JP3666055B2

JP3666055B2 - Ｘ線発生装置及びｘ線露光装置

Info

Publication number: JP3666055B2
Application number: JP12760095A
Authority: JP
Inventors: 典明神高; 洋行近藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JPH08321395A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ｘ線露光装置、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線分析装置などのＸ線装置に用いられるＸ線発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光（励起エネルギービームの一例）を減圧された真空容器内に置かれた標的部材に集光して照射すると、標的部材は急速にプラズマ化し、このプラズマから非常に輝度の高いＸ線が輻射（放出）される（Ｘ線を発生する）ことが知られている（例えば、このようなＸ線発生源はＬＰＸ：Laser-Plasma X-ray source と呼ばれる）。
【０００３】
Ｘ線の発生と共に、前記プラズマからは高速の電子やイオン等の飛散粒子が、また前記標的部材からは部材材料の飛散粒子（例えば、ガス化した材料、イオン化した材料、材料小片など）が放出されて真空容器内に飛散する（以下、これらをまとめて飛散粒子と呼ぶ）。
これらの飛散粒子のうち、比較的形状の大きなものをデブリ（debris）と呼んでいる。このような飛散粒子（特に、デブリ）は、清浄光学面（例えば、Ｘ線光学素子面）に衝突して、これらを破損したり、或いは付着、堆積して機能や特性を低下させたり変化させるので、大きな問題であった。
【０００４】
この問題点を解決するために従来の方法では、Ｘ線源と清浄光学面との間に、Ｘ線透過性の高い物質（例えば、Ｂｅ）からなる薄膜（以下、飛散粒子阻止用薄膜またはＸ線取り出しフィルターと呼ぶ）を設置して遮蔽することにより、飛散粒子が清浄光学面に到達しないようにしていた。
その他の方法としては、真空容器内にＸ線に対する透過率の高い低原子番号のガス（例えば、Ｈｅガス）を充填することにより、或いは該ガスのガス流を形成することにより、飛散粒子にガス分子を衝突させて飛散粒子の阻止を図っていた（特開昭63-292553 参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
飛散粒子阻止用薄膜の設置により、清浄光学面への飛散粒子の付着、堆積は防げるが、そのかわり、飛散粒子阻止用薄膜上に飛散粒子が付着、堆積するので、飛散粒子阻止用薄膜のＸ線透過率が次第に低下する（Ｘ線取り出し方向における使用Ｘ線強度が低下する）という問題点がある。
【０００６】
また、真空容器内にＸ線に対する透過率の高い低原子番号のガス（バッファガス）を充填することにより、或いは該ガスのガス流を形成することにより、飛散粒子の阻止を図る方法では、必ずしも飛散粒子を有効に阻止できるわけではないという問題点がある。
例えば、標的部材がタンタルである場合に、十分に排気された（圧力１０Ｐａ以下）真空容器内では、飛散粒子は標的部材表面の法線方向に多く分布する。そして、真空容器内に飛散粒子阻止用のバッファガスを導入すると、飛散粒子が多く放出される方向については、ガス分子による散乱のために飛散粒子は減少するが、散乱した飛散粒子はガス導入前には飛散粒子の放出が少なかった方向にも飛散する。
【０００７】
そのため、飛散粒子を阻止するためにバッファガスを使用すると、飛散粒子の放出方向の分布が均一化される。このことは、飛散粒子の放出が少ない方向については、飛散粒子の放出が多い方向と比較してガス導入の効果が小さいか、むしろ逆効果となることを示している。
Ｘ線の取り出しは、飛散粒子の放出が少ない方向において行うのが一般的であり、飛散粒子の放出が少ないＸ線の取り出し方向について、ガス導入の効果が小さいか、むしろ逆効果となることは大きな問題点である。
【０００８】
特に、プラズマ近傍に飛散粒子の放出量の方向分布を制御する飛散粒子制御部材であり、前記Ｘ線を取り出す方向への飛散粒子の放出量を低減させる飛散粒子制御部材を設ける場合に、Ｘ線の取り出し方向について、ガス導入の効果が小さいか、むしろ逆効果となることは大きな問題点である。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、飛散粒子を阻止するためにバッファガスを用いるＸ線発生装置であり、Ｘ線の取り出し方向について、不都合な飛散粒子の付着、堆積を低減して、その結果、長時間安定して使用できるＸ線発生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明は「減圧された真空容器内の標的部材に励起エネルギービームを照射してプラズマを形成させ、該プラズマからＸ線を取り出すＸ線発生装置であり、前記標的部材及び／又は前記プラズマから放出される飛散粒子を阻止するためにバッファガスを用いるＸ線発生装置において、前記Ｘ線を取り出す範囲に相当する立体角領域に隣接または近接する飛散粒子阻止部材を設けたことを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。
【００１０】
また、本発明は「減圧された真空容器内の標的部材に励起エネルギービームを照射してプラズマを形成させ、該プラズマからＸ線を取り出すＸ線発生装置であり、前記標的部材及び／又は前記プラズマから放出される飛散粒子を阻止するためにバッファガスを用いるＸ線発生装置において、前記Ｘ線を取り出す範囲に相当する立体角領域内に飛散粒子阻止部材を設けたことを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。
【００１１】
また、本発明は「前記標的部材及び／又は前記プラズマから放出される飛散粒子の放出量の方向分布を制御する飛散粒子制御部材であり、前記Ｘ線を取り出す方向への飛散粒子の放出量を低減させる飛散粒子制御部材をさらに設けたことを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。
【００１２】
また、本発明は「前記飛散粒子阻止部材を冷却する冷却手段をさらに設けたことを特徴とするＸ線発生装置」を提供する。
【００１３】
【作用】
減圧された真空容器内の標的部材に励起エネルギービームを照射してプラズマを形成させ、該プラズマからＸ線を取り出すＸ線発生装置であり、前記標的部材及び／又は前記プラズマから放出される飛散粒子を阻止するためにバッファガスを用いるＸ線発生装置に、Ｘ線を取り出す範囲に相当する立体角領域の外側（隣接または近接する領域）または内側に位置する飛散粒子阻止部材を設けると、Ｘ線の取り出し方向について、不都合な飛散粒子の付着、堆積（飛散粒子阻止用薄膜や清浄光学面などへの付着、堆積）を低減できるので、その結果、長時間安定してＸ線発生装置を使用できる（請求項１、２）。
【００１４】
図１（ａ）のように、プラズマ１０１から開口１０２を見込んだ立体角内の領域（Ｘ線を取り出す範囲に相当する立体角領域）１０３を考える。図１（ｂ）はプラズマ及び開口を含む断面を示す。
十分な真空状態では、飛散粒子は直線的に運動し、立体角領域１０３（１０５）内に出射した飛散粒子１１０、１１１は、領域１０３（１０５）内のみを通って開口１０２に到達する。
【００１５】
しかし、真空容器内にバッファガスを導入すると、飛散粒子はガス分子と衝突して散乱されるので、最初は領域１０３（１０５）の外に出射した飛散粒子の中には、散乱の結果、領域１０３（１０５）内に進入してくる粒子１１２が、また一度領域１０３（１０５）の外に出た飛散粒子の中には、再び領域１０３（１０５）内に戻る粒子１１３が、それぞれ存在する。
【００１６】
このことは、開口１０２に到達する飛散粒子は、発生してから到達するまで、終始、領域１０３（１０５）内を通過するとは限らないことを示す。これに対して、プラズマから発生したＸ線の光路は直線であり、開口１０２に到達するＸ線の光は常に領域１０３（１０５）内にある。
ここで、例えば図２に示すように、開孔付きの部材２０１（飛散粒子阻止部材の一例）を設けた場合を考える。部材の開孔は、立体角領域１０３（１０５）の切断面に等しい。
【００１７】
部材２０１を設けても開口１０２に達するＸ線には、なんら影響がなく、取り出されるＸ線の量は変化しない。これに対して、飛散粒子のうち、領域１０３（１０５）内に進入しようとする前記粒子１１２、１１３は、部材２０１により阻止されるので、部材２０１を設けないときに比べて、開口１０２に達する飛散粒子は減少する。
【００１８】
このような効果をもたらす飛散粒子阻止部材は、領域１０３（１０５）の外に出た飛散粒子が再度領域１０３（１０５）内に進入するのを阻止できる形状を有すればよく、部材２０１のような開孔付きの板状の物に限定されるわけではない。
また、厳密には取り出すＸ線光量が低下することになるが、Ｘ線を取り出す範囲に相当する立体角領域内に飛散粒子阻止部材を設けても、前記の効果が得られる。例えば、図８に示すように、立体角領域内にあるＸ線の光路上に非常に薄い板を光路に沿って設ける場合である。
【００１９】
このように、減圧された真空容器内の標的部材に励起エネルギービームを照射してプラズマを形成させ、該プラズマからＸ線を取り出すＸ線発生装置であり、前記標的部材及び／又は前記プラズマから放出される飛散粒子を阻止するためにバッファガスを用いるＸ線発生装置に、Ｘ線を取り出す範囲に相当する立体角領域の外側（隣接または近接する領域）または内側に位置する飛散粒子阻止部材を設けると、Ｘ線の取り出し方向について、不都合な飛散粒子の付着、堆積（飛散粒子阻止用薄膜や清浄光学面などへの付着、堆積）を低減できるので、その結果、長時間安定してＸ線発生装置を使用できる（請求項１、２）。
【００２０】
また、飛散粒子の放出量の方向分布を制御する飛散粒子制御部材であり、Ｘ線を取り出す方向への飛散粒子の放出量を低減させる飛散粒子制御部材をさらに設けると、Ｘ線の取り出し方向における飛散粒子阻止効果が増大するので好ましい。かかる飛散粒子制御部材により、Ｘ線取り出し方向への飛散粒子放出量を低減させるためには、例えば、飛散粒子制御部材に以下のような形状部分を設けるとよい。
【００２１】
かかる形状部分としては、例えば、前記飛散粒子制御部材に設けられた貫通孔であって、0.1 〜３ｍｍの最小開口径部と該最小開口径部に対する開き角が６０〜１４０度である最大開口径部を有する貫通孔が好ましい。
前記最小開口径部を前記励起エネルギービームの前記標的部材上への集光部分に隣接又は近接させ、前記励起エネルギービームが前記貫通孔を通って前記集光部分に入射する角度を０〜６０度に、また該集光部分に対する前記Ｘ線の取り出し角を３０〜６０度にそれぞれ設定すると、取り出し方向へのＸ線強度を減少させることなく、取り出し方向への不都合な飛散粒子の付着、堆積を著しく低減できるので好ましい。
【００２２】
Ｘ線を取り出す方向への飛散粒子放出量を低減させる形状部分は、飛散粒子制御部材に設けた前記貫通孔に限らず、例えば、飛散粒子制御部材が複数の部材により構成されている場合には、該複数の部材のうちの少なくとも二つの部材の間に形成されてなるテーパ状の間隙であって、0.1 〜３ｍｍの最小間隙部と、該最小間隙部に対する開き角が６０〜１４０度である最大間隙部を有するテーパ状の間隙でもよい。
【００２３】
かかるテーパ状の間隙の最小間隙部を励起エネルギービームの標的部材上への集光部分に隣接又は近接させ、かつ、励起エネルギービームがテーパ状の間隙を通って前記集光部分に入射する角度を０〜６０度に、また該集光部分に対するＸ線の取り出し角を３０〜６０度にそれぞれ設定すると、取り出し方向へのＸ線強度を低減することなく、不都合な飛散粒子の付着、堆積を低減することができるので好ましい。
【００２４】
本発明にかかる飛散粒子制御部材に用いる材料としては、例えば、タンタル、タングステン、ダイヤモンド、セラミックなどの高融点、又は高硬度の材料が好ましい。これは、飛散粒子制御部材がプラズマに非常に近接した位置に配置されるので、プラズマから飛来するイオンや電子の該部材表面への衝突による該部材材料の放出を防止するためである。即ち、該部材材料の放出があると飛散粒子と同様に不都合な付着、堆積が生じるので、これを防止するのである。
【００２５】
前記飛散粒子阻止部材を冷却する冷却手段をさらに設けると、該部材が飛散粒子を吸着しやすくなって、阻止効果が増大するので好ましい。或いは、飛散粒子を吸着しやすいように、飛散粒子阻止部材の表面を加工（例えば、つや消し加工）することも好ましい。以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２６】
【実施例】
図３に本実施例のＸ線発生装置の概略構成図を示す。また、図４は飛散粒子放出量の方向分布を制御する飛散粒子制御部材であり、Ｘ線を取り出す方向への飛散粒子の放出量を低減させる飛散粒子制御部材の一例であるテープ押さえアパーチャー４０１の拡大断面図である。
【００２７】
飛散粒子の放出量の角度分布は、このアパーチャー４０１により制御されて、タンタルテープ表面の法線方向に集中した分布となる。アパーチャー４０１がある場合とない場合の飛散粒子放出量の角度分布を図５に示す。
ＹＡＧレーザー光（励起エネルギービームの一例）３１１が集光レンズ３１２によりＴａターゲット（標的部材の一例）３０３の表面に集光される。Ｔａターゲット３０３は、厚さ１５μｍのテープ形状であり、テープ上の同位置にレーザー光が集光されることがないように、プラズマ発生時には、駆動手段（例えば、モーター、不図示）によりリール３０４を回転させてＴａテープを巻き取りながら、レーザー集光位置を変化させている。
【００２８】
Ｔａテープの移動速度は、一つのプラズマが生成されて次のプラズマを生成するレーザー光が入射するまでに、プラズマの発生によりＴａテープに生じる孔の直径分以上に移動する速度である。
発生したプラズマから放射（輻射）されるＸ線は、Ｘ線取り出しフィルタ（飛散粒子阻止用薄膜）３２１を通過してＸ線光学系に至る。
【００２９】
本実施例では、飛散粒子阻止部材３３０は図３に示すように、フィルタ３２１に入射するＸ線の光路を遮らないような開孔を有する３枚の板３３１、３３２、３３３を有し、各板は所定の距離にてそれぞれ隔離されている。
また、真空容器内には、バッファガスとしてヘリウムが導入されており、またその圧力を一定に保持するように、ヘリウムの導入及び排気を行っている。
【００３０】
Ｔａターゲット３０３は、非常に高い融点を有するので、発生する飛散粒子はイオン、原子レベルの大きさである。飛散粒子放出量の角度分布は、図５に示す通りであり、本実施例では、Ｘ線取り出し方向における飛散粒子放出量が少なくなるように、Ｘ線の取り出し角度を４５°としている。
プラズマから板３３１までの距離は短いので、飛散粒子はバッファガスの影響を殆ど受けることなく板３３１に到達する。即ち、最初にＸ線取り出し方向に飛びだした飛散粒子以外は、板３３１により殆ど阻止される。
【００３１】
図５に示すように、飛散粒子の放出はタンタルテープ表面の法線方向に集中するが、この方向の飛散粒子も板３３１により阻止されるので、バッファガスにより散乱しても、フィルタ３２１に到達することはない。
また、板３３１の開孔を通過した飛散粒子は、バッファガスにより散乱しながら進むので、その軌跡は直線ではなくなり、フィルタ３２１に向かうにつれて、最初の進行方向からずれていく。
【００３２】
そのため、板３３１の開孔を通過した飛散粒子でも、板３３２または板３３３の開孔を通過できないものがでてくる。従って、最終的にフィルタ３２１に到達する飛散粒子は、Ｘ線を取り出す範囲に相当する立体角領域において最初に発生する飛散粒子よりもかなり減少する。
飛散粒子阻止部材３３０の形状は、図３の例に限定されるものではなく、Ｘ線取り出し方向に放射されたＸ線の光路を遮ることなく、飛散粒子を効率よく阻止できるものであればよい。
【００３３】
例えば、図６に示すような中空の円錐台形状の飛散粒子阻止部材３４１としてもよい。或いは、飛散粒子阻止部材の微妙な位置合わせが困難である場合には、図７に示すように、１枚の板からなる飛散粒子阻止部材３５１としてもよく、この場合でも、飛散粒子が多い方向から散乱によってＸ線取り出し方向に向かってくる飛散粒子を飛散粒子阻止部材３５１により有効に阻止できる。
【００３４】
また、Ｘ線を取り出す範囲に相当する立体角領域内にあるＸ線の光路を多少は遮ることになるが、図８に示すように、Ｘ線光路上に非常に薄い複数の板からなる飛散粒子阻止部材８１１を光路に沿って設置することも有効である。
この場合、飛散粒子が立体角領域から出ないときでも、バッファガスによりその進行方向が少しでも変われば、飛散粒子阻止部材８１１に吸着される。
【００３５】
図８に示す飛散粒子阻止部材８１１を用いた場合に、クリティカル照明を行うと、照明ムラが発生するが、ケーラー照明を行うときやＸ線の総光量のみを対象とするとき（例えば、分析機器など）には、ごく僅かにＸ線量が低下するだけであり、実用上は問題がない。
飛散粒子阻止部材３３０、３４１、３５１、８１１は、飛散粒子を吸着しやすいように、表面を加工（例えば、つや消し加工）することが好ましい。また、飛散粒子阻止部材３３０、３４１、３５１、８１１を冷却する冷却手段をさらに設けると、該部材が飛散粒子を吸着しやすくなって、阻止効果が増大するので好ましい。
【００３６】
なお、標的部材の形状はテープ状に限定されるものではなく、例えば、板状やバルク状であってもよい。また、標的部材の材料もＴａに限定されるものではなく、Ａｌ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｐｂなどでもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のＸ線発生装置によれば、Ｘ線の取り出し方向について、不都合な飛散粒子の付着、堆積（飛散粒子阻止用薄膜や清浄光学面などへの付着、堆積）を低減できるので、その結果、長時間安定してＸ線発生装置を使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、プラズマ１０１から開口１０２を見込んだ立体角内の領域（Ｘ線を取り出す範囲に相当する立体角領域）１０３を示す斜視図（ａ）と概略断面図（ｂ）である。
【図２】は、飛散粒子阻止部材２０１を設けた場合における、プラズマ１０１から開口１０２を見込んだ立体角内の領域（Ｘ線を取り出す範囲に相当する立体角領域）１０５を示す斜視図（ａ）と概略断面図（ｂ）である。
【図３】は、実施例のＸ線発生装置の概略構成図である。
【図４】は、飛散粒子制御部材の一例であるアパーチャー４０１の概略断面図である。
【図５】は、飛散粒子量の角度分布を示すデータ図である。
【図６】は、中空の円錐台形状の飛散粒子阻止部材３４１を用いたときの実施例のＸ線発生装置の概略構成図である。
【図７】は、１枚の板からなる飛散粒子阻止部材３５１を用いたときの実施例のＸ線発生装置の概略構成図である。
【図８】は、Ｘ線光路上に設けた、非常に薄い複数の板からなる飛散粒子阻止部材８１１の概略断面図である。
【主要部分の符号の説明】
１０１・・・プラズマ
１０２・・・開口
１０３，１０５・・・取り出すＸ線が通過する領域（立体角領域）
１１０，１１１，１１２，１１３・・・飛散粒子の軌跡
２０１・・・飛散粒子阻止部材
３０３・・・標的部材
３０４・・・リール
３１１・・・ＹＡＧレーザー光（励起エネルギービームの一例）
３１２・・・集光レンズ
３２１・・・Ｘ線取り出しフィルター（飛散粒子阻止用薄膜）
３３０，３４１，３５１・・・飛散粒子阻止部材
３３１，３３２，３３３・・・開孔を有する板材（飛散粒子阻止部材３３０を構成する部材）
４０１・・・テープ押さえアパーチャー（飛散粒子制御部材の一例）
８０１・・・プラズマ
８０２・・・Ｘ線取り出しフィルター（飛散粒子阻止用薄膜）
８１１・・・飛散粒子阻止部材
以上

Claims

減圧された真空容器内の標的部材に励起エネルギービームを照射してプラズマを形成させ、該プラズマからＸ線を取り出すＸ線発生装置であり、バッファガスを用いることにより飛散粒子の阻止を図るＸ線発生装置において、
前記Ｘ線を取り出す範囲に相当する立体角領域の外側に、飛散粒子阻止用薄膜または清浄光学面を囲うように配置され、該立体角領域の外側に出た飛散粒子が再度該立体角領域内に進入するのを阻止できる形状を有する飛散粒子阻止部材を設けたことを特徴とするＸ線発生装置。
減圧された真空容器内の標的部材に励起エネルギービームを照射してプラズマを形成させ、該プラズマからＸ線を取り出すＸ線発生装置であり、バッファガスを用いることにより飛散粒子の阻止を図るＸ線発生装置において、
前記Ｘ線を取り出す範囲に相当する立体角領域内に、光路に沿って配置される薄板から構成された飛散粒子阻止部材を設けたことを特徴とするＸ線発生装置。
前記飛散粒子阻止部材を飛散粒子阻止用薄膜または清浄光学面を囲うように配置したことを特徴とする請求項２に記載のＸ線発生装置。
前記飛散粒子阻止部材の表面は飛散粒子を吸着しやすい加工が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＸ線発生装置。
前記飛散粒子阻止部材を冷却する冷却手段をさらに設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＸ線発生装置。
前記励起エネルギービームの前記標的部材上へ集光部分に隣接または近接させた 0.1 〜 3mm の最小開口径部と該最小開口径部に対する開き角が 60 〜 140 度である最大開口径部を有することにより、放出される飛散粒子の放出量の方向分布を制御し前記Ｘ線を取り出す方向への飛散粒子の放出量を低減させる飛散粒子制御部材を更に備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＸ線発生装置。
少なくとも２つの部材の間によって形成されてなるテーパー状の間隙であり、前記励起エネルギービームの前記標的部材上へ集光部分に隣接または近接させた該テーパー状の間隙が0.1〜3mmの最小間隙部と該最小間隙部に対する開き角が60〜140度である最大間隙部を有することにより、放出される飛散粒子の放出量の方向分布を制御し前記Ｘ線を取り出す方向への飛散粒子の放出量を低減させる飛散粒子制御部材を更に備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＸ線発生装置。
前記飛散粒子制御部材に用いる材料としてタンタル、タングステン、ダイヤモンド、セラミックのいずれかを用いることを特徴とする請求項６または７に記載のＸ線発生装置。
前記標的材料に、タンタル、アルミニウム、錫、亜鉛、鉛のいずれかを用いることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のＸ線発生装置。
ケーラー照明を用いる光学系に請求項１〜９のいずれか一項に記載のＸ線発生装置を用いることを特徴とするＸ線露光装置。