JPS63211598A

JPS63211598A - プラズマｘ線発生装置

Info

Publication number: JPS63211598A
Application number: JP62040245A
Authority: JP
Inventors: Isao Ochiai; 落合　勲; Yasuo Kato; 加藤　靖夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-02-25
Filing date: 1987-02-25
Publication date: 1988-09-02

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、パルス放電により高温・高密度のプラズマを
形成し、軟Ｘ線を発生するプラズマＸ線源（発生装置）
に係わり、なかでも集積回路を製造するＸ線リソグラフ
ィ装置、あるいはＸ線顕微鏡などの線源に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

プラズマによるＸ線発生方式のひとつにプラズマフォー
カスがある。この方式は、第５図に示したように、一端
に絶縁体４をはさんだ同軸円筒電極１，２を特徴とする
。コンデンサ電源７によりパルス状の高電圧を印加させ
ると、絶縁体４の表面の沿面放電により、中性気体がプ
ラズマ化される。このプラズマは電極１，２間の空間を
電極１の開放端に向かって走行する。電極１の開放端に
達すると磁界の圧力によって、プラズマは圧縮され、高
温高密度になる。このプラズマからは、強い軟Ｘ線が放
射されるので、近年、Ｘ線源として注目されている。な
お、この種の装置としては特開昭６０−８４７４９号公
報に示されるように、沿面放電部に外側円筒電極からリ
ング状の刃または等間隔の尖端からなる電界放出電極を
設けることにより再現性と一様性とを実現するものが知
られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

Ｘ線リソグラフィ装置、あるいはＸ線顕微鏡には、高効
率、高安定で、輝度の高い軟Ｘ線源が必要である。従来
のプラズマフォーカスでは、絶縁体表面の沿面放電によ
り、気体をプラズマ化しているために、絶縁体の表面状
態により、放電状態が不安定となり、Ｘ線強度の不安定
性の一因になっている。

また、プラズマが電極先端部に達し、急激な圧縮（ピン
キ）をおこし、高温高密度のプラズマとなり、Ｘ線を発
生するのであるが、このときの急激なインダクタンスの
変化により、電極間電圧が上昇し、絶縁体の沿面放電が
再び開始することなどにより、実際に、コンデンサーか
ら供給される電流の１部分しか、ピンチしたプラズマ中
に流れない。このために、Ｘ線の発生効率が低下すると
いう問題があった。

本発明の目的は、一様で再現性のある初期プラズマを形
成し、ピンチ時に不要な部分に流れる電流を除去し、さ
らに従来、寿命の点でも問題のあった沿面放電を起こさ
せる絶縁体部をなくすことにより、安定性のよい高強度
のＸ線出力を有し、かつ高寿命であるプラズマＸ線発生
装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の特徴は、高周波回路を設け、高周波電界により
中性気体を予備電離するようにした点と、一対の電極を
絶縁する絶縁体の放電空間側の表面を沿面放電がおこり
にくい形状にした点とにある。

この高周波電界は、初期プラズマを形成すべき部分に、
容量性または誘導性結合しこより供給される。

また、この高周波電界は、主放電のためのコンデンサ電
源から電流が流れる直前にパルスの形で印加され、電流
が流れると切れるようになっている。

〔作用〕

本発明によれば、希ガス等からなる気体を電離して、プ
ラズマを発生し、その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Ｘ線
源において、気体の電離は放電管の１部に取り付けた容
量性または誘導性結合回路により供給されるパルス状の
高周波電界により行われる。そして、この予備電離が生
じた後に、主放電のためのコンデンサ電源から電流が流
れだす。従来のプラズマＸ線源のひとつであるプラズマ
フォーカスのように、絶縁体表面の沿面放電を用いない
ので、その表面状態に影響されろこともなく、安定な放
電を開始することが可能となる。また、絶縁体＋８造が
沿面放電部を必要としなくなるので、強固に設置できる
ので、高寿命化が達成される。さらに、プラズマが円筒
同軸状の電極間を走行し、電極先端部で、プラズマ中を
流れる電流の作る磁界により急激に圧縮されたときに電
極間に高電圧が発生する。この高電圧が発生するときに
は、高周波電界はすでに切れていること。

一対の電極を絶縁するための絶縁体の放電空間側の表面
が、沿面放電を起こしにくい形状となっていることが理
由で、ピンチ時に発生する高電圧で再び初期プラズマが
形成される部分で放電がおきにくくなるため、放電電流
のほとんどがピンチプラズマ中で流れるようになり、供
給したエネルギーがピンチプラズマに集中し、発生する
Ｘ線が大きくなる。

〔実施例〕

以下に、本発明を一実施例により説明する。第１図は、
本発明によるプラズマＸ線発生装置の一実施例を示す断
面図、第２図はその動作を説明する図である。同図にお
いて、１は内側円筒電極、２は外側円筒電極、３は高周
波電極で電極２と対をなす。４はパイレックスガラス、
磁器等からなる絶縁体、５は高周波電源、６は整合回路
である。

高周波電源５の周波数は１３．５ＭＨｚまたは２７ＭＨ
ｚで、その出力は０．５〜ＩＫＷである。整合回路６は
、高周波電源５から高周波電極３に移送される電力が最
大になるようにするためのものである。７は主放電用の
コンデンサ電源、８はエアーギャップスイッチ、９はタ
イミング回路。

１０は放電容器、１１は真空排気口、１２は給気口であ
る。放電容器１０は真空排気口１１を通して真空ポンプ
により１０−６〜１ｏ−７トールの真空度に排気される
。排気された放電容器１０に給気口１２を通して、ネオ
ン、アルゴン、クリプトン等のプラズマとすべき気体を
０．１〜１０トール充填する。この状態で、タイミング
回路９により、第２図（ｅ）に示すように、高周波電極
３に高周波電界をパルス状に印加すると、第２図（ａ）
中の予備放電空間１６にある気体が電離し、プラズマ化
する。次に、タイミング回路９により高周波電界を切り
、エアギャップスイッチ８を閉とし、主放電用コンデン
サ電源から同軸円筒電極１，２に電圧を印加すると、前
記の高周波放電によりプラズマができているために、第
２図（ｂ）に示す事故ｆｆ１ｆｆｉ流路１７に電流が流
れる。これにより、事故ｆｆ１ｆｆｉ流路１７に形成さ
れるプラズマは、プラズマ中を流れる電流Ｊと、それが
形成する磁界ＢとによるローレニッカＪＸＢの力を受け
、第２図（ｃ）に示すように、同軸円筒電極１，２の空
間をその開放端に向かって気体をプラズマ化し取り込み
ながら走行する。内側円筒電極１の先端に達すると、こ
のプラズマは、プラズマ中を流れる電流の作る磁界によ
り、収縮（ピンチ）し、第２図（ｄ）中の１７に示した
位置に高温・高密度のプラズマを形成する。この間の放
電電流の時間変化を第２図（ｅ）に示す。プラズマがピ
ンチすると、放？ａｔｔｉ流波形にはくぼみが観測され
、数１０ナノ秒の間、Ｘ線が発生する。

このＸ線は、第１図に示すベリリウム等で作られたＸ線
取り出し窓１５により、外に取り出される。同図におい
て、１４はプラズマから放射される荷電粒子を偏向して
、Ｘ線取り出し窓１５への衝突を除去する磁石であり、
１３は前述の磁石１４からのもれ磁界の防止と、磁石１
４への荷電粒子衝突の防止をかねたシールド板である。

本実施例では、主放電用コンデンサの系雷電圧は１０〜
４０ＫＶであり、同軸円筒電極１，２の材質は無酸素鋼
であり、その大きさは内径３０＋ｎｍ。

外径７５ｍ＋＋、長さ５〜１５国である。

本実施例によれば、初期プラズマを高周波放電により形
成していて、従来のような絶縁体の表面状態により左右
される沿面放電現象を用いてぃないので、再現性のよい
初期プラズマが形成される。

このため、Ｘ線出力の再現性がよくなる。また、プラズ
マがピンチするとき、同軸円筒電極１，２の間には大き
な電圧が加わる。このときには、高周波電界が印加され
ていないこと、予備放電空間１６を囲む絶縁体の表面が
沿面放電を起こさないように凹凸を設けていることによ
り、ピンチプラズマ以外には電流が流れない。従って、
放電エネルギーが、ピンチプラズマ中に集中し、発生す
るＸ線が強くなる。

従来の沿面放電を用いたプラズマフォーカス方式では、
Ｘ線強度のばらつきが、標準偏差／平均値で表わして、
３０％程度であったのが、本実施例では、数％以下とな
り、またＸ線強度も２〜４倍大きくなる。

前記実施例では、プラズマとすべき気体をあらかじめ充
填しているが、第１図に示す絶縁体４の上部に複数の給
気口を設け、電磁バルブ、ピエゾバルブにより、高速給
気してもよい。

また、高周波電極として同軸型の電極を用いているが、
第３図に示すような、円筒を半分に割った形の電極、ま
たは、第４図に示すようなコイルを巻きつけた誘導性結
合型の電極を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、気体をプラズマ
化し、プラズマを集束して高温・高密度のプラズマを形
成し、Ｘ線を発生させるプラズマＸ線発生装置において
、主放電の直前に、パルス状の高周波電界を印加するこ
とにより、気体を再現性よくプラズマ化でき、また、予
備放電部の凹凸をもった絶縁体構造により、ピンチ時の
ピンチプラズマ以外への電流の分流をなくすことができ
るので、従来の絶縁体の沿面放電を利用した方式ではＸ
線出力の再現性が、３０％（標準偏差／平均）であった
のが、数％以下となり、また、Ｘ線出力が２〜４倍増加
するといった。再現性のよい。

高効率の軟Ｘ線発生が可能となる。

また、絶縁体表面の沿面放電現象を用いないので、絶縁
体にかかる熱的衝撃が小さく、かつ、構造も簡単にでき
るので、絶縁体が破損する問題がなく、装置の高寿命化
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示すプラズマＸ線発生装置
の断面図、第２図（ａ）〜（ｅ）は本発明の動作原理を
示す図、第３図ないし第４図は他の実施例における高周
波電極部の斜視図、第５図は従来のプラズマフォーカス
方式によるプラズマＸ線発生装置の断面図である。１・・・内側円筒電極、２・・・外側内ｎ電極、３・・
・高周波電極、４・・・絶縁体、５・・・高周波電源、
６・・・整合回路、７・・・コンデンサ、８・・・カア
ギャップスイッチ、９・・・タイミング回路。第　１　図５工ＦｉＩ波電源

Claims

【特許請求の範囲】１、一対の電極を内部に配置した放電管と、上記放電管
を排気し、プラズマとするべき気体を充填する手段と、
上記電極間に高電圧パルスを印加する電源と、集束した
プラズマから発生するＸ線を取り出す窓とを備えている
プラズマＸ線発生装置において、電気回路により中性気
体を電離する手段を付加してなることを特徴とするプラ
ズマＸ線発生装置。２、上記１対の電極を絶縁する絶縁体部のうち、放電空
間に接する側が沿面放電を起こしにくい構造となつてい
ることを特徴とする第１項のプラズマＸ線発生装置。