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【発明の名称】 薄膜の窓及びシンクロトロン放射光伝搬装置
【発明者】 【氏名】広瀬 サユミ
【要約】 【課題】薄膜を容易に交換することが可能な薄膜の窓を提供する。

【解決手段】窓枠が、第１の仮想的な面に沿う形状の第１の面を有する。この窓枠に、一端が第１の面内に開口する貫通孔が形成されている。Ｏリングが、第１の面上において、貫通孔の開口を取り囲むように配置されている。薄膜が、第１の面に倣うように配置されている。中間部材が、第１の面に整合する第２の面を有する。第１の面と第２の面との間に、Ｏリングと薄膜とが挟み込まれる。抑え部材が、中間部材を窓枠の第１の面に押し付ける。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１の仮想的な面に沿う形状の第１の面を有し、一端が該第１の面内に開口する貫通孔が形成された窓枠と、前記第１の面上において、前記貫通孔の開口を取り囲むように配置されたＯリングと、前記第１の面に倣う形状の薄膜と、前記第１の面に整合する第２の面を有し、該第１の面と第２の面との間に、前記Ｏリングと薄膜とを挟み込むように配置された中間部材と、前記中間部材を、前記窓枠の第１の面に押し付ける抑え部材とを有する薄膜の窓。
【請求項２】 前記抑え部材が、前記中間部材に対向する面上に複数の突出部を有し、該突出部の先端が前記中間部材に接触することにより該中間部材を前記窓枠に押し付ける請求項１に記載の薄膜の窓。
【請求項３】 前記複数の突出部の突出量を調節することができる請求項２に記載の薄膜の窓。
【請求項４】 前記抑え部材が前記中間部材を押さえつけている力の向きに平行な視線で見たとき、前記突出部の少なくとも一つが、前記Ｏリングに重なるか、もしくはＯリングの内側に位置する請求項２または３に記載の薄膜の窓。
【請求項５】 シンクロトロン放射光が伝搬する真空ダクトと、前記真空ダクトの出射端に取り付けられ、大気側に、第１の仮想的な面に沿う形状の第１の面を有し、一端が該第１の面内に開口し、真空ダクト内の空間に連通する貫通孔が形成された窓枠と、前記第１の面上において、前記貫通孔の開口を取り囲むように配置されたＯリングと、前記第１の面に倣う形状を有し、シンクロトロン放射光を透過させる薄膜と、前記第１の面に整合する第２の面を有し、該第１の面と第２の面との間に、前記Ｏリングと薄膜とを挟み込むように配置された中間部材と、前記中間部材を、前記第１の部材の第１の面に押し付ける抑え部材とを有するシンクロトロン放射光伝搬装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜の窓、及びそれを用いたシンクロトロン放射光（ＳＲ光）伝搬装置に関し、特に薄膜を安定して抑え、伝搬装置内の真空を維持することが可能な薄膜の窓及びＳＲ光伝搬装置に関する。ＳＲ光伝搬装置は、例えばＸ線露光装置に適用される。
【０００２】
【従来の技術】図１を参照して、従来のＳＲ光伝搬装置を用いたＸ線露光装置の構成を説明する。なお、図１は、本願実施例の説明においても参照される。
【０００３】Ｘ線露光装置は、ＳＲ光発生部１、ＳＲ光伝搬部１０、及びＸ線ステッパ５０を含んで構成される。
【０００４】ＳＲ光発生部１は、真空容器２、及びその中に形成された電子ビーム周回軌道３を含んで構成される。周回軌道３に沿って周回する電子からＳＲ光が放射される。このＳＲ光が、真空容器２に設けられたビーム取出口４を通って外部に取り出される。
【０００５】ＳＲ光伝搬部１０は、入射側真空ダクト１１、ミラー収納筐体１２、出射側真空ダクト３０を含んで構成される。ミラー収納筐体１２には、ＳＲ光の入射孔１３と出射孔１４が設けられている。入射側真空ダクト１１は、ＳＲ光発生部１のビーム取出口４とミラー収納筐体１２の入射孔１３とを気密に連結する。真空ダクト１１内に、真空の遮蔽弁、放射光を遮蔽するシャッタ等（図示せず）が配置されている。出射側真空ダクト３０の入射端が、真空ベローズ１７を介して出射孔１４に気密に連結されている。出射側真空ダクト３０は、真空ダクト駆動機構１８により基台１９に支持されている。
【０００６】ミラー収納筐体１２内に、反射ミラー１５が収納され、ミラー揺動機構１６によって保持されている。入射孔１３から入射したＳＲ光が、ミラー１５により反射され、出射孔１４を通って出射側真空ダクト３０内に入射する。ミラー１５は、入射ＳＲ光の中心光軸と反射点における反射面の法線とを含む入射面が鉛直になり、かつ入射中心光軸と反射面とのなす角が約１〜２°、すなわち入射角が約８９〜８８°になるように配置される。ミラー１５は、母線がＳＲ光の入射面に平行となる円柱面状の反射面を有する凹面鏡である。これにより、ＳＲ光は、水平面内に関してほぼ平行光線束とされる。
【０００７】揺動機構１６は、ミラー１５を、ＳＲ光の反射点を通り入射面に垂直な回動軸、すなわち水平な回動軸を揺動中心としてミラー１５を揺動させる。ミラー１５の揺動により、反射したＳＲ光が上下に振られる。なお、揺動中心をＳＲ光の反射点とは異なる位置に置いてもよい。真空ダクト駆動機構１８が、反射したＳＲ光の光軸の揺動に同期するように出射側真空ダクト３０を揺動させる。
【０００８】出射側真空ダクト３０の出射端に、貫通孔をベリリウム薄膜３１で塞がれた窓枠３７が気密に取り付けられている。出射側真空ダクト３０内に入射したＳＲ光は、窓枠３７に取り付けられたベリリウム膜を通って外部に放射される。窓枠３７に対向する位置にＸ線ステッパ５０が配置されている。Ｘ線ステッパ５０は、ベリリウム膜３１を透過したＳＲ光が照射される位置に半導体基板５１を保持する。半導体基板５１の前方に露光マスク５２が保持される。
【０００９】ＳＲ光は、水平方向に関しては全方位に放射されるが、鉛直方向に関しては約±１ｍｒａｄ程度の広がりしかない。ミラー１５を揺動させてＳＲ光を上下に振ることにより、半導体基板５１表面の広い領域にＳＲ光を照射することができる。
【００１０】次に、図４を参照して、出射側真空ダクト３０の出射端近傍の従来の構造を詳細に説明する。
【００１１】図４（Ａ）は、図１に示す出射側真空ダクト３０の出射端の平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の一点鎖線Ｂ４−Ｂ４における断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）の矢印Ｃ４に沿って見た側面図を示す。
【００１２】真空ダクト３０の出射端にフランジ３０ａが取り付けられている。正方形の開口を有する窓枠３７がフランジ３０ａに結合している。フランジ３０ａと窓枠３７との接合面は、Ｏリングにより気密にされている。窓枠３７の出射側の面に、その開口を取り囲むように他の窓枠３８が溶接されている。
【００１３】窓枠３８の出射側の面は、円筒状に加工されている。この円筒面の中心軸は、真空ダクト３０の中心軸（ダクト内を伝搬するＳＲ光の中心光軸）に直交し、かつ鉛直面に平行である。ベリリウム薄膜３１が、窓枠３８の円筒面に溶接または蝋付けにより貼り付けられている。ベリリウム薄膜３１は、円筒面に対応して円筒状に変形する。ベリリウム薄膜３１により、真空ダクト３０内の真空が保たれる。
【００１４】次に、図５を参照してベリリウム薄膜３１を円筒状としたことの効果について説明する。
【００１５】図５（Ａ）は、図１の半導体基板５１の露光面のＳＲ光照射領域の形状を示す。露光面内の水平方向をｘ軸、ＳＲ光の中心光軸とｘ軸との双方に直交する軸をｙ軸とするｘｙ座標を考える。図１に示したミラー１５が円柱面状の反射面を有する凹面鏡であるため、露光面上の照射領域が、上方に向かって湾曲した形状になる。
【００１６】ＳＲ光照射領域６０（ＳＲ光のビーム断面に相当）が半径Ｒの円弧状であるとする。照射領域６０をｙ軸に平行な直線で切った切り口の長さは、座標ｘの関数になる。このため、照射領域６０をｙ軸方向に一定速度で移動させたときの露光面内のある点の照射時間が、座標ｘの関数になる。座標ｘの点の照射時間は、（１−（ｘ／Ｒ）2 ）-1/2に比例する。
【００１７】ベリリウム薄膜に入射する前のＳＲ光のフォトン密度が一定であるとすると、ベリリウム薄膜が無いと仮定したときの露光面の露光量Ｐx は、【００１８】
【数１】
Px =P0 (1-(x/R)2 ) -1/2 …（１）
と表される。ここでＰ0 は、ｘ＝０の直線（ｙ軸）上のある点における露光量である。
【００１９】図５（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すベリリウム薄膜３１の円筒面の母線に垂直な平面におけるベリリウム薄膜３１の断面及びＳＲ光の光軸を示す。ベリリウム薄膜３１の膜厚をＴ、その円筒面の曲率半径をｒとすると、座標ｘの位置におけるＳＲ光の透過光路長ｔx は、【００２０】
【数２】
tx =T(1-(x/r)2 ) -1/2 …（２）
となる。ベリリウム薄膜のＳＲ光吸収係数をμとすると、ＳＲ光がベリリウム薄膜を透過した場合の露光面の露光量Ｑx は、【００２１】
【数３】
Qx =Px exp( -μ tx ) …（３）
となる。式（１）〜（３）より、【００２２】
【数４】
Qx =P0(1-(x/R)2) -1/2 exp(-μT(1-(x/r)2 ) -1/2)…（４）
が得られる。また、【００２３】
【数５】
Q0 =P0 exp( -μT) …（５）
であるから、式（４）及び（５）から、【００２４】
【数６】
Qx /Q0=(1-(x/R)2) -1/2exp((- μT)((1-(x/r)2 ) -1/2-1)) =(1-(x/R)2) -1/2exp((- μT)((1-(x/kR)2 ) -1/2-1))…（６）
が得られる。ここで、【００２５】
【数７】
r=kR …（７）
とおいた。
【００２６】図６は、式（６）からＱx ／Ｑ0 をｘ／Ｒの関数として示したグラフである。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、それぞれｋを０．８、１．０、１．２とした場合である。なお、図中の一点鎖線、点線、破線、実線は、それぞれＱ0 ／Ｐ0 すなわちｅｘｐ（−μＴ）を０．２、０．４、０．６、及び０．８とした場合を示す。
【００２７】Ｑx ／Ｑ0 ＝１の場合、露光面内における露光量が均一になる。図６（Ａ）〜（Ｃ）のすべての場合、ｘ／Ｒが小さい領域では、Ｑx ／Ｑ0 が１に近いが、ｘ／Ｒが増加するに従って１から遠ざかる。ＳＲ光は一定の範囲内の波長を含んでおり、ベリリウム薄膜の透過率は波長に依存するが、平均するとＱ0 ／Ｐ0 は０．４〜０．６の範囲内に存在すると推測される。
【００２８】Ｑ0 ／Ｐ0 が０．４〜０．６の範囲内にあるとき、ｋ＝０．８では右下がり、ｋ＝１．０ではほぼ横ばい、ｋ＝１．２では右上がりのグラフになっている。従って、ｋを０．８〜１．２の範囲内の値とすることが好ましく、１近傍とすることがより好ましいと考えられる。
【００２９】上記考察では、露光面内でＳＲ光照射領域を移動させる過程で、ＳＲ光照射領域の形状が変化せず、かつその形状が円弧に沿うと仮定した。これらの仮定が厳密には成り立たない場合でも、ｋ値を調整することにより、露光面内の露光量のばらつきを少なくすることができる。露光領域の形状が円弧に沿わない任意の湾曲した形状である場合には、この形状に対応してベリリウム薄膜を湾曲させることにより、露光量のばらつきを少なくすることができるであろう。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】図４に示した従来例では、ベリリウム膜３１が窓枠３８に溶接またはロウ付けされている。このため、ベリリウム膜が破損した場合に、膜を簡単に交換することができない。また、湾曲した面にロウ付けすることは容易ではない。
【００３１】本発明の目的は、薄膜を容易に交換することが可能な薄膜の窓を提供することである。
【００３２】本発明の他の目的は、薄膜を容易に交換することが可能な薄膜の窓を用いたシンクロトロン放射光伝搬装置を提供することである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によると、第１の仮想的な面に沿う形状の第１の面を有し、一端が該第１の面内に開口する貫通孔が形成された窓枠と、前記第１の面上において、前記貫通孔の開口を取り囲むように配置されたＯリングと、前記第１の面に倣う形状の薄膜と、前記第１の面に整合する第２の面を有し、該第１の面と第２の面との間に、前記Ｏリングと薄膜とを挟み込むように配置された中間部材と、前記中間部材を、前記窓枠の第１の面に押し付ける抑え部材とを有する薄膜の窓が提供される。
【００３４】本発明の他の観点によると、シンクロトロン放射光が伝搬する真空ダクトと、前記真空ダクトの出射端に取り付けられ、大気側に、第１の仮想的な面に沿う形状の第１の面を有し、一端が該第１の面内に開口し、真空ダクト内の空間に連通する貫通孔が形成された窓枠と、前記第１の面上において、前記貫通孔の開口を取り囲むように配置されたＯリングと、前記第１の面に倣う形状を有し、シンクロトロン放射光を透過させる薄膜と、前記第１の面に整合する第２の面を有し、該第１の面と第２の面との間に、前記Ｏリングと薄膜とを挟み込むように配置された中間部材と、前記中間部材を、前記第１の部材の第１の面に押し付ける抑え部材とを有するシンクロトロン放射光伝搬装置が提供される。
【００３５】中間部材が抑え部材から分離されているため、抑え部材の変形による影響が中間部材に伝わりにくい。中間部材を介してＯリングと薄膜とを密着させるため、抑え部材が変形したとしても、Ｏリングに加わる力のばらつきを少なくすることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の実施例によるＳＲ光伝搬装置を組み込んだＸ線露光装置の概略を示す。このＸ線露光装置の概略構成は既に説明したので、ここでは説明を省略する。なお、実施例によるＳＲ光伝搬装置は、出射側真空ダクト３０の出射端の構造が、従来例と異なる。
【００３７】図２（Ａ）に、実施例によるＸ線露光装置の真空ダクトの出射端に取り付けられた窓枠３７等の分解断面図を示す。出射側真空ダクト３０の出射側の端部に、アルミニウム製の窓枠３７が取り付けられている。両者の間は、Ｏリングにより気密性が保たれている。窓枠３７の外側（大気側）の面に、円筒面の一部からなる第１の面３７ａが画定されている。
【００３８】図３に、大気側から見た窓枠３７の正面図を示す。円筒状の第１の面３７ａの周囲は、平坦な面である。この平坦な面内に、複数のネジ穴３７ｃが形成されている。第１の面３７ａ内に、貫通孔３７ｂが開口している。貫通孔３７ｂは、出射側真空ダクト３０の内部の空洞に連通する。図５（Ａ）を参照して説明したように、ＳＲ光の断面は湾曲している。貫通孔３７ｂは、ＳＲ光の断面に整合するように湾曲した形状を有する。真空ダクト３０内を伝搬したＳＲ光は、貫通孔３７ｂを透過して外部に出射する。
【００３９】第１の面３７ａ上に、貫通孔３７ｂの開口部を取り囲むようにＯリング４２が配置されている。Ｏリング４２は、第１の面３７ａ上に形成された溝内に装填され、その位置が拘束される。
【００４０】図２（Ａ）に戻って説明を続ける。ベリリウム薄膜３１が、第１の面３７ａに倣うように配置される。中間部材４６に、第１の面３７ａに整合する第２の面４６ａが設けられている。中間部材４６は、第１の面３７ａと第２の面４６ａとの間にＯリング４２及びベリリウム膜３１とを挟み込むように配置される。
【００４１】抑え部材４７が、中間部材４６を窓枠３７の第１の面３７ａに押し付ける。抑え部材４７は、ボルト４９を、抑え部材４７に形成された貫通孔４７ｂを通して、窓枠３７に形成されたネジ穴３７ｃにねじ込むことによって固定される。
【００４２】図２（Ｂ）に、抑え部材４７の正面図を示す。ＳＲ光の通過する位置に、湾曲した貫通孔４７ｃが形成されている。なお、図２（Ａ）には現れていないが、中間部材４６にも、ＳＲ光の通過する位置に、湾曲した貫通孔が形成されている。貫通孔４７ｃの周囲に、抑え部材４７を貫通する複数のネジ穴４７ａが形成されている。ＳＲ光の光軸に平行な視線、すなわち抑え部材４７が中間部材４６を押し付けている力の向きに平行な視線で見たとき、ネジ穴４７ａは、Ｏリング４２に重なるように配置されている。
【００４３】図２（Ａ）に示すように、ネジ４８が、ネジ穴４７ａを貫通し、その先端が中間部材４６に対向する面からやや突出している。ネジ４８の挿入量を調節することにより、ネジ４８の先端の突出量を調節することができる。ネジ４８の先端が中間部材４６に接触し、中間部材４６を窓枠３７に押し付ける。ネジ４８の突出量を調節することにより、中間部材４６に加える力を変化させることができる。
【００４４】上記実施例では、ネジ４８の先端が中間部材４６に加える力の延長線上に、Ｏリング４２が配置される。このため、中間部材４６の変形を抑制し、Ｏリング４２に加わる力をほぼ均等にすることができる。また、ネジ４８の突出量を調節することにより、Ｏリング４２に加わる力を好適な大きさにすることができる。これにより、Ｏリング４２とベリリウム膜３１との密着性が高まり、十分な気密性を確保することができる。
【００４５】また、上記実施例では、ベリリウム膜３１を、溶接やロウ付け等で窓枠３７に固着させないため、容易にベリリウム膜３１を交換することができる。
【００４６】上記実施例では、抑え部材４７に設けられた突出部で中間部材４６を押さえ付けたが、必ずしも突出部を設ける必要はない。抑え部材４７の、中間部材４６に対向する面を、中間部材４６に接触させて中間部材４６を押さえ付けてもよい。この場合であっても、中間部材４６が抑え部材４７から分離されているため、抑え部材４７の変形が中間部材４６に影響を及ぼしにくい。
【００４７】また、上記実施例では、ネジ４８の軸の延長上にＯリング４２が配置される場合を説明したが、必ずしも、Ｏリング４２を、ネジ４８の軸の延長上に配置しなくてもよい。ただし、Ｏリング４２とベリリウム膜３１とを、より安定して密着させるために、ＳＲ光の光軸に平行な視線で見たとき、ネジ４８がＯリング４２の内側に位置するような構成とすることが好ましい。このような構成にすると、中間部材４６を押さえ付けた時に、Ｏリング４２を外側に広げる向きの力が発生する。これにより、Ｏリング４２とベリリウム膜３１とを、より安定して密着させることができる。
【００４８】また、上記実施例では、Ｘ線露光装置を例にとり、ベリリウム膜とＯリングとの密着性を高める場合を説明した。上記実施例は、より一般的に、薄膜を窓枠に押し付けて気密性を確保する薄膜の窓にも応用することができる。
【００４９】以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、Ｏリングと薄膜とを押し付けて気密性を確保するため、薄膜を容易に交換することができる。また、Ｏリングに加わる力を、より均等に近づけることができるため、Ｏリングと薄膜との密着性を高めることができる。
【出願人】 【識別番号】０００００２１０７
【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社
【出願日】 平成１２年７月２４日（２０００．７．２４）
【代理人】 【識別番号】１０００９１３４０
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 敬四郎 （外２名）
【公開番号】 特開２００２−４０１９８（Ｐ２００２−４０１９８Ａ）
【公開日】 平成１４年２月６日（２００２．２．６）
【出願番号】 特願２０００−２２２５５９（Ｐ２０００−２２２５５９）