或いは前記真空容器の一部を構成している光学
素子及び／または光学部材に、紫外光もしくは真空紫外
光またはこれらよりも短波長の光を照射する機構と、を
設けたことを特徴とするＸ線発生装置（請求項１）」を
提供する。

【００１５】また、本発明は第二に、「減圧された真空
容器内の標的部材にパルスレーザー光を照射してプラズ
マを形成し、該プラズマからＸ線を取り出すＸ線発生装
置において、前記プラズマから輻射されたＸ線が最初に
入射する光学素子（第１光学素子）を収納するか、或い
は含んでいる真空容器内に酸素ガス（または酸素ガスを
含む気体）を導入する機構と、前記真空容器内に配置さ
れた前記第１光学素子に、或いは前記真空容器の一部を
構成している前記第１光学素子に、紫外光もしくは真空
紫外光またはこれらよりも短波長の光を照射する機構
と、を設けたことを特徴とするＸ線発生装置（請求項
２）」を提供する。

【００１６】また、本発明は第三に、「前記標的部材の
材料として炭素または炭素含有物質を用いたことを特徴
とする請求項１または２記載のＸ線発生装置（請求項
３）」を提供する。また、本発明は第四に、「前記紫外
光もしくは真空紫外光またはこれらよりも短波長の光を
放出する光源として前記プラズマを用いることを特徴と
する請求項１〜３記載のＸ線発生装置（請求項４）」を
提供する。

【００１７】

【発明の実施の形態】ＬＰＸにかかる本発明のＸ線発生
装置においては、前記真空容器内に酸素ガス（または酸
素ガスを含む気体）を導入する機構と、前記真空容器内
に配置された光学素子及び／または光学部材に、或いは
前記真空容器の一部を構成している光学素子及び／また
は光学部材に、紫外光もしくは真空紫外光またはこれら
よりも短波長の光を照射する機構と、を設けている。

【００１８】そのため、本発明のＸ線発生装置によれ
ば、以下に示す作用により、真空容器内に配置された光
学素子等（光学素子、Ｘ線光学素子、光学部材、Ｘ線被
照射物体）への有機汚染物（炭素または炭素含有物）の
付着物・堆積物を除去することが可能となり、前記光学
素子等の性能低下を阻止または抑制できる。すなわち、
前記光学素子等の上に付着した汚染物質がオイルなどの
有機物である場合には、有機物における炭素−炭素、炭
素−水素などの化学結合のエネルギーよりも大きな光子
エネルギーの光（一般に紫外光や真空紫外光、またはこ
れらよりも短波長の光）を照射すると、前記化学結合が
切断されて、光学素子等の上に付着した汚染物質（有機
物質）が分解される。

【００１９】また、酸素雰囲気中で紫外光や真空紫外光
を照射するとオゾンが生成される。このオゾンはきわめ
て反応性が高いため、前記分解された汚染物質（有機物
質）における化学的結合状態が切れた炭素や水素などと
反応する。そして、その結果、光学素子等の上に付着し
た汚染物質（有機物質）は、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸
化炭素（ＣＯ₂）、水（Ｈ₂Ｏ）などに変化して、光学
素子等の表面から除去される。また、除去された一酸化
炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、水（Ｈ₂Ｏ）な
どは、真空ポンプにより真空容器外に排気される。

【００２０】従って、本発明のＸ線発生装置によれば、
真空ポンプ等からＬＰＸの真空容器内に放出されるオイ
ルなどの有機物質により、真空容器内に配置された光学
素子、Ｘ線光学素子、光学部材、Ｘ線被照射物体が汚染
されて性能が低下することがないか、或いは性能低下を
抑制することができる。また、本発明のＸ線発生装置に
よれば、真空容器内に配置された光学素子等の有機汚染
物質による性能低下を阻止または抑制することができる
ので、汚染された光学素子等を取り替えたり、取り外し
て洗浄するために装置を停止する必要がなく、その結
果、装置を長期間にわたって安定に動作させることがで
きる。

【００２１】また、本発明のＸ線発生装置において、標
的部材の材料として炭素または炭素含有物質を用いた場
合には、光学素子等の上に付着、堆積したプラズマから
の飛散粒子（炭素または炭素含有物質）を酸素雰囲気中
における紫外光等の照射により同様に除去できる。その
ため、真空容器内に配置された光学素子等のプラズマか
らの飛散粒子による性能低下を阻止または抑制すること
ができるので、装置を長期間にわたって安定に動作させ
ることができる。

【００２２】以下、本発明を実施例により更に詳細に説
明するが、本発明はこの例に限定されるものではない。

【００２３】

【実施例】図１に本実施例のＸ線発生装置の概略構成を
示す。図１の装置は、ロータリーポンプ１１６により減
圧された真空容器１００内に配置された標的部材１０４
に、パルスレーザー光１０１を照射してプラズマ１０５
を形成し、該プラズマ１０５からＸ線１０６を取り出す
ＬＰＸにかかるＸ線発生装置である。

【００２４】レーザー光１０１は集光光学素子１０２に
より、窓１０３を通して標的部材１０４上に集光され
て、プラズマ１０５が発生する。このプラズマから輻射
されるＸ線の一部１０６を可視光カットＸ線透過膜１０
７（例えばＢｅ膜、Ｘ線光学素子の一例）を透過させた
後、他のＸ線光学素子（例えばＸ線多層膜ミラーなど）
へと導いている。

【００２５】紫外線ランプ室１０８には、Ｘｅのエキシ
マランプ１０９が取り付けられており、エキシマランプ
からの光は、反射ミラー１１０において反射してから窓
１１１を透過した後、可視光カットＸ線透過膜（Ｘ線光
学素子）１０７上に照射される（真空紫外光を照射する
機構）。窓１１１には、プラズマ１０５からの飛散粒子
が付着、堆積しないように、シャッター１１２が設けら
れており、ＬＰＸ動作中はシャッター１１２により窓１
１１が覆われる。

【００２６】標的部材１０４は、ポリエステル（炭素を
含んだ標的部材材料の一例）のテープであり、リール１
１３からリール１１４へ、或いはその逆方向へ巻き取る
ことにより、長時間使用できる。プラズマ１０５から
は、Ｘ線以外に炭素、酸素、水素の各原子やそれらのイ
オン或いは標的材料であるポリエステルの小片が放出さ
れる。酸素、水素の原子やイオンは、Ｘ線光学素子１０
７上に到達する前に、その多くは酸素分子や水素分子と
なって真空容器外に排気される。

【００２７】しかし、炭素については、その一部はＣＯ
₂などのガスになって排気されるものの、大部分は可視
光カットＸ線透過膜１０７上に到達し、炭素または炭素
の化合物として付着、堆積する。また、標的部材材料で
あるポリエステルの小片（炭素化合物）も可視光カット
Ｘ線透過膜１０７上に付着、堆積する。また、ロータリ
ーポンプ１１６からも僅かではあるが真空容器１００内
にオイルが逆流し、可視光カットＸ線透過膜１０７上に
到達し、炭素または炭素の化合物として付着、堆積す
る。

【００２８】このため、長時間ＬＰＸを動作させている
と、次第に可視光カットＸ線透過膜１０７のＸ線透過率
が低下してしまう。そこで、一定時間ＬＰＸを動作させ
た後に、或いは可視光カットＸ線透過膜１０７の透過率
をモニターして、その透過率が設定値を下回ったとき
に、ＬＰＸの動作を停止する。

【００２９】そして、ガス導入口１１５から酸素を含む
ガス（例えば空気）を導入するとともに、真空ポンプ１
１６により排気して、所定の圧力（例えば0.1 Ｔｏｒ
ｒ）に維持する（真空容器内に酸素ガスまたは酸素ガス
を含む気体を導入する機構）。その後、エキシマランプ
１０９を点灯させ、またシャッター１１２を開けて、真
空紫外光を可視光カットＸ線透過膜１０７上に照射す
る。Ｘｅエキシマランプ１０９は、波長１７２ｎｍ付近
の真空紫外光を強く発光する。

【００３０】波長１７２ｎｍの光の光子エネルギーは、
Ｘ線透過膜１０７上に付着した炭素化合物における炭素
原子と炭素原子との結合、炭素原子と他原子との結合を
切断するのに十分なエネルギーを持っている。そして、
Ｘ線透過膜１０７上に付着した炭素、炭素化合物（前記
結合が切断されて分解されたもの）は、酸素雰囲気中に
おける真空紫外光の照射により生成されたオゾンとの反
応により、ＣＯ₂、ＣＯなどのガス状分子となって真空
容器１００外へ排気される。

【００３１】そのため、可視光カットＸ線透過膜１０７
上に付着、堆積した炭素、炭素化合物またはポリエステ
ルの小片（炭素化合物）が取り除かれて、可視光カット
Ｘ線透過膜１０７の透過率は、透過膜１０７が清浄な状
態における当初の値にまで回復する。以上の操作をＸ線
発生装置が動作していない期間（たとえば夜間など）に
自動的に行えば、装置の動作時には常に清浄な可視光カ
ットＸ線透過膜１０７を使用できるので都合がよい。

【００３２】このように、本実施例のＸ線発生装置によ
れば、真空ポンプ等からＬＰＸの真空容器内に放出され
るオイルなどの有機物質により、真空容器内に配置され
た光学素子、Ｘ線光学素子、光学部材、Ｘ線被照射物体
が汚染されて性能が低下することを阻止あるいは抑制で
きる。また、本実施例のＸ線発生装置によれば、真空容
器内に配置された光学素子等の有機汚染物質による性能
低下を阻止または抑制することができるので、汚染され
た光学素子等を取り替えたり、取り外して洗浄するため
に装置を停止する必要がなく、その結果、装置を長期間
にわたって安定に動作させることができる。

【００３３】本実施例では、付着物質の除去処理をＸ線
光学素子（可視光カットＸ線透過膜１０７）に対しての
み行っているが、レーザー光入射窓１０３（光学部材の
一例であり、また光学部材が真空容器の一部を構成して
いる一例）に対しても行うと良い。また、本実施例で
は、Ｘ線光学素子に付着している不純物質を除去すると
きにＬＰＸの動作を停止しているが、真空容器内に導入
する酸素含有ガスによるＸ線の吸収が十分小さい場合で
も前記除去処理が可能であれば、ＬＰＸの動作中に行っ
ても良い。

【００３４】こうすることにより、ＬＰＸの動作を停止
させる必要がなくなるため、効率的に装置を使用するこ
とができる。本実施例では、真空容器内に酸素または酸
素を含むガスを導入し、所定の圧力を維持していたが、
ノズルなどにより光学素子の近傍に上記ガスを噴出させ
ても良い。このときのガス噴出は連続的であっても良い
しパルス的であっても良い。

【００３５】また、本実施例では、Ｘ線光学素子として
可視光カットＸ線透過膜を使用したが、これに限らず多
層膜ミラーやゾーンプレート、ウォルターミラーなどで
あっても良く、これらのＸ線光学素子に対しても前記除
去処理を施してもよい。本実施例では、光学素子がＬＰ
Ｘ発生用真空容器内に置かれていたが、ＬＰＸから輻射
されたＸ線が最初に入射する光学素子（第１光学素子）
が別の真空容器中に設置されている場合には、酸素また
は酸素を含む気体を、第１光学素子を含んでいる真空容
器内に導入すればよい。

【００３６】また、本実施例では、真空紫外光源として
Ｘｅエキシマランプを用いたが、炭素にかかる前記化学
結合を切断できる光子エネルギーを有する波長の光を放
出する光源であれば特に限定されるものではなく、例え
ばエキシマレーザー（ＡｒＦ、ＫｒＦなど）でも良い。
また、ＬＰＸからは可視光からＸ線領域までの広い波長
域にわたり光が放出されるので、上記光源としてＬＰＸ
から放出される紫外域からＸ線領域の光を用いても良
い。

【００３７】ＬＰＸから放出される光を用いれば、光学
素子上に付着した有機物質を除去するための光源を別途
用意する必要がなくなる。ＬＰＸから放出される光を用
いれば、光学素子の周囲を酸素雰囲気にしてＬＰＸを運
転するだけでよいので、装置の構成が非常に単純にな
る。このとき、ＬＰＸからの光により有機物質が光学素
子上から除去される除去速度が、ＬＰＸから放出される
飛散粒子や真空排気装置から逆流するオイルなどが光学
素子に付着する付着速度よりも上回れば、ＬＰＸを運転
していても有機物付着による光学素子の特性の劣化が起
こらないので、長期間運転し続けることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＸ線発生
装置によれば、真空ポンプ等からＬＰＸの真空容器内に
放出されるオイルなどの有機物質により、真空容器内に
配置された光学素子、Ｘ線光学素子、光学部材、Ｘ線被
照射物体が汚染されて性能が低下することがないか、或
いは性能低下を抑制することができる。

【００３９】また、本発明のＸ線発生装置によれば、真
空容器内に配置された光学素子等の有機汚染物質による
性能低下を阻止または抑制することができるので、汚染
された光学素子等を取り替えたり、取り外して洗浄する
ために装置を停止する必要がなく、その結果、装置を長
期間にわたって安定に動作させることができる。また、
本発明のＸ線発生装置において、標的部材の材料として
炭素または炭素含有物質を用いた場合には、光学素子等
の上に付着、堆積したプラズマからの飛散粒子（炭素ま
たは炭素含有物質）を酸素雰囲気中における紫外光等の
照射により同様に除去できる。

【００４０】そのため、真空容器内に配置された光学素
子等のプラズマからの飛散粒子による性能低下を阻止ま
たは抑制することができるので、長期間にわたって安定
に動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は実施例のＸ線発生装置を示す概略構成図であ
る。

【主要部分の符号の説明】

１００…真空容器、１０１…レーザー光、１０２…集光
レンズ１０３…レーザー光導入窓、１０４…標的部材
（ポリエステル）１０５…プラズマ、１０６…利用する
Ｘ線、１０７…可視光カットＸ線透過膜１０８…紫外線
ランプ室、１０９…Ｘｅエキシマランプ、１１０…反射
ミラー、１１１…窓、１１２…シャッター、１１３，１
１４…リール、１１５…ガス導入口、１１６…ロータリ
ーポンプ（真空排気装置）以上

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】減圧された真空容器内の標的部材にパル
スレーザー光を照射してプラズマを形成し、該プラズマ
からＸ線を取り出すＸ線発生装置において、前記真空容器内に酸素ガス（または酸素ガスを含む気
体）を導入する機構と、前記真空容器内に配置された光学素子及び／または光学
部材に、或いは前記真空容器の一部を構成している光学
素子及び／または光学部材に、紫外光もしくは真空紫外
光またはこれらよりも短波長の光を照射する機構と、を
設けたことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項２】減圧された真空容器内の標的部材にパル
スレーザー光を照射してプラズマを形成し、該プラズマ
からＸ線を取り出すＸ線発生装置において、前記プラズマから輻射されたＸ線が最初に入射する光学
素子（第１光学素子）を収納するか、或いは含んでいる
真空容器内に酸素ガス（または酸素ガスを含む気体）を
導入する機構と、前記真空容器内に配置された前記第１光学素子に、或い
は前記真空容器の一部を構成している前記第１光学素子
に、紫外光もしくは真空紫外光またはこれらよりも短波
長の光を照射する機構と、を設けたことを特徴とするＸ
線発生装置。
【請求項３】前記標的部材の材料として炭素または炭
素含有物質を用いたことを特徴とする請求項１または２
記載のＸ線発生装置。
【請求項４】前記紫外光もしくは真空紫外光またはこ
れらよりも短波長の光を放出する光源として前記プラズ
マを用いることを特徴とする請求項１〜３記載のＸ線発
生装置。