JPS6074335A - 円筒形プラズマ圧縮を用いた軟ｘ線源 - 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】 本発明は、シートをｐ】発させることによって得だ円筒
形プラズマの圧縮を用いる強い軟Ｘ線源に係るものであ
る。

本発明が係っているプラズマは濃いホットプラズマであ
る。それらの領′子密贋は約１０１Ｂ１０１Ｂ　を超え
ておシ、またそれらの電子温度は数百電子ボルトから数
キロ電子ボルトの範囲である。

これらのプラズマは弦い軟Ｘ線の源とすることが可能で
あり、他のＸ線源と対比した場合次のような数々の長所
を有している。即ち、 ξ低価格であること。

ξχ線放射の使用点にそれらを位置ぎめできるほどそれ
らの綜合的なディメンションが充分に小さいこと。

ξ使用及び保守が容易であること。

ξエネルギ効率が高いこと。

等である０ これらの長所のために、これらの源はマイクロリトグラ
フィに適しており、また高速Ｘ線顕微鏡の分野にも有用
である。

これらの源の若干は円筒形プラズマ圧縮を用いておシ、
これらは「ライナ」と呼ばれることがある０ この公知の手順は、マイクロリトグラフ応用において産
業的に生産されているデバイスに既に適用されている。

例えば、／９ｇ’／年／／月／／、２月のジャーナル・
オブ・サイエンス・テクノロジ、ｉｑ、ｌｌの／／９０
乃至／／９３ページに所１１１７のＪ−３，ｉＲ−ルマ
、ン及びＪ、Ｃ，リオーダンの論文「パルス化プラズマ
源を用いたＸ線リトグラフィ」には、中空陰極を通して
陽極方向に円筒形−で（音波プラズマジェットを発生さ
せるだめの手段を本）ｔ４的に備えている欲Ｘ線源が記
述されている。陰極と陽極との間は、予め高電圧源によ
って光重１されているコンデンサバンクを通して散布：
回路にＪ’Ｖ　ｋ？ｊｒ。

されている。これらのコンデンサがプラズマジェットを
通して放電中、プラズマノェノ８２４円油形に圧縮され
、それから４り×線放出が得られる。

このような源は、／りｇ／年のジャーナル「ｓｐ＋　Ｅ
」（ソサエティ・オブ・フォトオプティカル・インスツ
ルメンテーション・エンジニアズ）第３／乙巻、高解像
力軟Ｘ線光学の／９乙乃至２０．２頁に所載のＲ，Ａ、
グチニック及びＪ、Ｊ、マーレイの論文「Ｘ線顕微釧用
の強いプラズマ源」にも記述されている。この論文には
、導体ワイヤーのリングを用いた源も記述されてお如、
円筒形圧縮を生せしめる爆発がこのリングに発生するよ
うになっている。

これらの源において得られるプラズマの温度及び密度は
、次のλつの物理現象によって本質的に制限される。

ξ圧縮されたプラズマ内に発生する磁気流体力学的不安
定性：この不安定性の発展を不可能ならしめるために超
高速高電圧発生器の使用が必要となり、源の性能を限定
する本質的なパラメータは王権すべきプラズマの初期均
質性である。

ξ圧縮は、圧縮されるシリンダ内のガスの存在によって
制限され、これが得られる帰路温度及び密開を低下させ
る。

これらλつの制限は、前述の公知デバイスでは重要であ
る。超音波ガスジェットにより発生するプラズマは比較
的良好な均負性を有しているが、超音波ジェットと壁、
電極等との間の相互作用がジェット内に衝撃波を生じさ
せ、これが圧縮される円筒形内にガスを導入するように
なる。ワイヤーの爆発によって生ずるプラズマは並みの
均質性を有しており、またパワーレベルが大きくない機
器に対しては不適当である。

本発明の目的は、特別なプラズマジェット発生手段によ
ってこれらの欠陥を排除することである。

本発明によれば、容易に圧縮可能な固体旧科のシートを
爆発させてプラズマジェットを発生きせる。シートの爆
発は極めて低いインダクタンスの伝送ラインにまたがる
コンデンサバンクの急速放電によって発生させている。

爆発によって生じたプラズマは、半径方向電流とそれに
伴なう方位角磁場による電気力学的な力によって加速さ
れる。

このプラズマはプラズマに円筒形の形状を与える領域を
通過し、次でありふれたパルス化１（（、気４７．−”
器の＠極間間隙に涛入される。

本発明によるデバイスによって得られるプラズマは、以
下の理由から先行技術手段によって得られる超音波プラ
ズマ・シェツトよりも軟Ｘ線の発生に遥かに良く適合し
ている。先行技術デバイスでは、ジェットを得るだめの
手段が高速弁、即ち機械的手段である。その開きは瞬時
的ではなく、発生するプラズマジェットは漸進的に変化
する特性を有している。即ち、プラズマの密度は時間の
関数としてほぼ線形に増加する。プラズマジェットの内
破を生せしめる放電を制御する前に、プラズマジェット
が最適密度に到達するのを待機する必要がある。実際に
これらの機器では、主放電を大よそ／ミリ秒遅らせるの
が普通である。この時間に発生した全てのイオンは失な
われ、太きい乱れ（１”Ａ波、円筒内のガス等）が発達
するだめの時間が充分に存在することは明白である。

これらの欠陥は本発明による手段によってｖＬ除される
。即ち、プラズマジェットは機械的な力によってではな
く、最かに効率の高い電気力学的な力によって発生させ
るので、プラズマ円筒ッ）　ｒ；ｔ／マイクロ秒以下の
時間内に圧縮が発生し得るような必要特性を持つように
なる。

以下に添附図面を参照して本発明の実施例を把。

明する。

第１図に示すデバイスは軟Ｘｉ源であって、１％ｊ極１
０及び陰極１２を含み、これらの霜〕極間に円筒形プラ
ズマジェット１４が形成されるのである。

このプラズマは・ぐルス化高電圧発生器２ｏによって生
ずる放電の効果によって圧縮される。プラズマジェット
発生手段の詳細は第一図に示しである。

この手段はλつの導体を有するフラットライン２２に接
続され、ライン２２に汀スノや一りギャッグ２４が設け
られている。ライン２２はコンテ′ンサパンク２６に接
続されており、これらのコンデンサは高電圧源２８によ
って充電される。

第一図はプラズマジェット形成手段を図式的に示すもの
である。図示のように、゛この手段は中心円筒形電極３
ｏと中空管の形状の電極３４とを含んでおシ、これらは
Ωつの同軸■１極をなしている。

円筒形電極３０は、フラットライン２２に属していて高
電圧を供給する＠３２に接続されており、一方中空篭極
３４は別の板３６（これは例えば接地されている）に接
続されている。これらの電極３０及び３４の端に部品３
０′　及び３４′　によってシート４０が係合している
。シートを燭光させる電流は周縁から中心に向って流れ
る。プラズマはシートが爆発する際にシートの画伯に発
生する。

このプラズマ１は、電流によって生ずる方位角的磁気８
導ず及び速度Ｖでのイオンの変位のセクションによるラ
プラスカＦ二ＢへＶを受ける。従って、プラズマ１４は
陰極１２（第一図には示して々い）の方向に放射される
。

以上のようにして発生させたプラズマは高密度で、冷た
い。プラズマジェットは例えばマーシャルガンによって
加速されて電極間間隙へ突入し、一方圧縮されるプラズ
マ円筒の外径を制限するリング３４’　によってストリ
ップを受ける。もしプラズマを圧鰯する発生器２ｏが接
続されていなければ、プラズマは仮器の陰極に衝突して
リング状に凝集する。このリングのディメンションはジ
ェットを限定する円形開口（部品３０’と３４′　との
間のリング）のディメンションに極めて近い。このリン
グ内に沈積する材料のツケはシートの４ｔ、ｊ　、’ｒ
（Ｘ　１７）の２０％を超え、これは発生させたプラズ
マ円ＱＣｓの質を表わしている。プラズマはそのｔ１５
ｚ’　Ｉｆ！ζ中に２１、速に再結合するが、ノやルス
化発生器がら高声Ｆ（１・ぐルスが到達する場合には／
ナノ秒以下のＨｌ：ｉ開山に再電離する。

第２図において、リング３４′　及び部品３０’はプラ
ズマジェットに円筒形の形状を与えるものである。しか
し、この目的のため妬は他の手段′も使用できることは
当然であり、第３図に別の例４示す０第３図の円筒形ウ
ェッ−）４２はシートの周縁を電極３４に固定するため
のものであり、ｌ’、ＬＩ役４４の円形開口４６は円筒
形部品３０’　と共にプラズマジェットに円筒形の形状
を与えるための円形スロットを限定している。

第７図はΩつの電極３ｏ及び３４の笑が９例のｉｉ７細
を示すものであり、これらの妬′、極は絶６１月日ＩＪ
ｆに）３５によって分離されている。これらの電極は材
料の存在しない空洞３７が得られるように加工されてお
シ、爆発させるシートは電極の前面に係合させる。

特定例では、コンデンサパンク２６は並列接続した。２
個のクナノ７７ラドのコンデンサからなっているＯエネ
ルギはフラットラインの援助によシ誘電体の表面上のス
ライディング放電を用いて伝達する。この組立体は２０
ＲＶに充電し、約７０ミクロン厚のアルミニウムシート
内へ約ｇｏθナノ秒で放電させる。コンデンサバンク、
ライン、スパークギャップ及びシート保持具によって形
成される組立体は、急速放電を可能ならしめるように約
２０ナノへンリの限定されたインダクタンスを鳴してい
る。

実験及び測定によれば、陰極に衝突後はアールミ、ニウ
ムプラズマ円筒は全く穿である。これらの衝突のディメ
ンションを測定した結果内径は２０間に近く、また外径
ｉｌ″ｌ：ｆラズマが電極間間隔に入る時にプラズマを
ス）　ＩＪツブする円板の直径である、２．２ｍｍを殆
んど趨えていないことが解った。

シートを形成するには種々の材料を用いることができる
。先ず、電流を通過させ得る簡単な材料、即ち金属から
なっていてよく、ジュール効果による加熱が実現不能な
ほどのエネルギレベルを必９としないように固有抵抗が
低過ぎないものが優先される。このような好ましい材料
は錫或け＜ｅｐ　、　；Ｉｆ；びにアルミニウム、タン
グステン、鉄、ステンレス鋼、金等である。固有抵抗の
低い全綱はどシートを薄クシなければならない。しかし
、’Ｉ′＋（’ｉＩ５ワイヤー技術の場合のように耐熱
材料も使用することが可能である。

材料を選択する上での本仙的な基準はその胡果性、即ち
プラズマを発達させるエンクローツヤの壁に固体形状で
沈積される能力である０１・ｉｉｆ効公がプラズマを殆
んど或は全く妨害しないように、艮好な凝集をしなけれ
ばならないＯこの件Ｋ　Ｉｅ！　してセシウムのような
極めて凝集性のある月利が特に適していることを見出し
た。

７つ以上の材料からな７１１′４ｉ合組成をシートとし
て用いることも可能である。例えば、空隙位置内にセシ
ウムを含んでいる薄い黒鉛を用いることができる。乙の
ようなボデーにおいては各黒鉛原子毎に約／左のセシウ
ム原子が存在することが知られているので、真のセシウ
ムシートと等価なシートが得られる。

シートは、一つの異なる材料のシートを用いてその４１
１４造を複合とすることも可能である。例えば、タング
ステンシートをポリエチレンのようなプラスチック材料
のシートによって粉うことができる。

タングステンは半径方向の放電を可能とし、プラスチッ
クを含むシートを爆発させる。その結果生じたプラズマ
は重イオン（％定的にはタングステン）と軽イオン（特
足的には水素及び炭素）の両方を含んでいる。タングス
テンイオンは水素及び炭素イオンよりも遥かに重いから
、爆発したシートからある距離においては水素及び炭素
プラズマが極めて急速に存在するようになる。

従って、これらの相合シートを用いると、組成がある時
間に亘って発展するようなプラズマジェットを形成させ
ることが可能である。このようなプラズマの本質の変化
のために、あるス波りトルをカバーする軟Ｘ線を得るこ
とができる。

シートは、一枚の間隔をおいたシートで形成させ、両シ
ート間の容積内にガスを光力σすることも可能である。

例えば、それぞれ２μｍ厚の一枚のアルミニウムシート
を／朋の間隔で配すメイ゛シ、この間隙の中に例えばア
ルコゝンのようなガスを充１＋’ｌｔすれば、アルゴン
プラズマを得ることができる。

シートを形成するための材料の選択が広範囲に亘ってい
ることが明白であろう。同蜘１市５悼及びジェットの形
状を制限する部品は黒鉛で作ることができる。

本発明による源及び先行技術によるり♀、の両者共、Ｘ
線は半径方向及び軸方向の両方に放出さｔする。

軸方向に放射することが好ましいが、これは１１；に竹
７に中央開口を設けなければならないことをぶｔ昧して
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による源の概−２２図であり、第−図は
シートの爆発によってプラズマを形成させるだめの手段
の断面図であり、 第３図はプラズマジェットに円筒形の形状を与えること
ができるようにする手段の実施例であり、そして 第り図はシートに接続される電極の考え得る形状を示す
ものである。 １０・・・・・・陽極、１２・・・・・・陰極、１４・
・・・・・プラズマジェット、２０・・・・・・パルス
化高電圧発生器、２２・・・・・・フラットライン、２
４・・・・・・スパークギャップ、２６・・・・・・コ
ンデンサバンク、２８・・・・・・筒′重圧源、３０・
・・・・・円筒形電極、３０’、３４’、４６・・・・
・・円筒形状付与手段、３２．３６・・・・・・板、３
４・・・・・・中空電極、３５・・・・・・絶縁用円筒
、３７・・・・・・空洞、４０・・・・・・シート、４
２・・・・・・円筒形ウェッジ、４４・・・・・・円板
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　パルス化高電圧発生器に接続されている陰極と陽極
   との間に円筒形プラズマジェットを発生させる手段を具
   備する強い軟Ｘ線源であって、前記プラズマジェット発
   生手段が、 充電電圧源と、ドリッピング手段を設けである伝送ライ
   ンとに接続され、急速放電を可能ならしめるようにこれ
   らの成分と共に極めて低いインピーダンスを有する組立
   体を形成しているコンデンサパンク、 周縁部分によって前記ラインの導体の一方に接続され、
   また中央部分によって他方の導体に接続されていて、前
   記ドリッピング手段が導通すると半径方向に放電が発生
   できるようになり、曝光によってプラズマジェットを発
   生する固体材料のシート、及び 前記プラズマジェットに円筒形の形状を与える手段 を備えていることを６特徴とする源。 コ　前記シートが金属製であることを特徴とする特許請
   求の範囲／に記載の源。 ３　前記シートが複合体であり、少なくともλつの異な
   る材料を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲／
   に記載の源。 ダ　前記シートが、ガス充填容積を限定しているλつの
   間隔をおいたシートからなっていることを特徴とする特
   許請求の範囲／に記載の源。 左　前記シートが“、互に係合し合っている異なる材料
   の少なくとも２つのシートを含んでいることを特徴とす
   る特許請求の範囲／に記載の餘。 ム　プラズマシェツトに円筒形の形状を与える前記手段
   が、ジェットの外径を限定する内径を有しているリング
   を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲／に記載
   の源。