JPH09320793A

JPH09320793A - Ｘ線発生装置及びｘ線装置

Info

Publication number: JPH09320793A
Application number: JP8132409A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Kamitaka; 典明神高; Hiroyuki Kondo; 洋行近藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-27
Filing date: 1996-05-27
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｘ線強度変動を解消または抑制し、Ｘ線強度
を安定化させたプラズマＸ線源を用いた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励起
エネルギービーム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１０３形成のための励起エネルギービーム１０２
照射を行う前に、該励起エネルギービーム１０２の前記
標的部材１１１への照射予定位置に、或いは該照射予定
位置を含む領域に、前記プラズマ１０３形成のための励
起エネルギービーム１０２照射よりも低エネルギーまた
は低エネルギー密度の励起エネルギービーム１０１照射
を予め行う機構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線装置に用いて好適な
Ｘ線発生装置と、該Ｘ線発生装置を備えた前記Ｘ線装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線顕微鏡、Ｘ線露光装置、Ｘ線分析装
置などのＸ線装置のＸ線源として一般に用いられている
Ｘ線発生装置には、シンクロトロン放射光の他に、粒子
線を標的（ターゲット）部材に衝突させてＸ線を発生さ
せるＸ線管や、標的部材を放電や励起エネルギービーム
（例えば、レーザー）照射によりプラズマ化させてＸ線
を発生させるプラズマＸ線源（例えば、レーザープラズ
マＸ線源）等がある。

【０００３】このうち、プラズマＸ線源においては、励
起エネルギービーム（例えば、レーザー光）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。このプラ
ズマＸ線源は、前記Ｘ線管よりも高輝度のＸ線を発生可
能であり、しかも前記シンクロトロン放射光よりも極め
て小型化できるＸ線発生装置のＸ線源として期待されて
いる。

【０００４】一般にＸ線源は、その強度に対する安定性
が求められ、前記のプラズマをＸ線源として用いる場合
にも、Ｘ線強度は安定していた方が好ましい。例えば、
Ｘ線顕微鏡では、観察試料を照明するＸ線の強度が一定
であることが像観察の上で好ましく、Ｘ線分析装置で
は、正確な分析を行う上で照射するＸ線の強度が一定で
あることが望まれる。

【０００５】さらに、Ｘ線露光装置により微細加工をお
こなう場合には、Ｘ線露光量を一定に保持しないと加工
の信頼性が低下するので、Ｘ線強度が一定であることが
好ましい。現在のところ、Ｘ線源からのＸ線強度を制御
する方法として、プラズマを励起するエネルギービーム
の強度を制御する方法が用いられている。

【０００６】また、Ｘ線の照射量を問題とする場合に
は、実際に発生したＸ線量を検出器で検出し、Ｘ線量を
モニターしながらＸ線照射量が所定値となるように、Ｘ
線強度（即ち、励起エネルギービームの強度）、照射時
間及び照射回数を制御して照射を行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記プラズマＸ線源に
おいて、エネルギービームを照射する標的部材の厚さ
は、厚くても薄くても大差がなく、例えば、タンタルを
標的部材として用いた場合、標的部材の厚さが１００μ
ｍでも１μｍでも輻射されるＸ線の強度は略同じであ
る。

【０００８】このことは、「標的部材表面または表層
（タンタルの場合には、最表面からの厚さが１μｍ以下
の層）の部分がプラズマの形成、ひいてはＸ線の輻射に
関与していること」と、「表面または表層のわずかな汚
れ、不純物等の存在が形成されるプラズマ及び輻射され
るＸ線強度に影響を与えて変動させること」を示してい
る。

【０００９】しかしながら、標的部材表面の汚れなどに
よるＸ線強度変動の程度は、現在のところ実際にＸ線を
発生させてみなければわからず、言い換えると、発生す
るＸ線の強度はある程度の範囲でしか予測できず、実際
に発生させてみるまでは不確定な要素を含んでいる。そ
のため、前記プラズマを励起するエネルギービームの強
度を制御して行うＸ線強度の制御方法では、Ｘ線強度変
動を解決することができないという問題点があった。

【００１０】そして、プラズマＸ線源にＸ線強度変動が
あるために、従来のプラズマＸ線源をＸ線発生装置とし
た場合、Ｘ線顕微鏡では、像観察が困難となり、またＸ
線分析装置では、正確な分析を行うことが困難であると
いう問題点があった。さらに、Ｘ線露光装置により微細
加工をおこなう場合には、Ｘ線露光量を一定に保持する
ためには、実際に発生したＸ線量を検出器で検出し、か
つＸ線量をモニターしながらＸ線照射量が所定値となる
ように、Ｘ線強度（即ち、励起エネルギービームの強
度）、照射時間及び照射回数を制御して照射を行うとい
う煩雑な制御が必要であるという問題点があった。

【００１１】しかも、かかる煩雑な制御を行ったとして
も、プラズマＸ線源に強度変動があり発生するＸ線強度
を正確に予測できないために、必ずしも照射量が所定値
となるとは限らないという問題点があった。本発明は、
かかる問題点に鑑みてなされたものであり、Ｘ線強度変
動を解消または抑制し、Ｘ線強度を安定化させたプラズ
マＸ線源を用いたＸ線発生装置を提供することを目的と
する。

【００１２】また、本発明は、Ｘ線強度が安定化され、
またＸ線強度の高精度調節が可能なプラズマＸ線源を有
するＸ線発生装置を備えたＸ線顕微鏡、Ｘ線分析装置、
Ｘ線露光装置などのＸ線装置であり、像観察が容易なＸ
線顕微鏡、容易に正確な分析ができるＸ線分析装置、Ｘ
線露光量を容易に一定保持できるＸ線露光装置などのＸ
線装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【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励起エネルギー
ビーム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、前記プラズマ形成
のための励起エネルギービーム照射を行う前に、該励起
エネルギービームの前記標的部材への照射予定位置に、
或いは該照射予定位置を含む領域に、前記プラズマ形成
のための励起エネルギービーム照射よりも低エネルギー
または低エネルギー密度の励起エネルギービーム照射を
予め行う機構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。

【００１４】また、本発明は第二に「前記標的部材への
前記低エネルギーまたは低エネルギー密度の励起エネル
ギービームは、前記標的部材の表面または表層に存在す
る、汚れ、不純物、または前記プラズマから取り出すＸ
線の強度を変動させる物質を除去するエネルギーまたは
エネルギー密度を有することを特徴とする請求項１記載
のＸ線発生装置（請求項２）」を提供する。

【００１５】また、本発明は第三に「前記プラズマ形成
のための励起エネルギービームと前記低エネルギーまた
は低エネルギー密度の励起エネルギービームとが同一の
励起エネルギービーム源から出射されるようにしたこと
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「前記励
起エネルギービームの照射面積を変更する機構をさらに
設けた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。

【００１６】また、本発明は第五に「前記励起エネルギ
ービームの照射位置または照射領域を変更する機構をさ
らに設けたことを特徴とする請求項１〜４記載のＸ線発
生装置（請求項５）」を提供する。また、本発明は第六
に「前記プラズマから取り出すＸ線の強度を検出するＸ
線強度検出機構をさらに設けたことを特徴とする請求項
１〜５記載のＸ線発生装置（請求項６）」を提供する。

【００１７】また、本発明は第七に「請求項１〜６記載
のＸ線発生装置を備えたＸ線顕微鏡、Ｘ線分析装置、Ｘ
線露光装置などのＸ線装置（請求項７）」を提供する。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明のプラズマＸ線源を用いた
Ｘ線発生装置では、プラズマ形成のための励起エネルギ
ービーム照射を標的部材に対して行う前に、該励起エネ
ルギービームの前記標的部材への照射予定位置に、或い
は該照射予定位置を含む領域に、前記プラズマ形成のた
めの励起エネルギービーム照射よりも低エネルギーまた
は低エネルギー密度の励起エネルギービーム照射を予め
行う機構を設けている。

【００１９】例えば、図１に示すように、減圧された真
空容器内で矢印の方向に移動するターゲット材（標的部
材の一例）１１１の表面に、プラズマは発生させない
が、レーザーアブレーションが起こる程度の強度密度に
なるように集光したパルスレーザー光（プラズマ形成の
ための励起エネルギービーム照射よりも低エネルギー密
度の励起エネルギービームの一例）１０１を照射する。

【００２０】その後、ターゲット材１１１を移動させ、
ターゲット材表面の前記レーザー光１０１が照射された
部分が励起レーザー光（プラズマ形成のための励起エネ
ルギービームの一例）１０２の集光位置に来るようにし
た後、励起レーザー光１０２を発振させてプラズマ１０
３を発生させると、常にレーザーアブレーションにより
表面の汚れが除去された部分にプラズマが発生する。

【００２１】即ち、本発明の一例である図１のＸ線発生
装置では、プラズマ１０２が常に、レーザーアブレーシ
ョンにより汚れが除去されたターゲット材表面部分にお
いて生成されるため、発生するプラズマ１０３は汚れの
影響を受けない。そのため、図１のＸ線発生装置では、
同じエネルギーのレーザー光で複数回プラズマを励起し
た場合、汚れを取り除かない場合と比べると安定した均
一な強度のＸ線を得ることができる。

【００２２】ところで、励起レーザー光の強度を制御す
ることにより、取り出す（発生させる）Ｘ線の強度を制
御しようとする場合、ターゲット材表面の汚れの影響が
除去できなければ、高い精度でＸ線強度を制御すること
はできない。そこで、図１のＸ線発生装置のように、レ
ーザーアブレーションによりターゲット表面の汚れをあ
らかじめ除去すれば、発生するＸ線の強度を励起レーザ
ーの強度により精度良く調節できる。

【００２３】このように、本発明のＸ線装置によれば、
プラズマ形成のための励起エネルギービーム照射よりも
低エネルギーまたは低エネルギー密度の励起エネルギー
ビーム照射を予め行う機構により標的部材表面の汚れを
除去することで、Ｘ線強度の変動を解消または抑制し、
Ｘ線強度を安定化させることができる。そして、Ｘ線強
度の調節を高い精度で行うことができる。

【００２４】本発明にかかる前記標的部材への前記低エ
ネルギーまたは低エネルギー密度の励起エネルギービー
ム照射は、前記標的部材の表面または表層に存在する、
汚れ、不純物、または前記プラズマから取り出すＸ線の
強度を変動させる物質を除去するエネルギーまたはエネ
ルギー密度を有することが好ましい（請求項２）。かか
る構成にすることにより、プラズマから取り出すＸ線の
強度をさらに安定化させることができる。

【００２５】本発明のＸ線発生装置は、前記プラズマ形
成のための励起エネルギービームと前記低エネルギーま
たは低エネルギー密度の励起エネルギービームとが同一
の励起エネルギービーム源から出射されるようにする
と、装置を小型化、低価格化できるので好ましい（請求
項３）。本発明のＸ線発生装置では、前記励起エネルギ
ービームの照射面積を変更する機構をさらに設けること
が好ましい（請求項４）。

【００２６】かかる構成にすることにより、異なる材料
の標的部材を目的に合わせてそれぞれ使用する場合で
も、各材料の標的部材に照射する励起エネルギービーム
が、(1) プラズマを形成できる程度の強度密度となるよ
うに、(2) 標的部材表面の汚れを除去できる程度の強度
密度となるように、或いは(3) 標的部材の表面または表
層に存在する、汚れ、不純物、または前記プラズマから
取り出すＸ線の強度を変動させる物質を除去できる程度
の強度密度となるように、それぞれ照射面積を調整する
ことができる。

【００２７】また、Ｘ線強度変動の抑制効果が小さいこ
とが判ったときに、照射面積を調整することで抑制効果
の増大化を図ることができる。本発明のＸ線発生装置で
は、前記励起エネルギービームの照射位置または照射領
域を変更する機構をさらに設けることが好ましい（請求
項５）。かかる構成にして、標的部材への照射位置また
は照射領域を変更することで、標的部材を交換すること
なく、繰り返し使用することができる。そして、その結
果、Ｘ線発生装置の連続使用時間、またはメンテナンス
フリーの時間を増大することができる。

【００２８】また、Ｘ線強度変動の抑制効果が小さいこ
とが判ったときに、照射位置または照射領域を変更する
ことにより、抑制効果の増大化を図ることができる。本
発明のＸ線発生装置では、前記プラズマから取り出すＸ
線の強度を検出するＸ線強度検出機構をさらに設けるこ
とが好ましい（請求項６）。かかる構成にすることによ
り、プラズマから取り出すＸ線の強度変動があった場合
にその変動をリアルタイムで検知して、標的部材への励
起エネルギービーム照射（プラズマ形成用及び／または
Ｘ線の強度変動防止用）にかかる、(1) 照射強度または
その強度密度を調整することにより、(2) 照射面積を変
更することにより、或いは、(3) 照射位置または照射領
域を変更することにより、Ｘ線強度の変動を解消または
抑制し、Ｘ線強度を確実に安定化させることができる。
そして、Ｘ線強度の調節を確実に高い精度で行うことが
できる。

【００２９】なお、標的部材に照射する励起エネルギー
ビーム（プラズマ形成用及び／またはＸ線の強度変動防
止用）の強度を検出する励起エネルギービーム検出機構
を設けることが好ましい。かかる励起エネルギービーム
の検出機構を設けると、Ｘ線の強度変動の発生が(a) プ
ラズマ形成用の励起エネルギービームの強度低下または
その強度密度の低下によるものか、(b) Ｘ線の強度変動
を防止するための励起エネルギービームの強度低下によ
るものか、或いは、(c) Ｘ線の強度変動を防止するため
の励起エネルギービームの照射面積、照射位置、または
照射領域が不適切であることによるものか、を区別でき
る。

【００３０】そして、(a) の場合には、プラズマ形成用
励起エネルギービームの強度またはその強度密度を増大
させることにより、(b) の場合には、Ｘ線の強度変動を
防止するための励起エネルギービームの強度またはその
強度密度を増大させることにより、或いは、(c) の場合
には、Ｘ線の強度変動を防止するための励起エネルギー
ビームの照射面積、照射位置、または照射領域を変更す
ることにより、Ｘ線強度をより確実に安定化させること
ができる。そして、Ｘ線強度の調節をより確実に高い精
度で行うことができる。

【００３１】尚、(a) 、(b) 、(c) の各状況に応じて、
Ｘ線強度検出機構により検出されるＸ線強度が回復する
まで、(a) 、(b) 、(c) の各動作を継続することは言う
までもない。Ｘ線強度が安定化され、またＸ線強度の高
精度調節が可能なプラズマＸ線源を有する本発明にかか
るＸ線発生装置を備えたＸ線装置は、例えば像観察が容
易なＸ線顕微鏡、容易に正確な分析ができるＸ線分析装
置、Ｘ線露光量を容易に一定保持できるＸ線露光装置な
どのＸ線装置として各特徴を生かして使用できる（請求
項７）。

【００３２】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に
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。

【００３３】

【実施例】図２に標的部材としてテープ状のタンタルを
用いる本実施例のＸ線発生装置の概略部分構成図を示
す。ＹＡＧレーザー光（プラズマ形成用の励起エネルギ
ービームよりも低エネルギーまたは低エネルギー密度の
励起エネルギービームの一例）２０１とＹＡＧレーザー
光（プラズマ形成用の励起エネルギービームの一例）２
０２とが、それぞれ集光レンズ２３５により集光されな
がら入射窓２３２を透過して、真空容器２３４内に入射
する。

【００３４】ＹＡＧレーザー光２０１は集光されること
により、タンタルターゲット（標的部材の一例）２１１
の表面でレーザーアブレーションを起こす程度の強度密
度になっている。そして、このレーザーアブレーション
により標的部材表面の汚れが除去される。また、ＹＡＧ
レーザー光２０２は、前記レーザーアブレーションによ
り表面の汚れが除去されたタンタルターゲットの表面に
集光されてプラズマ２０３を形成する。

【００３５】タンタルターゲット２１１は厚さ１５μｍ
のテープ形状であり、テープ上の同じ位置にレーザー光
が繰り返し集光されることのないように、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２１２及びピンチローラー２１３を回転させてタ
ンタルテープを移動させている。タンタルテープの移動
速度は、一つのプラズマが生成されてから次のプラズマ
を生成するためのレーザー光が入射するまでに、プラズ
マの発生によりタンタルテープに生ずる孔の直径分以上
にテープが移動する速度であり、かつ、ＹＡＧレーザー
光２０２が集光される位置が、すでにＹＡＧレーザー光
２０１により照射されたターゲット領域（前記レーザー
アブレーションにより表面の汚れが除去されたターゲッ
ト領域）に含まれるようになる速度である。

【００３６】タンタルターゲット２１１上にＹＡＧレー
ザー２０２は４５度の入射角で入射、集光され、生成し
たプラズマ２０３から発生したＸ線２０４は、ＹＡＧレ
ーザー２０２とは反対側の４５度の方向に設けられたＸ
線取り出し窓２３１からＸ線光学系へと導かれる。本実
施例では、励起用ＹＡＧレーザー２０２の入射角とＸ線
２０４の取り出し角を共に４５度にとったが、この角度
に限定されるものではない。

【００３７】本実施例では、ターゲット表面の汚れを除
去するために照射するレーザー光をＹＡＧレーザー光と
したが、これに限定するものではなく、エキシマレーザ
ー等、他のレーザー光でもよい。本実施例では、テープ
ターゲットの移動方向を一方向としてレーザーアブレー
ションが行われるターゲット上の位置を１箇所とした
が、テープターゲット２１１の移動方向を双方向とし、
プラズマ発生位置の左右２箇所のターゲット上で切り替
えてレーザーアブレーションを行うか、或いは、同時に
行うようにしてもよい。

【００３８】本実施例では、アブレーションにより汚れ
を除去するＹＡＧレーザー光２０１の光源をプラズマを
励起するＹＡＧレーザー光２０２とは違う光源とした
が、ビームスプリッターまたはミラーにより励起レーザ
ー光２０２の一部、または全部を取り出してアブレーシ
ョンを行うことで、レーザー光源を一つにすることもで
きる。

【００３９】なお、励起レーザー光２０２の一部、また
は全部を取り出してアブレーションを行う場合には、タ
ーゲット２１１上における照射面積をプラズマ形成のた
めの照射にかかる照射面積よりも大きくすることで、プ
ラズマ形成時よりも照射のエネルギー密度を低減し、ア
ブレーションが起こる程度のレーザー光強度密度とする
ことができる。

【００４０】本実施例では、ターゲット形状はテープ状
であるが、この他、円柱状、板状等の形状でもよい。ま
た、本実施例では、真空容器内でターゲットを連続的に
移動させ、レーザーアブレーションによりターゲット表
面を清浄にするためのレーザー光照射位置（真空容器内
位置）と、プラズマを発生させるためのレーザー光照射
位置（真空容器内位置）とは別々となっている。

【００４１】しかし、これに限定されるものではなく、
ターゲットを間欠的に移動させ、アブレーションを行う
レーザー光とプラズマを励起するレーザー光を時間的に
ずらすことにより、アブレーションを行うレーザー光の
照射位置とプラズマを励起するレーザー光の照射位置を
真空容器内の同一位置または領域としてもよい。本実施
例では、標的部材表面のプラズマが生成される部分の汚
れをレーザーアブレーションにより予め取り除くこと
で、Ｘ線強度の変動を解消または抑制し、Ｘ線強度を安
定化させることができる。そして、Ｘ線強度の調節を高
い精度で行うことができる。

【００４２】即ち、本実施例のＸ線発生装置によれば、
励起レーザー光のエネルギーが一定であれば、Ｘ線の強
度を一定に保つことが可能であり、また、励起レーザー
のエネルギーを制御することにより発生するＸ線の強度
も精度よく制御することができる。

【００４３】

【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、Ｘ線強度の変動を解消または抑制し、
Ｘ線強度を安定化させることができる。そして、Ｘ線強
度の調節を高い精度で行うことができる。また、本発明
のＸ線装置によれば、Ｘ線強度が安定化され、またＸ線
強度の高精度調節が可能なプラズマＸ線源を有するＸ線
発生装置を備え、像観察が容易なＸ線顕微鏡、容易に正
確な分析ができるＸ線分析装置、Ｘ線露光量を容易に一
定保持できるＸ線露光装置などのＸ線装置として各特徴
を生かすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、ターゲット材（標的部材）１１１表面上に
おけるプラズマ生成用レーザ光１０２の照射予定位置に
予め、エネルギーまたはエネルギー密度を下げたレーザ
ー光１０１を照射する構成を有するＸ線発生装置（一
例）の概略部分構成図である。

【図２】は、実施例のＸ線発生装置の概略部分構成図で
ある。

【符号の説明】

１０１，２０１レーザー光（プラズマ形成用の励起エ
ネルギービームよりも低エネルギーまたは低エネルギー
密度の励起エネルギービームの一例）１０２，２０２励起レーザー光（プラズマ形成用の励
起エネルギービームの一例）１０３，２０３プラズマ１０４，２０４Ｘ線１１１，２１１ターゲット材（標的部材の一例）１３１，２３１Ｘ線取り出し窓２１２リール２１３ピンチローラー２３２レーザー光入射窓２３４真空容器２３５集光レンズ以上

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励起
エネルギービーム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、前記プラズマ形成のための励起エネルギービーム照射を
行う前に、該励起エネルギービームの前記標的部材への
照射予定位置に、或いは該照射予定位置を含む領域に、
前記プラズマ形成のための励起エネルギービーム照射よ
りも低エネルギーまたは低エネルギー密度の励起エネル
ギービーム照射を予め行う機構を設けたことを特徴とす
るＸ線発生装置。
【請求項２】前記標的部材への前記低エネルギーまた
は低エネルギー密度の励起エネルギービームは、前記標
的部材の表面または表層に存在する、汚れ、不純物、ま
たは前記プラズマから取り出すＸ線の強度を変動させる
物質を除去するエネルギーまたはエネルギー密度を有す
ることを特徴とする請求項１記載のＸ線発生装置。
【請求項３】前記プラズマ形成のための励起エネルギ
ービームと前記低エネルギーまたは低エネルギー密度の
励起エネルギービームとが同一の励起エネルギービーム
源から出射されるようにし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】前記励起エネルギービームの照射面積を
変更する機構をさらに設けた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５】前記励起エネルギービームの照射位置ま
たは照射領域を変更する機構をさらに設けたことを特徴
とする請求項１〜４記載のＸ線発生装置。
【請求項６】前記プラズマから取り出すＸ線の強度を
検出するＸ線強度検出機構をさらに設けたことを特徴と
する請求項１〜５記載のＸ線発生装置。
【請求項７】請求項１〜６記載のＸ線発生装置を備え
たＸ線顕微鏡、Ｘ線分析装置、Ｘ線露光装置などのＸ線
装置。