JP2004128105A

JP2004128105A - X ray generator and aligner

Info

Publication number: JP2004128105A
Application number: JP2002288282A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kondo; 近藤　洋行
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-22
Also published as: AU2003262256A1; WO2004032211A1

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray generator along with an aligner comprising the same, which has merits such as easy replacement of a mirror. <P>SOLUTION: An X-ray generator 1 comprises a spherical vacuum vessel 2. A mirror (first mirror) 10 is built in an opening 2a on the upper stream side of the vacuum vessel 2. The mirror 10 constitutes a part of the wall on the upper stream side of the vacuum vessel 2. A reflecting surface 10a of the mirror 10 is positioned in the vacuum vessel 2, and a rear surface 10b of the mirror 10 is exposed to the atmosphere side outside the vacuum vessel 2. The rear surface 10b of the mirror 10 is fitted with a water cooling jacket 15. Since the water cooling jacket 15 is provided on the atmosphere side of the mirror rear surface 10b, routing of a piping 15a is easy for a simple configuration. Since, further, the water cooling jacket 15 is exposed to the atmosphere side, replacement or maintenance is easy as well. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線顕微鏡やＸ線分析装置、Ｘ線露光装置等のＸ線機器に装備されるＸ線発生装置と、それを備える露光装置に関する。特には、ミラーの交換が簡単にできる等の利点を有するＸ線発生装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、Ｘ線分析装置やＸ線露光装置等のＸ線機器の光源として、レーザープラズマＸ線源や放電プラズマＸ線源が注目されている。
レーザープラズマＸ線源（以下、ＬＰＸと呼ぶ）は、励起用のレーザー光を真空容器内の標的材料に集光照射してプラズマを生成し、このプラズマからＸ線を輻射させるものである。このＬＰＸは、小型でありながらアンジュレータ（シンクロトロンラジエーション）に匹敵するほどの輝度をもつ。
【０００３】
放電プラズマＸ線源は、電極にパルス高電圧を印加して放電を起こし、この放電で動作ガスをイオン化してプラズマを生成し、このプラズマから輻射されるＸ線を利用する。この放電プラズマＸ線源は、小型であり、輻射されるＸ線量が多く、低コストであり、さらにＬＰＸに比べて投入電力に対するＸ線の変換効率が高いという特徴がある。放電プラズマＸ線源の代表的なものは、デンスプラズマフォーカスＸ線源（以下、ＤＰＦＸと呼ぶ）である。
【０００４】
このようなＬＰＸやＤＰＦＸにおいては、標的材料やプラズマ近傍の部材（電極等）が、プラズマ生成時に原子やイオン状の粒子となって周囲に飛び散る（このような粒子を飛散粒子あるいはデブリと呼ぶ）。飛散粒子は、プラズマの周囲に配置された多層膜ミラー等のＸ線ミラーに付着・堆積し易く、ミラーの反射率を低下させる。このため、ＬＰＸやＤＰＦＸにおいては、多層膜ミラーをある一定期間ごとに新たなミラーに交換する必要がある。
【０００５】
前述のＸ線源を備えるＸ線発生装置においては、プラズマから輻射されるＸ線が最初に入射するミラー（第１ミラー）は、プラズマ発生チャンバ（真空容器）の内部に取り付けられている。そのため、以下に述べるような問題がある。
（１）第１ミラーを交換する際には、チャンバ内部で第１ミラーの取り外し・再取り付けを行わなければならず、ミラー交換作業に時間と手間がかかる。
（２）第１ミラーを内包する構成上、プラズマ発生チャンバが大型化してしまう。さらに、ミラーはプラズマＸ線源からの熱負荷を受けて温度が上昇するため、適宜冷却する必要があるが、それ用の冷却機構も複雑化してしまう。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、ミラーの交換が簡単にできる等の利点を有するＸ線発生装置及びそれを備える露光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明のＸ線発生装置は、標的材料をプラズマ化し、該プラズマからＸ線を輻射させるＸ線源と、　該Ｘ線源を収容する真空容器と、　前記Ｘ線源から輻射されるＸ線が入射するミラーと、を具備し、　前記ミラーあるいはミラーを保持している部材が、前記真空容器の壁の一部を構成していることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、ミラーあるいはミラーを保持している部材が真空容器の壁の一部を構成しているので、性能の劣化したミラーを大気側から素早く新しいミラーと交換できる。
【０００９】
本発明のＸ線発生装置においては、前記ミラーあるいはミラーを保持している部材の裏面が真空容器外側に露出しているものとすることができる。
この場合、ミラーあるいはミラー保持部材を真空容器外から冷却することができるため、冷却手段を配置することが容易になる。特に真空容器外が大気の場合は、ミラーの熱が裏面側から大気に放熱されるので、ミラーの温度上昇を抑えることができる。
【００１０】
本発明のＸ線発生装置においては、前記ミラーあるいはミラーを保持している部材の裏面にミラー冷却機構を設けることができる。
この場合、ミラー冷却機構を用いてミラーの温度上昇を抑えることができる。さらに、ミラー冷却機構を大気側（ミラー裏面側）に設けることができるので、冷却機構の構成が簡素化する（例えば冷却機構が水冷ジャケットである場合は、配管の引き回しが簡単になる）。また、冷却機構が大気側に露出していると、メンテナンスも容易になる。
【００１１】
本発明のＸ線発生装置においては、前記標的材料をプラズマ化するレーザー光を発生させるレーザー光源を具備し、　前記レーザー光が、前記ミラーあるいはミラーを保持している部材の一部を透過、あるいは、前記ミラーに開けられた開口部を通過して、前記真空容器内に入射するものとすることができる。
固体ターゲットの場合、プラズマから輻射されるＸ線は、レーザー光の入射方向に強い強度をもつ。したがって、本手段によれば、Ｘ線源で発生したＸ線を有効にミラーに導くことができ、Ｘ線発生装置から射出するＸ線の光量を高めることができる。
【００１２】
本発明のＸ線発生装置においては、前記ミラーの位置及び姿勢を検出する検出手段と、　該ミラーの位置及び姿勢を調整する調整手段と、　前記検出手段からの信号を受けて、該ミラーが所定の位置及び姿勢をとるように、前記調整手段を制御する制御手段と、　をさらに具備するものとすることができる。
この場合、ミラーを正規の位置及び姿勢に正確にセットすることができる。したがって、ミラーの交換時やメンテナンス時等に装置のアライメントを崩すことがなく、装置の精度を維持することができる。
【００１３】
本発明の露光装置は、請求項１〜４いずれか１項記載のＸ線発生装置と、　該Ｘ線発生装置から発生されたＸ線をマスクに当てる照明光学系と、　該マスクから反射した光を感応基板上に投影結像させる投影光学系と、　を具備することを特徴とする。
本発明によれば、性能の劣化したミラーを素早く簡単に新たなミラーと交換でき、Ｘ線発生装置を素早く正常状態に復帰できるので、メンテナンスに要する時間や費用を削減できるとともに、装置稼動率を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るＸ線発生装置を有する露光装置を模式的に示す図である。
図２は、図１のＸ線発生装置におけるミラー位置・姿勢調整部を示す図である。
なお、以下の説明では、レーザー光及びＸ線の光路に沿って、図１の左側を上流側といい、図１の右側を下流側（後段の光学系側）という。
【００１５】
本実施の形態では、本発明に係るＸ線発生装置をレーザープラズマＸ線源に適用した例について述べる。
図１の露光装置の上流側には、Ｘ線発生装置１が配置されている。このＸ線発生装置１は、球状の真空容器２を備えている。この真空容器２には、真空ポンプ（真空排気装置）３が付設されている。真空容器２内は、真空ポンプ３で排気されている。真空容器２内が真空ポンプ３で減圧されることで、プラズマＰから輻射されたＸ線が減衰しないようになっている。
【００１６】
真空容器２内には、ステンレス製のガスジェットノズル４が配置されている。このガスジェットノズル４は、ガスボンベに繋がるバルブ（ともに図示されず）に接続されている。ガスボンベ内にはキセノン（Ｘｅ）等のターゲットガスが充填されている。ガスボンベ内のターゲットガスは、配管等を介してバルブに送られ、ガスジェットノズル４から真空容器２内に噴出される。この噴出されたターゲットガスが、プラズマＰを生成する際の標的材料となる。
【００１７】
真空容器２の上流側には、開口２ａが形成されている。この開口２ａ内には、ミラー（第１ミラー）１０が組み込まれている。このミラー１０は、真空容器２上流側の壁の一部を構成している。ミラー１０の反射面１０ａは真空容器２内に位置しており、ミラー１０の裏面１０ｂは真空容器２外の大気側に露出している。なお、真空容器２の開口２ａとミラー１０の側周面間には、磁性流体シール９が介装されており、両者間はシールされている。
【００１８】
ミラー１０は、この例では回転放物面形状の反射面１０ａを有する低熱膨張ガラス製（例えばゼロデュアーやＵＬＥ等）ミラーである。ミラー１０の反射面１０ａには、面中心の一部を除いてＭｏ／Ｓｉ製の多層膜１２がコートされている。この多層膜１２は、波長１３．５ｎｍのＸ線を反射するように構成されている。ミラー１０は、その焦点位置にプラズマＰが位置するように配置されている。プラズマＰから輻射されたＸ線のうち、波長１３．５ｎｍのＸ線がミラー１０の反射面１０ａで反射し、Ｘ線光束Ｅとなって後段の光学系に導かれる。
【００１９】
ミラー１０の裏面１０ｂには、水冷ジャケット（ミラー冷却機構）１５が取り付けられている。水冷ジャケット１５の配管１５ａは、図示せぬ水源・ポンプに繋がっている。水冷ジャケット１５は、プラズマＰからの輻射熱を受けて温度が上昇したミラー１０を冷却するためのものである。この水冷ジャケット１５は、ミラー裏面１０ｂの大気側に設けられているため、配管１５ａの引き回し等が容易で構成が簡素である。また、水冷ジャケット１５が大気側に露出しているため、メンテナンスも容易である。
【００２０】
ミラー１０の裏面１０ｂよりも上流側には、レーザー光源５が配置されている。ミラー１０とレーザー光源５間には、レンズ６が配置されている。このレンズ６は、レーザー光源５から放出されたＹＡＧレーザー光Ｌを、ガスジェットノズル４の先に集光する。この際、ＹＡＧレーザー光Ｌは、ミラー１０の中心（多層膜１２がコートされていない箇所）を透過する。集光されたＹＡＧレーザー光Ｌがターゲットガスに照射されることで、プラズマＰが生成され、このプラズマＰからＸ線が輻射される。なお、この際ガスジェットノズル４から噴出されたターゲットガスは、プラズマＰが生成された後に、真空ポンプ３で真空容器２外に排気される。なお、本実施例では、レンズ６を別途設けたが、ミラー１０のレーザー光が通過する部分を凸形状としてレンズの役割を兼ねるものとし、レンズ６を省くこともできる。
【００２１】
ミラー１０の裏面１０ｂ側には、鍔状に張り出したフランジ部１３が形成されている。このフランジ部１３は、真空容器２外面に形成された係合突起１４に係合している。真空容器２とミラー１０のフランジ部１３間には、ピエゾ素子８（調整手段）が取り付けられている。このピエゾ素子８は、ミラーを交換した後、ミラーを正規の位置・姿勢に調整するためのアクチュエータである。図２に示すように、ピエゾ素子８は制御装置３３に接続されており、この制御装置３３からの信号に応じて作動する。なお、本実施例では、ミラー部材としてレーザー光に対して透明な材料を用いているが、シリコンやアルミニウム、銅等の不透明材料を用いてもよい。この場合には、ミラーのレーザー光が通過する部分に開口を設け、その部分にレーザー光に対して透明な部材（例えば石英等）を取り付けるようにしてもよい。シリコンやアルミニウム、銅等の金属をミラー部材として用いると、熱伝導率が高いため冷却効率が高くなる。
【００２２】
図２に示すように、真空容器２内には、半導体レーザー３０及びフォトダイオード３１（検出手段）が配置されている。これら半導体レーザー３０・フォトダイオード３１で、ミラー１０の位置や姿勢を検出する。半導体レーザー３０は、一例でミラー１０の周囲に３個以上配置されている。フォトダイオード３１は、各半導体レーザー３０に対応して、ミラー１０の周囲に配置されている。これら半導体レーザー３０及びフォトダイオード３１は、ミラー１０の反射面１０ａ側に配置されており、ミラー１０で反射したＸ線を遮らない位置に配置されている。半導体レーザー３０及びフォトダイオード３１は、前述のピエゾ素子８と同様に制御装置３３に接続されており、この制御装置３３にミラー１０の位置・姿勢検出信号を出力する。なお、図２では、図１のガスジェットノズル４やレーザー光源５、レンズ６等は描かれていない。
【００２３】
各半導体レーザー３０から出たビームは、ミラー１０の反射面１０ａの一点に当たって反射し、それぞれ対応するフォトダイオード３１に入射する。各フォトダイオード３１の受光面は４分割されており、これら４分割された各受光面のそれぞれから検出信号を取り出すことができる。１つのフォトダイオードからの４つの検出信号は、制御装置３３に入力される。制御装置３３は、この検出信号に基づいてピエゾ素子８を制御し、ガスジェットノズル４やミラー１０の位置、後段の光学系（図１参照）のアライメントが調整される。
【００２４】
ここで、前述の構成を有するＸ線発生装置１の総合的な作用について述べる。レーザー光源５から放出されたＹＡＧレーザー光Ｌは、レンズ６及びミラー１０の中央を透過してガスジェットノズル４の直上に集光される。ガスジェットノズル４から超音速で噴出されたターゲットガスは、集光されたＹＡＧレーザー光Ｌのエネルギを受けて高温になり、プラズマＰを生成する。このプラズマ中のイオンが低ポテンシャル状態へ遷移する際に、Ｘ線を放出する。ミラー１０に入射したＸ線のうち、波長１３．５ｎｍ付近のＸ線がミラー反射面１０ａに形成された多層膜１２で反射してＸ線光束Ｅとなり、真空容器２の下流側から後段の光学系（図１参照）へと導かれる。
【００２５】
ミラー１０の反射面１０ａには、プラズマＰからの輻射熱で熱負荷が加わるが、ミラー１０は水冷ジャケット１５で冷却されているため、温度上昇が低く抑えられる。あるいは、ミラー１０の裏面１０ｂが大気側に露出しているため、ミラー１０の熱が大気に放熱され、これによっても温度上昇が抑えられる。
【００２６】
Ｘ線発生装置１の長時間の稼動に伴い、プラズマＰからの飛散粒子がミラー１０の反射面１０ａに堆積すると、ミラー１０の反射面１０ａで反射されるＸ線の光量が低下してくる。こうなると、元のミラーを新たなミラーに交換する必要がある。この交換作業の際は、ミラー１０が真空容器２の壁の一部を構成しているので、性能の劣化したミラーを大気側から素早く簡単に新たなミラーと交換できる。そのため、Ｘ線発生装置１を素早く元の状態に復帰できる。
【００２７】
ここで、新たに設置したミラーの位置は、元のミラーがあった位置とは僅かにずれる可能性がある。このような位置ずれが生じた場合、図２に示す半導体レーザー３０からのレーザーの反射光の、フォトダイオード３１上で検出される位置が変化する。そのため、フォトダイオード３１から出力される検出値も変化する。そこで、フォトダイオード３１の出力値が、元のミラーを調整した時の初期状態の条件とほぼ一致するように、制御装置３３がピエゾ素子８を駆動する。こうすることにより、元のミラー位置と同じ位置に新たなミラーを配置することができる。なお、本実施例では、ミラー位置調整手段としてピエゾ素子を用いたが、これに限らず、モーター等のミラー位置を変化させることができるものであれば、他の様々なものを用いることができる。
【００２８】
図１に戻って、Ｘ線発生装置１を有するＸ線露光装置の全体構成について説明する。
真空容器２の下流側には、真空室２０が接続されている。この真空室２０内には、フィルター２１及び開口板２３が配置されている。フィルター２１は、例えば厚さ０．１μｍのジルコニウム（Ｚｒ）からなり、プラズマＰからの可視・紫外光をカットする。開口板２３は、円盤状をしており、フィルター２１の下流側に配置されている。この開口板２３の中心には、ピンホール２３ａが形成されている。開口板２３のピンホール２３ａ周囲の箇所は、散乱したＸ線や、ミラー１０によって反射されずに直接下流側に放出されているＸ線等を遮る役割を果たす。また、ピンホールの上流側と下流側で差動排気を行い、下流側の真空度を上げるためにも使用される。
【００２９】
真空室２０において、開口板２３の下方にはゲートバルブ２５が設けられている。Ｘ線発生装置１のミラー交換等のメンテナンスの際には、このゲートバルブ２５を閉じて、下流の照明光学系４１と真空容器２とを隔離する。なお、この実施例では、フィルター２１をピンホール２３ａの上流側に配置しているが、フィルター２１をピンホール２３ａの下流側に配置してもよい。このようにすると、フィルター２１に照射されるＸ線はミラー１０で反射されたＸ線のみとなるため、フィルター２１に吸収されるＸ線による熱負荷が小さくなる利点がある。
【００３０】
真空室２０の下方には、露光チャンバ４０が設置されている。露光チャンバ４０内には、照明光学系４１やマスク４３、投影光学系４５等が配置されている。照明光学系４１は、フライアイ光学系の反射鏡等で構成されており、ミラー１０で反射したＸ線光束を成形し、図１の右上に向かって照射する。照明光学系４１の図１の右上には、反射型マスク４３が配置されている。反射型マスク４３の反射面にも多層膜からなる反射膜が形成されている。この反射膜には、ウェハ４９に転写するパターンに応じたマスクパターンが形成されている。反射型マスク４３の下流側には、順に投影光学系４５、ウェハ４９が配置されている。投影光学系４５は、複数の反射鏡等からなり、反射型マスク４３で反射されたＸ線を所定の縮小倍率（例えば１／４）に縮小し、ウェハ４９上に投影する。なお、図１では、照明光学系４１や投影光学系４５の寸法は、Ｘ線発生装置１に対して小さく描かれている。
【００３１】
露光動作を行う際には、照明光学系４１により反射型マスク４３の反射面にＸ線を照射する。その際、投影光学系４５に対して反射型マスク４３及びウェハ４９を投影光学系の縮小倍率により定まる所定の速度比で相対的に同期走査する。これにより、反射型マスク４３の回路パターンの全体をウェハ４９上の複数のショット領域の各々にステップアンドスキャン方式で転写する。なお、ウェハ４９のチップは例えば２５×２５ｍｍ角である。
【００３２】
なお、前述の実施の形態においては、以下のような改変を行うこともできる。
図３は、ミラー位置・姿勢調整部の他の例を示す平面図である。
前述の実施の形態では、ミラー１０の位置・姿勢を検出する半導体レーザー３０・フォトダイオード３１を真空容器２内に配置している（図２参照）が、このフォトダイオード３１に代えて、図３に示すように、開口板２３の上流側の面に４分割されたフォトダイオード３１ａ〜３１ｄを配置することもできる。この場合、ミラー１０の位置がずれると、Ｘ線がピンホール２３ａ内側を通過せず、フォトダイオード３１ａ〜３１ｄのいずれかに当たる。あるいは、いずれかのフォトダイオードに照射される面積が大きくなり、各フォトダイオードの出力信号強度が変化する。この際のフォトダイオードの検出結果に基づき、ミラーの位置・姿勢を調整することができる。さらに、フォトダイオードの分割数を多くすることにより、一層精密にミラー位置を調整することができる。
【００３３】
なお、この例では検出器としてフォトダイオードを用いているが、他の検出手段でもよい。例えば、ピンホールの周囲に、図３のように周囲から電気的に絶縁された金属板（例えば金等）を配置し、各金属板とグランドとの間に個々に電流計を接続したものでもよい。この場合は、ミラーの位置がずれて各金属板に照射される面積が変わると、金属板から放出される光電子数が変化し、各金属板に接続されている各電流計の指示値が変化するので、これを元にミラーの位置、姿勢を調整することができる。また、金属板に流入する電流量ではなく、金属板から放出される光電子数をモニターしてもよい。
【００３４】
図４は、Ｘ線発生装置の他の例を示す図である。
前述の実施の形態では、レーザー光源５から放出されたＹＡＧレーザー光Ｌが、ミラー１０の中心を透過して集光される構成であるが、図４に示すように、ミラー１０を通さず、ミラー１０の側方からＹＡＧレーザー光Ｌを照射して集光させることもできる。このように構成した場合は、ＹＡＧレーザー光Ｌの透過に伴うミラー１０の温度上昇が起こらないので、ミラー反射面１０ａの多層膜１２の温度上昇も起こりにくくなる。そのため、多層膜１２が劣化しにくく、ミラー１０の反射率の低下を抑えることができる。
【００３５】
図５（Ａ）はＸ線発生装置の他の例を示す図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＸ線発生装置のミラーの正面図である。
図１や図２、図４に示す前述の各実施の形態では、ミラー１０の裏面１０ｂ側に、フランジ部１３が一体に形成され、ミラー自体が真空容器２の一部をなす構成であるが、図５（Ａ）に示すように、ミラー１０´を真空容器２に対して保持するミラー保持部材１６を用いる構成とすることもできる。このミラー保持部材１６は、前述と同様のフランジ部１３を有し、真空容器２の一部をなす。ミラー１０´は、真空容器２内においてミラー保持部材１６に取り付けられている。図５（Ｂ）に示すように、この例のミラー１０´は、複数（図では６個）のセグメントミラーからなっており、全セグメントミラーで回転放物面状のミラーが構成される。各セグメントミラーは、それぞれピエゾ素子（位置調整機構）１７を介してミラー保持部材１６に取り付けられている。図５のような例は、予め一体のミラーではなく、複数のセグメントミラーで一つのミラーを構成する場合等に適している。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ミラーの交換時間を短縮できる、あるいは、ミラーの冷却が容易である等の利点を有するＸ線発生装置及びそれを備える露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＸ線発生装置を有する露光装置を模式的に示す図である。
【図２】図１のＸ線発生装置におけるミラー位置・姿勢調整部を示す図である。
【図３】ミラー位置・姿勢調整部の他の例を示す平面図である。
【図４】Ｘ線発生装置の他の例を示す図である。
【図５】図５（Ａ）はＸ線発生装置の他の例を示す図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＸ線発生装置のミラーの正面図である。
【符号の説明】
１　Ｘ線発生装置　　　　　　　　　　　　　　２　真空容器
３　真空ポンプ　　　　　　　　　　　　　　　４　ガスジェットノズル
５　レーザー光源　　　　　　　　　　　　　　６　レンズ
８　ピエゾ素子（調整手段）　　　　　　　　　９　磁性流体シール
１０　ミラー（第１ミラー）
１０ａ　反射面　　　　　　　　　　　　　　　１０ｂ　裏面
１２　多層膜
１５　水冷ジャケット（ミラー冷却機構）　　　１５ａ　配管
２０　真空室　　　　　　　　　　　　　　　　２１　フィルター
２３　開口板　　　　　　　　　　　　　　　　２３ａ　ピンホール
２５　ゲートバルブ　　　　　　　　　　　　　３３　制御装置
３０　半導体レーザー（検出手段）
３１（３１ａ〜３１ｄ）　フォトダイオード（検出手段）
４０　露光チャンバ　　　　　　　　　　　　　４１　照明光学系
４３　反射型マスク　　　　　　　　　　　　　４５　投影光学系
４９　ウェハ
Ｐ　プラズマ　　　　　　　　　　　　　　　　Ｅ　Ｘ線光束
Ｌ　ＹＡＧレーザー光[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray generator provided in an X-ray apparatus such as an X-ray microscope, an X-ray analyzer, an X-ray exposure apparatus, and an exposure apparatus including the same. In particular, the present invention relates to an X-ray generator and the like having advantages such as easy replacement of a mirror.
[0002]
Problems to be solved by the prior art and the invention
In recent years, laser plasma X-ray sources and discharge plasma X-ray sources have attracted attention as light sources for X-ray devices such as X-ray analyzers and X-ray exposure apparatuses.
A laser plasma X-ray source (hereinafter, referred to as LPX) is a device that generates a plasma by condensing and irradiating a laser beam for excitation onto a target material in a vacuum vessel, and radiates X-rays from the plasma. This LPX has a brightness comparable to that of an undulator (synchrotron radiation) while being small.
[0003]
The discharge plasma X-ray source generates a discharge by applying a pulsed high voltage to an electrode, ionizes an operating gas by the discharge to generate plasma, and uses X-rays radiated from the plasma. This discharge plasma X-ray source is characterized in that it is small, has a large amount of radiated X-rays, is low in cost, and has a higher conversion efficiency of X-rays with respect to input power than LPX. A typical discharge plasma X-ray source is a dense plasma focus X-ray source (hereinafter, referred to as DPFX).
[0004]
In such LPX or DPFX, a target material or a member (such as an electrode) in the vicinity of plasma scatters as atoms or ionic particles during plasma generation (such particles are called scattered particles or debris). . The scattered particles easily adhere to and accumulate on an X-ray mirror such as a multilayer mirror arranged around the plasma, and reduce the reflectance of the mirror. For this reason, in LPX and DPFX, it is necessary to replace the multilayer mirror with a new mirror every certain period.
[0005]
In the X-ray generator including the above-described X-ray source, a mirror (first mirror) on which X-rays radiated from the plasma first enter is mounted inside a plasma generation chamber (vacuum container). Therefore, there is a problem as described below.
(1) When replacing the first mirror, it is necessary to remove and reattach the first mirror inside the chamber, and it takes time and effort to replace the mirror.
(2) The size of the plasma generation chamber is increased due to the configuration including the first mirror. Further, since the temperature of the mirror rises due to the heat load from the plasma X-ray source, it is necessary to appropriately cool the mirror, but the cooling mechanism for the mirror is also complicated.
[0006]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an X-ray generator having advantages such as easy replacement of a mirror and an exposure apparatus including the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, an X-ray generator according to the present invention comprises: an X-ray source for converting a target material into plasma; and radiating X-rays from the plasma; a vacuum vessel containing the X-ray source; A mirror on which X-rays radiated from a source are incident, wherein the mirror or a member holding the mirror constitutes a part of a wall of the vacuum vessel.
[0008]
According to the present invention, since the mirror or the member holding the mirror constitutes a part of the wall of the vacuum vessel, the mirror having deteriorated performance can be quickly replaced with a new mirror from the atmosphere side.
[0009]
In the X-ray generator according to the present invention, the back surface of the mirror or the member holding the mirror may be exposed outside the vacuum vessel.
In this case, since the mirror or the mirror holding member can be cooled from outside the vacuum vessel, it is easy to arrange the cooling means. In particular, when the outside of the vacuum container is in the atmosphere, the heat of the mirror is radiated from the back side to the atmosphere, so that the temperature rise of the mirror can be suppressed.
[0010]
In the X-ray generator according to the present invention, a mirror cooling mechanism can be provided on the back surface of the mirror or the member holding the mirror.
In this case, the temperature rise of the mirror can be suppressed by using the mirror cooling mechanism. Furthermore, since the mirror cooling mechanism can be provided on the atmosphere side (the back side of the mirror), the configuration of the cooling mechanism is simplified (for example, when the cooling mechanism is a water-cooled jacket, the piping is easily routed). Further, when the cooling mechanism is exposed to the atmosphere, maintenance becomes easy.
[0011]
The X-ray generator according to the present invention includes a laser light source that generates laser light for converting the target material into plasma, and the laser light transmits through the mirror or a part of a member holding the mirror, or The light may pass through an opening formed in the mirror and enter the vacuum vessel.
In the case of a solid target, X-rays radiated from plasma have a high intensity in the direction of incidence of laser light. Therefore, according to this means, the X-rays generated by the X-ray source can be effectively guided to the mirror, and the amount of X-rays emitted from the X-ray generator can be increased.
[0012]
In the X-ray generator according to the present invention, detecting means for detecting the position and orientation of the mirror; adjusting means for adjusting the position and attitude of the mirror; And control means for controlling the adjusting means so as to take the position and the posture of the control means.
In this case, the mirror can be accurately set to the correct position and posture. Therefore, it is possible to maintain the accuracy of the apparatus without changing the alignment of the apparatus when replacing the mirror or performing maintenance.
[0013]
An exposure apparatus according to the present invention includes an X-ray generator according to any one of claims 1 to 4, an illumination optical system that irradiates the mask with X-rays generated from the X-ray generator, and light reflected from the mask. And a projection optical system for projecting an image on the sensitive substrate.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the mirror which deteriorated performance can be replaced | exchanged for a new mirror quickly and easily, and since an X-ray generator can be returned to a normal state quickly, the time and cost required for maintenance can be reduced, and the operating rate of the apparatus can be reduced. Can be improved.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, description will be made with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing an exposure apparatus having an X-ray generator according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a mirror position / posture adjustment unit in the X-ray generator of FIG.
In the following description, the left side of FIG. 1 is referred to as an upstream side, and the right side of FIG. 1 is referred to as a downstream side (an optical system side) along the optical path of the laser beam and the X-ray.
[0015]
In this embodiment, an example in which the X-ray generator according to the present invention is applied to a laser plasma X-ray source will be described.
An X-ray generator 1 is arranged upstream of the exposure apparatus in FIG. This X-ray generator 1 includes a spherical vacuum container 2. The vacuum container 2 is provided with a vacuum pump (vacuum exhaust device) 3. The inside of the vacuum vessel 2 is evacuated by a vacuum pump 3. When the pressure in the vacuum vessel 2 is reduced by the vacuum pump 3, X-rays radiated from the plasma P are not attenuated.
[0016]
Inside the vacuum vessel 2, a gas jet nozzle 4 made of stainless steel is arranged. The gas jet nozzle 4 is connected to a valve (both not shown) connected to a gas cylinder. The gas cylinder is filled with a target gas such as xenon (Xe). The target gas in the gas cylinder is sent to a valve via a pipe or the like, and is ejected from the gas jet nozzle 4 into the vacuum vessel 2. The ejected target gas becomes a target material when generating the plasma P.
[0017]
An opening 2 a is formed on the upstream side of the vacuum vessel 2. A mirror (first mirror) 10 is incorporated in the opening 2a. This mirror 10 constitutes a part of the wall on the upstream side of the vacuum vessel 2. The reflecting surface 10a of the mirror 10 is located inside the vacuum container 2, and the back surface 10b of the mirror 10 is exposed to the atmosphere outside the vacuum container 2. A magnetic fluid seal 9 is interposed between the opening 2a of the vacuum vessel 2 and the peripheral surface of the mirror 10, and the two are sealed.
[0018]
In this example, the mirror 10 is a mirror made of low thermal expansion glass (for example, Zerodur or ULE) having a paraboloidal reflecting surface 10a in this example. The reflection surface 10a of the mirror 10 is coated with a Mo / Si multilayer film 12 except for a part of the center of the surface. The multilayer film 12 is configured to reflect X-rays having a wavelength of 13.5 nm. The mirror 10 is arranged so that the plasma P is located at the focal position. Among the X-rays radiated from the plasma P, the X-rays having a wavelength of 13.5 nm are reflected by the reflection surface 10a of the mirror 10, become an X-ray light flux E, and are guided to the subsequent optical system.
[0019]
A water cooling jacket (mirror cooling mechanism) 15 is attached to the back surface 10 b of the mirror 10. The pipe 15a of the water cooling jacket 15 is connected to a water source / pump (not shown). The water-cooling jacket 15 cools the mirror 10 whose temperature has been increased by receiving radiant heat from the plasma P. Since the water-cooling jacket 15 is provided on the air side of the mirror back surface 10b, the piping 15a can be easily routed and the configuration is simple. Further, since the water cooling jacket 15 is exposed to the atmosphere side, maintenance is easy.
[0020]
The laser light source 5 is arranged upstream of the back surface 10b of the mirror 10. A lens 6 is arranged between the mirror 10 and the laser light source 5. The lens 6 condenses the YAG laser light L emitted from the laser light source 5 at the tip of the gas jet nozzle 4. At this time, the YAG laser light L passes through the center of the mirror 10 (where the multilayer film 12 is not coated). By irradiating the target gas with the focused YAG laser light L, plasma P is generated, and X-rays are radiated from the plasma P. At this time, the target gas ejected from the gas jet nozzle 4 is exhausted to the outside of the vacuum vessel 2 by the vacuum pump 3 after the plasma P is generated. In this embodiment, the lens 6 is provided separately. However, the portion of the mirror 10 through which the laser light passes can be formed in a convex shape so as to also serve as a lens, and the lens 6 can be omitted.
[0021]
On the back surface 10b side of the mirror 10, a flange portion 13 that protrudes in a flange shape is formed. This flange portion 13 is engaged with an engagement protrusion 14 formed on the outer surface of the vacuum vessel 2. A piezo element 8 (adjustment means) is mounted between the vacuum vessel 2 and the flange 13 of the mirror 10. The piezo element 8 is an actuator for adjusting the mirror to a normal position / posture after replacing the mirror. As shown in FIG. 2, the piezo element 8 is connected to a control device 33 and operates in response to a signal from the control device 33. In this embodiment, a material transparent to laser light is used as the mirror member, but an opaque material such as silicon, aluminum, or copper may be used. In this case, an opening may be provided in a portion of the mirror through which the laser light passes, and a member (for example, quartz or the like) transparent to the laser light may be attached to the opening. When a metal such as silicon, aluminum, or copper is used as the mirror member, the thermal conductivity is high, and the cooling efficiency is increased.
[0022]
As shown in FIG. 2, a semiconductor laser 30 and a photodiode 31 (detection means) are arranged in the vacuum vessel 2. The position and orientation of the mirror 10 are detected by the semiconductor laser 30 and the photodiode 31. For example, three or more semiconductor lasers 30 are arranged around the mirror 10. The photodiodes 31 are arranged around the mirror 10 corresponding to the respective semiconductor lasers 30. The semiconductor laser 30 and the photodiode 31 are arranged on the reflection surface 10a side of the mirror 10, and are arranged at positions where the X-rays reflected by the mirror 10 are not blocked. The semiconductor laser 30 and the photodiode 31 are connected to a control device 33 similarly to the above-described piezo element 8, and output a position / posture detection signal of the mirror 10 to the control device 33. In FIG. 2, the gas jet nozzle 4, the laser light source 5, the lens 6, and the like in FIG. 1 are not shown.
[0023]
The beam emitted from each semiconductor laser 30 strikes one point of the reflecting surface 10a of the mirror 10, is reflected, and enters the corresponding photodiode 31. The light receiving surface of each photodiode 31 is divided into four, and a detection signal can be extracted from each of the four divided light receiving surfaces. The four detection signals from one photodiode are input to the control device 33. The control device 33 controls the piezo element 8 based on the detection signal, and adjusts the positions of the gas jet nozzle 4 and the mirror 10 and the alignment of the optical system (see FIG. 1) at the subsequent stage.
[0024]
Here, the overall operation of the X-ray generator 1 having the above-described configuration will be described. The YAG laser light L emitted from the laser light source 5 passes through the center of the lens 6 and the mirror 10 and is collected directly on the gas jet nozzle 4. The target gas ejected at a supersonic speed from the gas jet nozzle 4 receives the energy of the condensed YAG laser light L, becomes high temperature, and generates plasma P. When the ions in the plasma transition to the low potential state, they emit X-rays. Of the X-rays incident on the mirror 10, X-rays having a wavelength of about 13.5 nm are reflected by the multilayer film 12 formed on the mirror reflection surface 10 a to become an X-ray luminous flux E. To the system (see FIG. 1).
[0025]
A heat load is applied to the reflecting surface 10a of the mirror 10 by radiant heat from the plasma P. However, since the mirror 10 is cooled by the water cooling jacket 15, a rise in temperature is suppressed. Alternatively, since the back surface 10b of the mirror 10 is exposed to the atmosphere side, the heat of the mirror 10 is radiated to the atmosphere, thereby suppressing the temperature rise.
[0026]
When the scattered particles from the plasma P accumulate on the reflection surface 10a of the mirror 10 as the X-ray generator 1 operates for a long time, the amount of X-rays reflected on the reflection surface 10a of the mirror 10 decreases. When this happens, the original mirror needs to be replaced with a new mirror. At the time of this replacement work, since the mirror 10 constitutes a part of the wall of the vacuum vessel 2, the mirror whose performance has deteriorated can be quickly and easily replaced with a new mirror from the atmosphere side. Therefore, the X-ray generator 1 can quickly return to the original state.
[0027]
Here, the position of the newly installed mirror may slightly deviate from the position of the original mirror. When such a displacement occurs, the position of the reflected light of the laser beam from the semiconductor laser 30 shown in FIG. Therefore, the detection value output from the photodiode 31 also changes. Therefore, the control device 33 drives the piezo element 8 so that the output value of the photodiode 31 substantially matches the condition of the initial state when the original mirror is adjusted. By doing so, a new mirror can be arranged at the same position as the original mirror position. In this embodiment, a piezo element is used as the mirror position adjusting means. However, the present invention is not limited to this, and various other elements such as a motor can be used as long as the mirror position can be changed. .
[0028]
Returning to FIG. 1, the overall configuration of the X-ray exposure apparatus having the X-ray generator 1 will be described.
A vacuum chamber 20 is connected to the downstream side of the vacuum vessel 2. In the vacuum chamber 20, a filter 21 and an aperture plate 23 are arranged. The filter 21 is made of, for example, zirconium (Zr) having a thickness of 0.1 μm, and cuts visible / ultraviolet light from the plasma P. The aperture plate 23 has a disk shape and is arranged downstream of the filter 21. At the center of the opening plate 23, a pinhole 23a is formed. A portion of the aperture plate 23 around the pinhole 23a plays a role of blocking scattered X-rays, X-rays emitted directly to the downstream side without being reflected by the mirror 10, and the like. It is also used to perform differential evacuation on the upstream and downstream sides of the pinhole to increase the degree of vacuum on the downstream side.
[0029]
A gate valve 25 is provided below the opening plate 23 in the vacuum chamber 20. At the time of maintenance such as replacement of the mirror of the X-ray generator 1, the gate valve 25 is closed to isolate the downstream illumination optical system 41 from the vacuum vessel 2. In this embodiment, the filter 21 is arranged on the upstream side of the pinhole 23a. However, the filter 21 may be arranged on the downstream side of the pinhole 23a. By doing so, the X-rays irradiated to the filter 21 are only the X-rays reflected by the mirror 10, so that there is an advantage that the heat load due to the X-rays absorbed by the filter 21 is reduced.
[0030]
An exposure chamber 40 is provided below the vacuum chamber 20. In the exposure chamber 40, an illumination optical system 41, a mask 43, a projection optical system 45, and the like are arranged. The illumination optical system 41 is configured by a reflection mirror of a fly-eye optical system, etc., and shapes the X-ray light beam reflected by the mirror 10 and irradiates the X-ray light beam toward the upper right of FIG. A reflection type mask 43 is arranged on the upper right of the illumination optical system 41 in FIG. A reflection film made of a multilayer film is also formed on the reflection surface of the reflection type mask 43. A mask pattern corresponding to the pattern to be transferred to the wafer 49 is formed on the reflection film. On the downstream side of the reflection type mask 43, a projection optical system 45 and a wafer 49 are sequentially arranged. The projection optical system 45 includes a plurality of reflecting mirrors and the like, reduces the X-rays reflected by the reflective mask 43 to a predetermined reduction magnification (for example, １／), and projects the X-rays on the wafer 49. In FIG. 1, the dimensions of the illumination optical system 41 and the projection optical system 45 are smaller than those of the X-ray generator 1.
[0031]
When performing the exposure operation, the illumination optical system 41 irradiates the reflective surface of the reflective mask 43 with X-rays. At this time, the reflective mask 43 and the wafer 49 are synchronously scanned with respect to the projection optical system 45 at a predetermined speed ratio determined by the reduction magnification of the projection optical system. Thus, the entire circuit pattern of the reflective mask 43 is transferred to each of the plurality of shot areas on the wafer 49 by the step-and-scan method. The chips of the wafer 49 are, for example, 25 × 25 mm square.
[0032]
In the above-described embodiment, the following modifications can be made.
FIG. 3 is a plan view showing another example of the mirror position / posture adjustment unit.
In the above-described embodiment, the semiconductor laser 30 and the photodiode 31 for detecting the position and orientation of the mirror 10 are arranged in the vacuum container 2 (see FIG. 2). As shown in (4), photodiodes 31a to 31d divided into four parts can be arranged on the upstream surface of the aperture plate 23. In this case, when the position of the mirror 10 shifts, the X-ray does not pass through the inside of the pinhole 23a and hits one of the photodiodes 31a to 31d. Alternatively, the area irradiated on one of the photodiodes increases, and the output signal intensity of each photodiode changes. The position and orientation of the mirror can be adjusted based on the detection result of the photodiode at this time. Further, the mirror position can be more precisely adjusted by increasing the number of divisions of the photodiode.
[0033]
In this example, a photodiode is used as the detector, but another detector may be used. For example, as shown in FIG. 3, a metal plate (for example, gold) electrically insulated from the surroundings is arranged around the pinhole, and an ammeter is individually connected between each metal plate and the ground. Good. In this case, if the position of the mirror shifts and the area irradiated on each metal plate changes, the number of photoelectrons emitted from the metal plate changes, and the indicated value of each ammeter connected to each metal plate changes Therefore, the position and the attitude of the mirror can be adjusted based on this. Further, the number of photoelectrons emitted from the metal plate may be monitored instead of the amount of current flowing into the metal plate.
[0034]
FIG. 4 is a diagram illustrating another example of the X-ray generator.
In the above embodiment, the YAG laser light L emitted from the laser light source 5 is transmitted through the center of the mirror 10 and condensed. However, as shown in FIG. The YAG laser light L can be irradiated from the side of the mirror 10 to be focused. In such a configuration, the temperature of the mirror 10 does not rise due to the transmission of the YAG laser light L, so that the temperature of the multilayer film 12 on the mirror reflecting surface 10a does not easily rise. Therefore, the multilayer film 12 is hardly deteriorated, and a decrease in the reflectance of the mirror 10 can be suppressed.
[0035]
FIG. 5A is a diagram showing another example of the X-ray generator, and FIG. 5B is a front view of a mirror of the X-ray generator of FIG. 5A.
In the above-described embodiments shown in FIGS. 1, 2 and 4, the flange portion 13 is integrally formed on the back surface 10 b side of the mirror 10, and the mirror itself forms a part of the vacuum container 2. As shown in FIG. 5A, a configuration using a mirror holding member 16 for holding the mirror 10 ′ with respect to the vacuum vessel 2 may be adopted. The mirror holding member 16 has the same flange portion 13 as described above, and forms a part of the vacuum vessel 2. The mirror 10 ′ is attached to the mirror holding member 16 inside the vacuum vessel 2. As shown in FIG. 5B, the mirror 10 'in this example is composed of a plurality of (six in the figure) segment mirrors, and all the segment mirrors constitute a paraboloid of revolution. Each segment mirror is attached to a mirror holding member 16 via a piezo element (position adjustment mechanism) 17. The example as shown in FIG. 5 is suitable for a case where one mirror is constituted by a plurality of segment mirrors instead of an integral mirror in advance.
[0036]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible to provide an X-ray generator having advantages such as a shorter mirror replacement time or easier mirror cooling and an exposure apparatus having the same. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view schematically showing an exposure apparatus having an X-ray generator according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a mirror position / posture adjustment unit in the X-ray generator of FIG.
FIG. 3 is a plan view showing another example of the mirror position / posture adjustment unit.
FIG. 4 is a diagram showing another example of the X-ray generator.
5 (A) is a diagram showing another example of the X-ray generator, and FIG. 5 (B) is a front view of a mirror of the X-ray generator of FIG. 5 (A).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 X-ray generator 2 Vacuum container 3 Vacuum pump 4 Gas jet nozzle 5 Laser light source 6 Lens 8 Piezo element (adjustment means) 9 Magnetic fluid seal 10 Mirror (first mirror)
10a Reflection surface 10b Back surface 12 Multilayer film 15 Water cooling jacket (mirror cooling mechanism) 15a Piping 20 Vacuum chamber 21 Filter 23 Opening plate 23a Pinhole 25 Gate valve 33 Control device 30 Semiconductor laser (detection means)
31 (31a to 31d) Photodiode (detection means)
Reference Signs List 40 Exposure chamber 41 Illumination optical system 43 Reflective mask 45 Projection optical system 49 Wafer P Plasma E X-ray beam L YAG laser beam

Claims

An X-ray source that converts the target material into plasma and emits X-rays from the plasma;
A vacuum container containing the X-ray source;
A mirror on which X-rays radiated from the X-ray source are incident;
With
An X-ray generator, wherein the mirror or a member holding the mirror forms a part of a wall of the vacuum vessel.

2. The X-ray generator according to claim 1, wherein a back surface of the mirror or a member holding the mirror is exposed outside the vacuum vessel.

3. The X-ray generator according to claim 2, wherein a mirror cooling mechanism is provided on a back surface of the mirror or a member holding the mirror.

A laser light source that generates a laser beam for converting the target material into plasma,
The laser beam may pass through the mirror or a part of a member holding the mirror, or may pass through an opening formed in the mirror and enter the vacuum vessel. The X-ray generator according to 1, 2, or 3.

Detecting means for detecting the position and orientation of the mirror;
Adjusting means for adjusting the position and orientation of the mirror;
Control means for receiving the signal from the detection means and controlling the adjustment means so that the mirror takes a predetermined position and posture;
The X-ray generator according to any one of claims 1 to 4, further comprising:

An X-ray generator according to any one of claims 1 to 5,
An illumination optical system that irradiates a mask with X-rays generated from the X-ray generator;
A projection optical system for projecting and imaging light reflected from the mask on a sensitive substrate,
An exposure apparatus comprising: