JPS62206753A

JPS62206753A - プラズマｘ線発生装置

Info

Publication number: JPS62206753A
Application number: JP61048258A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kato; 加藤　靖夫; Isao Ochiai; 落合　勲; Yoshio Watanabe; 渡辺　良男; Seiichi Murayama; 村山　精一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-03-07
Filing date: 1986-03-07
Publication date: 1987-09-11
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: US4841556A; JPH0687408B2

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、パルス放電によって高温高密度のプラズマを
形成して軟Ｘ線を発生するプラズマＸ線発生装置に係り
、特に、サブミクロンの集積回路を製造するＸ線露光装
置、あるいはＸ線顕微鏡などの線源に用いて好適なプラ
ズマＸ線発生装置に関するものである。

〔従来の技術〕

２つの円筒電極が絶縁物を介して同軸状に配置された放
電管はプラズマフォーカスと呼ばれて、重水素などの気
体を充填し、充電したコンデンサからパルス電圧を印加
して気体をプラズマ化し、プラズマを電極の間の空間を
走らせて電極の先端にフォーカスし、磁界の圧力によっ
て圧縮して高温高密度のプラズマを形成し、中性子を発
生する線源として使用されてきた。この場合、プラズマ
フォーカスで形成される高温高密度のプラズマからは強
い軟Ｘ線が放射されるので、近年、軟Ｘ線源としても注
目されている。プラズマフォーカスを用いた軟Ｘ線源に
ついては、例えば特開昭６０−８４７４９号に記載され
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

Ｘ線露光装置あるいはＸ線顕微鏡には、輝度の高い軟Ｘ
線源が必要である。プラズマフォーカスを上記の目的に
適合したものにするには、次に述ベる問題点を解決しな
ければならない。

プラズマフォーカスによって形成される高温のプラズマ
から放射されるＸ線は、外部に放射される以前に、放電
管内の気体と透過窓による吸収を受けて減衰する。放電
管から高い輝度のＸ線を発生する１こは、プラズマから
の放射の強度を増すとともに、これらの吸収を減らさね
ばならない。放電管内の気体による吸収を減らすには、
放電管に充填する気体の圧力を下げること、Ｘ線が通過
する通路を短かくすることが必要であり、透過窓による
減衰を低下するには、透過窓として使用するベリリウム
、ポリマーなどの厚さを減らすことが必要である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、プラズマフォーカスの電極に印加する電圧
の極性を、通常のものとは逆に、内側円筒電極を負、外
側円筒電極を正とする構成によって、上記問題を解決す
る。従来、プラズマフォーカスの電極に印加する電圧の
極性を本発明のようにすると、プラズマのフォーカスが
起こらないとか弱い等の理由で、内側円筒電極を陽極、
外側円筒電極を陰極として動作させていたのである。し
かし、プラズマフォーカスの電極の寸法を通常のものか
ら変えることによって、つまり内側円筒電極の直径を減
少し、沿面放電を開始する絶縁物の表面に強い電界を生
ずることによって、あるいは、放電管に充填する気体を
水素、重水素ではなく、ネオン、アルゴン、クリプトン
、キセノンのように原子量の大きい気体に変えることに
よって、極性を従来のものとは反対にしても強いフォー
カスが起こることを見出した結果、本発明が可能となっ
たのである。

〔作用〕

本発明においては、ネオン、アルゴン、クリプトン、キ
セノンなどの気体を使用し、気体を電離してプラズマを
発生し、プラズマを集束して高温高密度のプラズマを形
成し、軟Ｘ線を発生するプラズマフォーカスにおいて、
内側円筒電極に負、外側円筒電極に正の極性の電圧を印
加する。この極性では、プラズマ中のイオンは、電界に
よって内側円筒電極に向う力を受け、電子は外側円筒電
極に向う力を受ける。このために、プラズマが両電極の
間の空間を電極の先端に向って走りながら集められてゆ
く過程でイオンは内側円筒電極に向って運動し、その結
果、電極の先端に集められるイオンの数は、内側円筒電
極を陰極とする場合の方が多いことになる。したがって
、電極の先端に同じ密度の高温プラズマを形成するため
には、内側円筒電極を負極性とする方が、正極性とする
よりも、低い気体の圧力で動作させることができ、放電
管中の気体によるＸ線の吸収を減少させることができる
。この圧力の比は、内側円筒電極を陰極とした方が、数
倍も低いことが実験から知られた。

磁界の圧力によって圧縮された高温高密度のプラズマか
らは、Ｘ線のほかに、荷電粒子つまり電子およびイオン
が放射される。これらの荷電粒子は高いエネルギーを持
っているので、電極をスパッタしたり、Ｘ線を透過する
のに用いられているべＩＪ　ＩＪウムの薄い膜を損傷す
る。ベリリウムの膜を荷電粒子の損傷から防ぐには、膜
の前に磁界を作って荷電粒子を偏向して膜からそらす方
法が実施できる。荷電粒子のうち電子は、電荷と質量の
比が大きいために、比較的弱い磁界で必要な偏向量が得
られるが、イオンは、その比が小さいために、゛必要な
偏向量を得るには、強い磁界が必要である。プラズマフ
ォーカスＸ線源のＸ線透過窓は、内側円筒電極の先端に
対向した軸上に配置されることが好ましい。こうすると
、線源の大きさが最も小さくなり、輝度が高いからであ
る。このような配置をとると、Ｘ線透過窓の電位は、外
側円筒電極の電位と等しくするのが構造上便利である。

本発明の構成によって内側円筒電極に負極性の電圧を印
加すると、さきに述べた理由から、Ｘ線透過窓のべＩＪ
　ＩＪウムは、陽極である外側円筒電極と等しい電位に
保たれて、ベリリウムには電子が衝突することになり、
磁界による荷電粒子の衝突防止が容易１こなる。

さらに、内側円筒電極に負極性の電圧を印加すると、こ
の電極に衝突する粒子は正のイオンとなリ、電子が衝突
する場合に比べると、電極から発生するＸ線が大幅に減
少する。電極から発生するＸ線は、プラズマから発生す
るＸ線のバックグラウンドとなり、線源の大きさを広げ
、例えばＸ線露光装置に適用する場合であれば、転写す
る図形の精度を落とすことになる。

また、内側円筒電極を陰極とすることによってこの電極
の消耗を減らすことが可能である。電極の消耗は、電流
のエネルギーが主に電子によって運ばれるために、電子
の衝突によって生ずるが、電極面積が小さい内側円筒電
極を陽極にすると、電子の密度が特に高（なるため、電
極の蒸発が激しくなるとともに、蒸発した電極材料の付
着によってべＩＪ　ＩＪウム膜の汚れも激しくなる。極
性を逆にして本発明のようにすると、陽極の面積が広く
なるために、電子電流の密度が下がり、電極の消耗も大
幅に低下し、べＩＪ　ＩＪウム膜の汚れを減らすことが
できる。

なお、同様の理由から陽極の温度の上昇も問題となるが
、これも外側円筒電極を陽極とする方が温度の上昇も少
なく、冷却も容易である。

〔実施例〕

以下に、本発明を実施例により説明する。第１図は、一
実施例の断面図である。同図において、１は内側円筒電
極、２は外側円筒電極、３は両電極を絶縁する絶縁物で
ある。本発明においては、内側円筒電極１には、充電さ
れたコンデンサ５から負極性の高電圧が、エアーギャッ
プスイッチ６を介して、また外側円筒電極２には、正極
性の電圧が印加される。放電容器４により外界から隔離
。

された放電空間７には、ネオン、アルゴン、クリプトン
、キセノンなどの気体が０．１〜１トル（Ｔｏｒｒ、）
の圧力で充填されている。電極間に電圧が印加されると
、絶縁物３の表面で絶縁破壊が起こり、プラズマが発生
する。プラズマは、電極の間の空間の電界と磁界からロ
ーレンツ力を受けて、電極の開放端に向って運動し、電
極の端を過ぎると磁界の圧力を受けてピンチし、内側円
筒電極１の先端の軸上に高温高密度のプラズマを形成し
て軟Ｘ線を放射する。第１図において、８はプラズマか
ら放射される荷電粒子を偏向してべＩＪ　ＩＪウムの窓
９への衝突を防止する磁界を作る磁極であり、ＩＯはコ
イルである。１１は、磁界が放電空間７へ洩れることを
防ぐためのシールドである。第１図実施例はＸ線露光装
置に適用する場合で、シールド１１の中央に設けた開孔
を通って露光室１２にＸ線を導入し、マスクを通して、
レジストを塗布したウエノ１１３にＸ線が照射される。

なお、本実施例では電磁石を用いるとして述べたが、こ
のような磁界は永久磁石によって形成することも可能で
ある。

このような構造において、充電されたコンデンサ５から
内側円筒電極１に負、外側円筒電極２には正の極性のパ
ルス電圧が印加される。本実施例における電極の寸法は
内側円筒電極の外径が３０ｍｍ、外側円筒電極の内径が
７５馴、電極の全長が１７０　ｉｎ、。

絶縁物の沿面距離が４０咽である。この放電管に５５μ
Ｆのコンデンサを３ｋＶに充電し、１．７６　ｋＪのエ
ネルギーで放電を起こすと、放電管に充填するアルゴン
ガスの最適圧力は０．１８　トルであり、従来通り内側
円筒電極を陽極とした同じ条件の放電の最適圧力０．３
２　トルより少なくなっており、発生するＸ線量は、約
２倍に増加した。

なお、上記の場合に比較に用いた従来装置の放電管の寸
法は、内側円筒電極の外径が５０咽、外側円筒電極が１
００＋＋＋ｍ、電極の全長が２００膿、絶縁物の沿面距
離が５０ｒｒｕｎであり、したがって、本発明によれば
、放電管の寸法形状を従来のものより小形にして、しか
も、より強力なＸ線源を実現し得ることが確認された。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、同軸状に配置さ
れた円筒電極を有するプラズマフォーカス方式のＸ線源
において、内側円筒電極が陰極として動作する極性のパ
ルス電圧を印加することによって、プラズマの集束効率
を高めることが可能となり、放電管に充填する気体の放
電最適圧力が低下することから、放電管内におけるＸ線
の吸収を減らすことができる。また、Ｘ線の透過窓に衝
突する荷電粒子の除去が容易となり、薄いＸ線透過窓を
使用してＸ線の減衰を減らすことができ、強力なＸ線を
試料室に取り出すことが可能となる。

実験結果から、従来構成の場合に比べて約２倍の強度を
もつＸ線源とするのは容易であることが確認された。さ
らに、電極から発生するＸ線のバックグランドを除（こ
とができ、Ｘ線露光装置やＸ線顕微鏡に適用する場合の
転写する図形の精度を高めることができる。また、電極
の温度上昇を低下し、冷却を容易にすることができる。

以上に述べたように、本発明によれば、プラズマフォー
カスの電極に印加する電圧の極性を逆にすることによっ
て、上記の著るしい諸効果を発揮することが　。

可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すプラズマフォーカスの
断面図である。〈符号の説明〉 ■・・・内側円筒電極　　２・・・外側円筒電極３・・
・絶縁物　　　　　４・・・放電容器５・・・コンデン
サ６・・・エアーギャップスイッチ８・・・磁極　　　　　　９・・・ベリリウム窓１０・
・・コイル　　　　　１１・・・シールド１２・・・露
光室　　　　　１３・・・ウェハ代理人弁理士　中　村
　純　之　助ＩＰＩＢ＝コ巨−内イ則円肯Ｖ極２−　り）４す１１円油電抽３−−一瀬４＃頽４・−・セＸ電怠逓５−・−コシデ′〉マ６−一一ニアーヤ阜１．．デズイ１．．す７一−一方父
′１！号１間８−・石妨才セ９−・−べ゛リリリム弛１０−　　コイル１１−−−シールｐ゛１２−・情、支壁１３−　サ一へ

Claims

【特許請求の範囲】

１、内側円筒電極と外側円筒電極とが同軸状に配置され
た放電管に気体を充填し、上記電極間に充電されたコン
デンサから高電圧パルスを印加して気体をプラズマ化し
、プラズマを内側円筒電極の先端に集束してＸ線を発生
し、Ｘ線を放電管に設けた窓を経由して放電管の外へ放
射するプラズマＸ線発生装置において、内側円筒電極に
は、外側円筒電極に対して負極性の高電圧パルスが印加
されることを特徴とするプラズマＸ線発生装置。