JPS61250948A - Ｘ線発生装置およびｘ線露光法 - 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、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、中性粒子等をし中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ングラフィ技術の一つとし
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、ＡＩＬ、Ｃｕ、Ｍｏ。

Ｓｉ、Ｐｄ等の金属によるターゲッ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
があった。

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って、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！ｌマスク
とレジストを塗布したウニｌくとの間の距離を１０〜３
０１Ｌｍ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１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Ｂａ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
出し窓は破撰されてしまう、そこで、従来のプラズヤ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った。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全縮パタンを転写するのは
困難であり、すなわち、Ｉａ細パターン露光用Ｘ線とし
て使用するのは不可イ戯であった。

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　ａｔ　ａｔ　、に
よる“Ｘ−ｒａｙ１ｉｔｈｏｇｒａｐｈ５　　ｕｓｉｎ
ｇ　　ａ　　ｐｕｌｓｅｄ　　ｐｌａｓｍａ　　５ｏｕ
ｒｃｅ″　。

Ｊ、Ｖａｃ、Ｓｃｉ、Ｔｅｃｈｎａｌ、、ｔ９（４）、
Ｎｏｖ、／Ｄｅｃ、　ＩＨｌ。

ｐｐ、１１９０−１１９３゜ （２）　Ｊ、Ｂａ１ｌｅｙ　８ｔ　ａｌ　、による“Ｅ
ｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　　ｇａｓ　　ｐｕｒ
ｒ　　Ｚ　　ｐｉｎｃｈ　　ａｓ　　ａｎ　　ｘ−ｒａ
ｙ　　ｌｉｔｈａｇｔａｐｂｙａｎｄ　　ｍ１ｃｒｏｓ
ｃｏｐｙ　　５ｏｕｒｃｅ″　、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、
Ｌｅｔｔ、４Ｇ（＋）、Ｉ　Ｊａｎｕａｒｙ　１１１８
２．ｐｐ、３３−３５゜（３）　Ｇ、Ｓｔａｌｌｉｎｇ
ｓ　ｅｔ　ａｌ、による“Ｉｍｐｌｏｄｉｎｇａｒｇｏ
ｎ　　ｐｌａｓｍａ　　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ”　、
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ。

３５（７）　、　！９７９．ｐｐ、５２４−５２８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、ｌ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、１Ｂはメツシュ電極、２１はスイ
ッチ、２Ｂ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はウェハ、４３は高速開閉ガス弁のガス溜め、４５
はピストン、８１はガス塊、８３はピンチしたプラズマ
、８４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、スイッチ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６１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６３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、
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
にする必要があった。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、はぼ次式で
表わされる。

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、見はその′＃！
離である。上式から、流れ出るガスの量を増して急峻な
ガスプロフィールを得るには、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っている。

一方、大容量の放電では、電気的ノイズ切発生、電極や
放電スイッ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線源頃、放電くり返し周波数が
３〜１０Ｈｚと高く、ＩＱＫ　Ｊ以下の小容量放電が適
すと考えられている。放電容量が１ＯＫＪ以下の放電で
は、プラズマ形成初期の電極間がス密度が１０１９〜１
０”　ｃｍ−’　（数Ｔｏｒｒ　〜１００Ｔｏｒｒ）で
ある、しかしながら、従来、ガスプロフィールを急峻に
するため、プラズマ形成初期のガス密度が１０”　〜１
０”　ｃｍ−ｊ（数Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒ）の低密
度にかかわらず、　１００倍以上の高密度１０２０〜ｔ
ｏ２２ｃ腸−３（散気圧）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。

電極が局テ的に加熱される。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
（コンタミネーション）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って耐圧
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２８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
あった。

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２
８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Ｂ１がプラズマ化され、電極の中心軸にプラ
ズマ８３が形成されるとき、プラズマ８３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８４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、露光は不可能であった。そこで、従来は、第１図
のように、Ｘｆｉ取り出し窓２８．Ｘ線マスク２９、ウ
ェハ３０等は、ピンチしたプラズマ８３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って微細パター
ンの転写は不可能であった。このように、従来のガス注
入型プラズマＸ線源でｌ±、いずれも、横方向でしか露
光を行なえなかったので、微細パターン露光用Ｘ線源と
しては不適当であった。

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っ
た。

さらに、露光用Ｘ線源としては、プラズマから発生し、
ｘｌ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１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１．以て、放電の安定性および
Ｘ線放射の再現性の向上を図ったプラズマ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撓なプラズマ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線取り山し窓の
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回部なｘｌｌ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１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１５０−１０
００Ｔｏｒｒの範囲の圧力でガス溜めに貯留しておき、
その貯留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、、＋Ｑｃ、−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ェハ面を配置して２Ｘ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Ｃ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
が速くなってＸ線マスクの熱歪みが生じなく、精痩よく
、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Ｉ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って、ｌは
真空容器、２は真空容器ｌ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はガスバッファ
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からガスバッファ容器
５へ供給される放電用ガスおよびガスバッファ容器５か
ら排気装Ｍ３へ排気される放電用ガスの流量を制御して
、ガスバッファ容器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、　１８は信号発生器Ｎ１４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。１７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、’ｄ−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１１４から遅延パルサ１５を経て遅
延された信号を受は高圧パルスを発生する。　２１は放
電スイッチであり、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。２Ｂ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２Ｂの通路に
沿っ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
なっている。２８はＸ線取り出し窓であり、たとえば薄
いＢｅＭやｌ膜あるいは高分子膜等からできている。２
８はＸ線マスク、３０は露光されるウェハ、３１はアラ
イナ装置であって、マスク２９とウェハ３０の位置を制
御する。

これを動作するには、真空容器ｌを排気装置２で排気し
１０−４〜１（１″′１Ｔｏｒｒ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
てガスバッファ容器５と高速開閉ガス弁７を排気する０
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
をガスバッファ容器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。

次に充電型１１１２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１Ｂ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を通っ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ッチ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って到来した放電
用ガスによって放電させる。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２Ｂ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ｌに張られた薄い
Ｂｅ膜等のＸ線取り出し窓２８を通して、ブラ、ズマか
ら放射されるＸ線２Ｂを照射して大気中のＸ線マスク２
８のパターンをレジストを塗布したウェハ３０に転写す
る。Ｘ線マスク２８とウェハ３０の位置合せは、アライ
ナ装置３１によって行われる。

高速開閉ガス弁７によって放電用ガスが注入された時の
、ガスバッファ容器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、ガスバッファ容器
の圧力は、１５０〜１０ＱＯＴａｒｒ程度の所定のガス
圧に保たれる。

このような構造になっているから、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０通
常、電極間のガス圧力が放電に適するガス圧力（数↑ｏ
ｒｒ　−１００Ｔｏｒｒ）に達する時間は短時間はどよ
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Ｍ１１で所定の
圧力（たとえば１５０〜１０００〒ｏｒｒ）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（数丁ｏｒｒ〜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って放
電が持続しても、電極間のガス圧が　１５０〜３００Ｔ
ｏｒｒ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。

−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１０ｍｍ程に電極が消耗
される。これに対して、３００Ｔｏτ丁程の低ガス圧で
放電すると、１０　、Ｃｌ０Ｑ回程の放電でも、電極の
先端部は直径４〜５ｍｍ、深さ２■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１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、放電の安定化を図って
い・る。

この点をも考慮して構成した電極１７および１８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ｌ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４
４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４Ｂを埋設する。ピストン４５はコイル４Ｂ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Ａ
ｌｌ、ジュラルミンなどの軽金属で構成する。ソレノイ
ドコイル４８には電源１Ｂ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
上部にはガスバッファ容器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ッファ材４Ｂを接着
し、このバッファ材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、ピストン４５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
市部材４８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４
５が電源１０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ＩＦされ、ガスは噴出口４
２から下方に流れていく、電［１Ｂの電力がしゃ断され
ることによってピストン４５はその口重と真空容器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
りり、−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１７を配設する。電極１７の内外両日
筒部分＋７Ａと１７８との間にはガス導入ノズル５１が
形成される０両円筒部分１７Ａと１７Ｂとはリング１７
Ｇにより一体に構成されており、このリング１７ｃに円
周に沿って形成した複数の開口１７Ｄを介して開口１７
Ｅとガス導入ノズル５１とを連通させる。５２は電極１
７の外周面に取りつけた電極冷却用水冷管である。７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５３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。５Ｇ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！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に連なって、反射された荷電粒子の排気
口５８を設ける。

第４図において、８１はガス導入ノズル５１から噴出さ
れるガス塊、　８２は電極１８と１７との間を流れる電
流の流れ、８３は電流８２により矢印方向にビンチサレ
タプラズマを示す、６４はプラズマ８３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４
５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を通って、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Ｂ１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４２は１０■層φ以上として、ガス導入ノズ
ル５１は先細末広の構造とし。

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！８の円筒５４の先端部に集中する
ので、放電は、常に電極１８の定まった先端部で開始さ
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。このためガス溜あ４３の圧力が１５０〜ＩＱＯ
ＱＴｏｒｒ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っても安定して円
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Ｂ２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１０ｔ″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が中空状になっているため、電極
１８で反射される割合が減って、ガス塊ａｔ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１７
Ｂから構成される。内部電極１７Ｂは側壁に円周に沿っ
て設けた複数（例えば８個）の孔１７Ｄを有し、これら
孔１７０を通してガスが内部電極１７Ｂの外壁と外部電
極１７Ａ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ｉａ
Ｉ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　／　５ｈｏｔ）を、横軸は放電タイミング（ＩＬ
ｓ）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、　２３０ＧＴ
ｏｒｒ　（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、復来法では、プラズ
マがピンチし放電するタイミングは、　３９０〜４００
ルＳ間の１０１ＬＳ程であり、急峻な注入が行われ、電
極間のガス圧も数ＩＬｓ程で急激に上昇していることが
、タイミング時間幅がＬＯ＃Ｌｓであることから推察さ
れる。

これに対して１本発明により　１５０〜１０００↑ａｒ
ｔ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４００〜５００　ｕ、　ｓ
間の約１００＃Ｌｇ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１００１Ｌｓ程の長時間にわたって適
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５０トＳ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１００　ＩＬｓ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！！ｌ放射量は、従来法に比べて２〜３倍はどに増加
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、２１Ｌｓの長時間にわたって検出
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７８０
Ｔｏｒｒ　（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
った・ なお、電極！７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−例としてＭｅガスの場合は次のようになった。

このように比較的広範囲に注入ガス圧を変えても、ガス
速度は大きく変化せず、急峻な形状をもつガス塊が形成
されると考えられる。

このように１本発明では、注入ガスの圧力を従来よりも
低くすることによって、放電の安定性、再現性を向上さ
せ、しかもＸ線出力も増加させることができる。

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Ｆをしているが、Ｘ線放射領域は２
■脂φと小さくなっている。これから、ピンチしたプラ
ズマの位置は安定していることがわかる。

第９図は、第２図のような従来法で高気圧ガス注入の放
電の場合に、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ＩＯ■■φ程の領域にわ
たっており、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、本発明によって、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、プロキシミティ露光を用いる
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、本発明では第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５７を設けている。プラズマ反射板５７は、中心
にＸ線通過孔５Ｂを有し、電極側の面は、電極中心軸に
対して斜めに配置されており、その方向は第１因中の排
気装置２の方向に向いている。

このような構造になっているので、電極１７と１８との
間で発生したプラズマ８３が、電極中心軸方向にあるＸ
線取り出し窓２８（第１図）の方向に噴射されるとき、
プラズマ反射板５７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の方向に進行するプラズマは減少する。また、電
極１７および１８からＸ線通過孔５８の方向に向うプラ
ズマも、プラズマ反射板５７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
成分を有することなり、電極中心軸方向にあるＸ線取り
出し窓２８の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。その低高速ガス弁７から噴射されるガ
スが、プラズマ反射板５７によって反射され排気装置２
の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５７は、平面
の他に曲面、あるいは円錐状でもよい。

第１０図および第１ｆ図は、第４図に示した装置におい
て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５７を設けずに放電を行なった
場合に発生する荷電粒子量を測定した結果である。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３ｐＦ、充電電圧５０ＫＶであり、測定は、電
極！８と１７の中心軸方向２５８層にファラデーカップ
を設け、ファラデーカップと接地間に２０の抵抗を接続
してこの抵抗の両端の電圧を測定している。

第１０図は、注入ガスＭｅの圧力を２気圧とした場合の
結果である。　　３００層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２０ｃ鵬程に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、
使用不可能であった。

第１１麹は、圧力調整装置１１によって注入ガスＭｅの
圧力を０．４気圧（３００Ｔｏｒｒ）と低圧力にした場
合の結果である。第１ｏｒ！４とほぼ同時刻に負電位が
発生しているが、電圧は７０Ｖはどあり、第１０図中で
発生している電圧に比べてＡ以下となっている。

以上の結果のよづに、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１１１３ｉｆ
ｆ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８００ｎｓｅｃ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１本発明においては、注入ガスの圧力を圧
力調整装置により　１５０〜１０００Ｔｏｒｒ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、Ｂｅ１１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５７と荷電粒子除去装置２
７を設けて、第１θ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５００層ｇ
／目盛、たて軸は５０Ｖ／目盛である。

第１２図によれば、荷電粒子は、全く検出されず、プラ
ズマ反射板５７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。

したがって、本発明によれば、電極の中心軸方向にＸ線
取り出し窓２日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で真空の耐圧をもたせるこ
とも可能となる。これによれば、露光されるウェハ側か
ら見たＸ線源径がピンチしたプラズマの径と同等な２３
璽Φとなり、転写パターンの露光ボケが小ざくなる。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
熱拡散が速くなって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、本発明では放電の繰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ットが向上する
。しかもまた、排気系も小型化できることになる。

本発明の１５０〜１０００Ｔｏｒｒガス圧注入放電では
、プラズマから３０ｃｍ中心軸方向に厚さｌ０ＪＬ腸の
Ｂｅ箔を設けて放電しても、Ｂｅ箔が破損されることは
なかった。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った。

高速開閉ガス弁偏に位置する電極を負電位、対向する電
極を接地電位とすると、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
分となって、磁場で容易に偏向できるようになる。第１
０図、第Ｕ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、プラズマからウニへ３０ま
での距離を短縮することが可能であり、露光時間の短縮
が図れる。

さらに、プラズマＸ線発生部を上部に、ウェハやマスク
のアライチ部を下部とすることにより。

ウェハは水平に設けて露光することが可能上なり、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。

第３図および１４４図に示した実施例では、プラズマ反
射板５７は電極１８偏に設け、プラズマ除去器２７はこ
の反射板５７とは別個に真空容器１の下端側に設けてお
り、プラズマ反射板５７で反射されずにＸ線透過孔５８
を通過してしまった荷電粒子をプラズマ除去器２７で除
去する。

これに対して、プラズマ反射板とプラズマ除去器とを一
体に構成した荷電粒子／中性粒子除去器を設けた本発明
の実施例を第１３図に示す、ここで、第３図および第４
図と同様の個所には同一符号を付す。

第１３図において、高電圧入力フランジ４１には高速開
閉ガスバルブ７を収容できる開ロア１をあけ、この開ロ
ア１をバルブ固定用フランジ７２で閉止する。フランジ
７２にはガスバッファ容器５に連通する開ロア３をあけ
る。フランジ７２から下方に向けてガスバルブ７を取り
つける。本例では、電極１８、を、ガスバルブ７をも電
極１７と共に収容する円筒形状に形成し、その底面には
電極１７と対向する電極板７４を設ける。電極！８の底
面には磁気シールド板７５を取りつける。電極板７４、
電極１８の底面および磁気シールド板７５を貫通してＸ
線取り出し用孔７８をあける。磁気シールド板７５には
第１４図に詳細に示すような荷電粒子／中性粒子除去器
２７を取りつける。

本例における荷電粒子／中性粒子除去器２７は、磁気回
路形成用のヨーク８１と、このヨーク８１の対向脚８Ｌ
Ａおよび８１Ｂに取りつけた荷電粒子偏向用の磁石、た
とえば永久磁石または電磁石８２および８３と、これら
磁石８２および８３の各保護板８４および８５とからな
る。保護板８４と８５との間には荷電粒子／中性粒子反
射板８６を傾けて配置し、その上端を支持台８７によっ
てヨーク８１に固着する。磁石８２および８３はそれぞ
れ対向す、る面がＮ極およびＳ極となるように配置し、
ヨーク８１により磁石８２と８３との間の磁界強度が最
大になるようにする。荷電粒子／中性粒子反射板８Ｂは
１枚のみでもよいが。

本例では、第１３図に示すように２つの反射板８８Ａお
よび８８Ｂを有する。これら反射板８８Ａおよび８８Ｂ
にそれぞれあけたＸ線透過孔８８Ａおよび８８Ｂは、上
方の孔８８Ａの方が下方の孔８８Ｂより小さい、これら
反射板８６Ａおよび８８Ｂは、これらにより反射された
荷電粒子が排気装置２に向かうように傾けておく、８３
は排気装置２の入口に設けた荷電粒子吸収用メツシュで
ある。

第１３図において、８０はプラズマ８３から放射される
電子の軌跡の一例、９１はイオンの軌跡の一例、８２は
中性粒子の軌跡の一例を示す。

第１９図および第１４図に示した装置を動作するには、
真空容器１を排気袋ｗ２で排気して１０−４〜１０′″
Ｔｏｒｒ程度の真空にしておく０次にガス圧力調整用排
気装置３を動作し、排気弁４を開いて、ガスバッファ容
器５ならびに高速開閉ガスバルブ７の内部を排気する０
次に、ガス導入弁８を開いてガス容器９から放電用ガス
をガスバッファ容器５と高速開閉ガスバルブ７に導入し
、圧力検出器１０により所定の圧力に達したことが検出
されたならば、圧力制御装置！１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、高速開閉ガスバルブ
７の電源１８を動作させる。それにより、ナイロン等の
絶縁体４４でモールドされた電磁駆動用コイル４Ｂに磁
界が発生し、ピストン４５との間に電磁的な反発力が生
じて、ピストン４５は上方へ移動する。圧力制御装置１
１によって所定の、圧力でガス溜め４３に充填されてい
た放電用ガスはピストン４５と真空シール用オーリング
４８とのすき間を通って、ガス噴出口４２から開口１７
Ｅへ流れる。

ピストン４５は、高電圧導入板４１にボルトで固定され
ている高速開閉ガスバルブ固定用フランジ７２に設けた
緩衝材４８に衝突することによってその移動を停止し、
その後は自重により落下する。ピストン４５が緩衝材４
８に接している間は、高速開閉ガスバルブ７のガス導入
孔７３はピストン４５によって閉１トされている。それ
と同時に、ガス溜め４３に対しても、ピストン４５の側
面でガス導入用溝４０の末端が閉じられることによって
、ガスの流入はなくなる。

ガス噴出孔ｔ７Ｅを流れる高速のガス流は、ガス導入用
外部電極１７Ａとガス導入用内部電極１７Ｂとの間に形
成されるノズル５１を通ってガス導入用電極１７と、相
対する接地電極７４との間に流れ込み、電極１７と７４
との間にガス塊が形成される。

一方、基準信号発生器１４からの信号は、電極７４にガ
スが到達する時間におおよそ設定された遅延バルサ１５
を通って高電圧パルス発生器２０に入力され、このパル
ス発生器２０からの高電圧パルスで放電スイッチ２１を
動作させる。高電圧導入板４１から絶縁体２２で絶縁さ
れた低電圧導入板５０に接続されているリターン電極１
８の一部である接地電極７４と、ガス導入電極１７との
間では、放電スイッチ２１の短絡とともに電極間に電位
が発生して放電が生じる。高速開閉ガスバルブ７により
注入された放電用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界とプラズマとの相互作用に
より、プラズマの中心軸方向へ自己収束゛し、電極中心
軸上に高温舎高密度プラズマ８３が形成される。

このプラズマ８３からは、＃地電極７４のＸ線取り出し
孔７６を通して、Ｘ線と同時に高エネルギの電子やイオ
ンまたは中性ガスが放射される。プラズマ８３の中心軸
方向には、荷電粒子／中性粒子除去器２７が設けられて
いるので、プラズマ６３から発生する荷電粒子および中
性粒子は次のようにして除去される。

すなわち、プラズマ６３から発生する電子は、磁石８２
およぼ８３の磁界によりラーマ半径が小さいので、軌跡
８０のようになってこの除去器２７にトラップされる。

イオンは、質量が大きいので、ラーマ半径は大きく、か
かる磁界によっては軌跡３１に示すようにわずかしか偏
向されないが、プラズマ反射板＆８Ａによって方向を変
えられる０反射板８８Ａで反射されたイオンは排気装置
２に入る前に、荷電粒子吸収メツシュ８８によって吸収
されてアースへ流れ込み、排気装置２に電流は流れない
。

プラズマ８３からの直進する粒子は１反射板８８Ａまた
は８８Ｂの傾斜した反射面において反射された粒子と衝
突して反射された粒子の進む方向に偏向されるので、プ
ラズマ全体がその直進方向からずれて反射面に対して、
第１３図では左下方にずれる。これによって、直進する
粒子はＸ線透過孔８８Ａまたは８８Ｂを外れるので、Ｘ
線取り出し窓２８に向かうことが阻止される。

プラズマから発生する中性粒子は、反射板８８Ｂによっ
て軌跡９２で示すように反射され、排気装置２の方向へ
運動し、排気装Ｍ２により外部へ排気される。このよう
にして、真空装置ｌのプラズマ軸方向に設けられている
Ｘ線取り出し窓２８を介して、不所望の荷電粒子および
中性粒子の除去されたＸＭが容器ｌの外へ取り出される
。

このような構造において、高速開閉ガスバルブ７によっ
てガスが電極１７と１８との間に注入された時のガスバ
ッファ容器５の圧力変動は、ガス圧力検出器１０によっ
て圧力が検出され、その信号に応じてガス圧制御装置１
１により排気弁４とガス導入弁８を開閉して圧力変動を
補正するので、ガスバッファ容器５およびガス溜め４３
の圧力は、１５０〜１Ｇ、ＯＯ丁ｏｒｒ程度の所定のガ
ス圧力に保たれる。

第１５図は、３ルＦのコンデンサ２１を５０ＫＶに充電
してＭｅガスを用いて第１３図の装置でガス注入放電し
たとき、荷電粒子／中性粒子除去器２７を全て外して、
Ｘ線取り出し窓２８の位置にファラデーカップを設けて
、検出される電荷量（負電荷すなわち電子）と注入ガス
圧力、すなわちガスバッファ５ならびにガス溜め４３の
圧力との関係を示している。ここで、ファラデーカー２
ブ出力は、注入ガス圧力が７８０↑ｏｒｒ　（Ｌ気圧）
時の出力（７５０Ｖ）を１．０　として、各点を較正し
ている。

第１５図から明らかなように、注入ガス圧力が低くなる
とともに、電荷量は少なくなり、３００Ｔｏｒｒの圧力
になると、７８０Ｔｏｒｒで注入したときに比べて電荷
量が１側根度に減少することがわかる。このように、注
入ガス圧力を低くすると、プラズマから放射される荷電
粒子（ここでは、電子）は大幅に減少する。

ただし、注入ガス圧力を低くしても、プラズマから放射
される電荷粒子は完全になくならない。

第１８図は、荷電粒子／中性粒子除去器２７の荷電粒子
／中性粒子反射板８．８を外して、偏向磁界の効果のみ
を測定した結果である。注入ガス圧力を３００Ｔｏｒｒ
に設定して放電した場合の、偏向磁界強度とファラデー
カップ出力電圧との関係を示している。ここでは、磁界
強度が零の場合を１．０として、各点を較正している。

検出される電荷（ここでは負電荷、すなわち電子）は、
４００Ｇ程度の磁界強度で大幅に減少し、ＩＫＧでほぼ
除去されることになる。

第１３図において、コンデンサ１３の充電電位を負とす
るとき、すなわちＸ線を取り出す接地電極７４が正電極
（アノード）となるとき、注入ガス圧を３００Ｔｏｒｒ
程度にし、偏向磁界強度を３ＫＧ程度にすると、ファラ
デーカップの検出感度を上げても、正、負いずれの信号
もほとんど検出されない、この結果から、電子およびイ
オンの荷電粒子は、はぼ除去されているものと考えられ
る。

しかしながら、中性の高温ガスなどの中性粒子は偏向磁
界によっても全く偏向を受けないが、第１３図に示した
実施例では反射板８８によりそれら中性粒子を反射し、
排気装置２に導いている。

荷電粒子／中性粒子除去器２７の上方から入来する電子
は磁石８２と８３の作る磁界によって反射板支持台８７
の方向に偏向されることとなり、最終的には、反射板８
６あるいは磁石保護板８４および８５に衝突して電流が
流れる。

ここで、イオン反射板８６に衝突して得る運動量の方向
と、イオンと磁石８２および８３が作る磁界とで作用す
るイオンに対する電磁力の方向は同じであり、反射板８
６と磁界８２および８３の相乗効果により重いイオンで
も偏向されることとなる。また、高温ガス等の高速中性
粒子も反射板８Ｂで反射されて運動方向が変えられ偏向
される。

実際、荷電粒子／中性粒子除去器２７の直下１５ｃｍ程
度の位置にｌＱｇｔ１１度の厚さを有すＢ＠箔を設置し
ても、このＢｅ箔は何ら損傷を受けなかった。

第１４図に示した荷電粒子／中性粒子除去器２７を、プ
ラズマを形成する電極１７および１日と１．Ｘ線取り出
し窓２８の間に設ける場合、偏向が難しいイオンがＸ線
取り出し窓２８に到達しないようにするためには、プラ
ズマになるべく近ずけてかかる除去器２７を配置した方
が除去効果が大きい、そこで、第１３図の例では、電極
１Ｂに直接２プラズマ除去器２７を装着している。この
とき、偏向用磁石８２および８３の漏れ磁界がプラズマ
の収束、ピンチに影響を及ぼし、Ｘ線が安定にプラズマ
から発生しないことを防ぐために、高い透磁率の材料（
例えば軟鉄）で作ったシールド板７５を、Ｘ線通過孔７
８を開けて荷電粒子／中性粒子除去器２７と電極１８と
の間に設置することによって、偏向用磁石８２および８
３の漏れ磁界による影響がなくなって安定したＸ線発生
が得られる。

〔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ってＸＭ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１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ＣＢ）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Ｈｅガス
で放電した場合Ｏ設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３
００Ｔｏｒｒ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
子量を表わすファラデーカップ出力電圧比との測定結果
を示す特性図、 第１Ｂ図は偏向磁界強度と通過する荷電粒子の量を表わ
すファラデー力、ツブ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・・・ガスバッファ容器、 ７・・・高速開閉ガスバルブ、 ８・・・ガス導入弁、 ８・・・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・ ｊ４・・・基？ｆｉ信号発生装置、 １５・・・遅延バルサ、 １Ｂ・・・高電圧パルス発生器、 １７．１８・・・電極、 １７Ａ　、　１７Ｂ・・・円筒部分、 １７ｃ・・・リング、 １７Ｄ・・・開口、 ２０・・・高電圧パルス発生器、 ２１・・・放電スイッチ、 ２２・・・絶縁体、 ２６・・・Ｘ線、 ２７・・・荷電粒子／中性粒子除去器、２８・・・Ｘ線
取り出し窓、 ２８・・・Ｘ線マスク、 ３０・・・ウェハ、 ３１・・・アライナ装置、 ４０・・・貫通孔、 ４１・・・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。 ４Ｂ・・・ピストン停止用バッファ材、４９・・・封止
部材、 ５０・・・フランジ、 ５１・・・ガス導入ノズル、 ５２・・・水冷管。 ５３　、５４・・・円筒。 ５５・・・ガス排気用孔、 ５６・・・水冷パイプ、 ５７・・・プラズマ反射板、 ５Ｂ・・・Ｘ線通過孔、 ５９・・・排気口、 ８１・・・ガス塊、 ８２・・・電流の流れ、 ８３・・・プラズマ。 ８４・・・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、 ８８・・・荷電粒子／中性粒子反射板、８θＡ　、　８
８Ｂ・・・反射板、 ８８Ａ　、　８８Ｂ　・Ｘ線透過孔、 ８９・・・荷電粒、子吸収用メツシュ、８０・・・電子
、 ９１・・・イオン、 ８２・・・中性粒子。 特許出願人　　　日本電信電話株式会社代　理　人　　
　弁理士　谷　　義　−第２図 ０ｍｍ 第３図 く ｃｏ　　　　　　　　　　　　ｃ。 ロコ 第１６図 少見格イしファラテ゛−ｈワブエカ電迂。 ＣＯＣ０

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
   貯留しておき、その貯留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１０＾１＾９ｃ
   ｍ＾−＾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って弁が開き自
   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１０＾１＾９ｃｍ＾−＾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ェ
   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ェハ面がほぼ
   水平面に配置されることを特徴とするＸ線露光法。 ２０）プラズマ発生用の電極と、該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、前記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、 前記電極と前記Ｘ線取り出し窓との間に配置され、前記
   電極と前記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荷電粒子／中性粒子除去器。 ２１）特許請求の範囲第２０項記載の除去器において、
   前記反射板は、前記中心軸と斜交して配置されたことを
   特徴とする荷電粒子／中性粒子除去器。 ２２）特許請求の範囲第２１項記載の除去器において、
   前記反射板の反射面と対向させて、当該反射面で反射さ
   れた荷電粒子／中性粒子を排出する装置を配置したこと
   を特徴とする荷電粒子／中性粒子除去器。 ２３）特許請求の範囲第２０項ないし第２２項のいずれ
   かの項に記載の除去器において、前記反射板は複数の反
   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荷電粒子／中性粒子除去器。 ２４）特許請求の範囲第２０項ないし第２３項のいずれ
   かの項に記載の除去器において、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荷電
   粒子／中性粒子除去器。 ２５）特許請求の範囲第２０項ないし第２４項のいずれ
   かの項に記載の除去器において、前記反射板の反射面を
   前記磁界中に設けたことを特徴とする荷電粒子／中性粒
   子除去器。 ２８）特許請求の範囲第２０項ないし第２５項のいずれ
   かの項に記載の除去器において、前記電極対との間に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荷電粒子／中性粒子除去器。