JP3941801B2 - パルス状のｘ線を照射する方法 - Google Patents

Description

本発明はＸ線顕微鏡、Ｘ線分析装置，Ｘ線縮小露光装置などのＸ線装置に用いて好適なパルスＸ線照射装置におけるＸ線照射方法に関するものである。

従来、Ｘ線照射装置は、Ｘ線管やＳＯＲ光のように時間的に連続発光するＸ線源を用いる場合には、試料やレジストなどの被照射物に一定量のＸ線を照射するために、Ｘ線源と被照射物の間にシヤッターを設けて、シャッターが開いている時間を制御することにより、照射Ｘ線量が設定照射量となるようにしていた。

Ｘ線の出力が時間的に安定である、前記連続発光可能なＸ線源に対する照射Ｘ線量の制御は容易であるが、パルスＸ線源であり、そのＸ線出力がショット毎に揺らぐ場合には、積算Ｘ線照射量を設定Ｘ線照射量と一致させることが非常に困難である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、試料やレジストなどの被照射物への積算Ｘ線照射量が、予め設定されたＸ線照射量に一致するように、或いは許容範囲内に納まるように、短時間にＸ線照射を行うことができるパルスＸ線照射装置を提供することを目的とする。

そのため、本発明は第一に「被照射物にパルス状のＸ線を照射する方法であって、前記被照射物上の被照射領域内に照射される前記Ｘ線の量を検出する若しくは推定するステップと、前記Ｘ線の積算量と被照射物に照射すべきＸ線量の設定値との差を求めるステップと、前記差が１ショットあたりの平均露光量よりも小さい場合に、被照射物への積算Ｘ線照射量が前記Ｘ線量の設定値に一致するように或いは許容範囲内におさまるように最終ショットの照射Ｘ線量を調整するステップとを有することを特徴とするパルス状のＸ線を照射する方法。」を提供する。

また、本発明は第二に「被照射物にパルス状のＸ線を照射する方法であって、前記被照射物に向かわないＸ線のうち光学系で使用される波長域のＸ線の量を検出するステップと、前記検出されたＸ線量から前記被照射物に照射されるＸ線量を推定するステップと、前記推定されたＸ線の積算量と被照射物に照射すべきＸ線量の設定値との差を求めるステップと、前記差が１ショットあたりの平均露光量よりも小さい場合に、被照射物への積算Ｘ線照射量が前記Ｘ線量の設定値に一致するように或いは許容範囲内におさまるように最終ショットの照射Ｘ線量を調整するステップとを有することを特徴とするパルス状のＸ線を照射する方法。」を提供する。

また、本発明は第三に「被照射物の被照射領域にパルス状のＸ線を照射する方法であって、前記被照射領域に照射されるＸ線量を被照射領域に向かわないＸ線であり、かつ、Ｘ線光学系で使用されている波長域のＸ線量を検出することにより推定し、これに基づき被照射領域の露光量制御を行うことを特徴とするパルス状のＸ線を照射する方法。」を提供する。

本発明によれば、試料やレジストなどの被照射物への積算Ｘ線照射量が、予め設定されたＸ線照射量に一致するように、或いは許容範囲内に納まるように、短時間にパルスＸ線照射を行うことができる。

減圧された真空容器内の標的部材にパルス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線を取り出して被照射物に照射するパルスＸ線照射装置において、被照射領域内に照射するＸ線露光量が設定値（設定Ｘ線露光量）と一致するように短時間でＸ線露光を行うためには、標的部材に許容上限強度の励起エネルギービームを照射させて発生させたＸ線により露光を続け、積算Ｘ線露光量と設定Ｘ線露光量との差がそれまでの平均露光量（１ショットあたり）よりも小さくなったときに、その差分だけのＸ線が発生するように、励起エネルギービームを調整すればよい。

そこで、被照射領域内に照射されるＸ線の量（Ｘ線露光量）が設定Ｘ線露光量と等しくなるように、或いは設定露光量との差が許容範囲内となるように、短時間にてＸ線を照射することができるように、本発明のパルスＸ線照射装置は、被照射物上の被照射領域内に照射されたＸ線の量を検出するか、或いは推定するＸ線量検出部と、該Ｘ線量検出部により検出または推定されたＸ線量、その積算量及び前記被照射物に照射すべきＸ線量の設定値を記憶する記憶部と、前記検出または推定されたＸ線量を積算すると共に、その積算量を前記Ｘ線量設定値と比較する演算部と、前記プラズマを形成するためのパルス励起エネルギービームの強度を変化させるビーム強度調整部と、前記Ｘ線量検出部、記憶部、演算部、及びビーム強度調整部の動作を制御する制御部とを具備している。

照射Ｘ線露光量と設定Ｘ線露光量との差はゼロであるか、或いはできるだけ小さいことが好ましく、そのために、本発明にかかるパルスＸ線照射装置は、前記パルス励起エネルギービームの強度を検出するか、或いは推定するビーム強度検出部を更に具備し、また前記制御部に該ビーム強度検出部の動作を制御する機能を付加することが好ましい。

かかる構成にすることにより、後述する相関データの随時補正が可能となる。
本発明にかかるビーム強度調整部をパルス励起エネルギービームの光路中に設けた透過率可変のフィルターによる調整機構とすると、容易にビーム強度を調整できるので好ましい。

本発明にかかるパルス励起エネルギービームの発生源をＱスイッチレーザー装置とし、かつ、ビーム強度調整部を該Ｑスイッチレーザー装置の発振器内に設置されたＱスイッチの、Ｑスイッチ作動指示信号とレーザー媒質の励起開始信号との時間差を調整する遅延時間調整機構とすると、ビームパターン、ビーム広がり角、及びビーム光軸の不都合な変化を引き起こすことなくビーム強度を調整できるので好ましい。

例えば、Ｑ−スイッチ固体レーザーの場合、レーザー媒質を励起する励起エネルギーを変えることでレーザーエネルギーを可変にできるが、励起エネルギーを変えると、レーザー媒質内の熱的な歪みが変化して、その結果、レーザーパターン、ビーム広がり角、またはレーザー光軸にかかる不都合な変化が発生して好ましくないが、本発明のように、Ｑ−スイッチのタイミングとレーザー媒質励起のタイミングとの時間差を変えるだけであれば、そのような不都合は起こらない。

また、本発明のような構成にすることにより、高繰り返しレーザーに於いてもレーザーエネルギーを可変にすることができる。
前記レーザー媒質の励起開始信号としては、前記Ｑスイッチレーザー装置に設けた発振器内のレーザー媒質の励起を開始する信号、または前記Ｑスイッチレーザー装置に設けた増幅器内のレーザー媒質の励起を開始する信号を用いることができる。

本発明にかかるパルス励起エネルギービームの発生源を放電励起レーザー発生部とした場合には、前記ビーム強度調整部を該放電励起レーザー装置のエネルギー蓄積キャパシターの充電電圧を調整する充電電圧調整機構とすると、容易にレーザーエネルギーを変化させることができるので好ましい。

前述したように、被照射領域内に照射するＸ線露光量が設定値（設定Ｘ線露光量）と一致するように短時間でＸ線露光を行うためには、標的部材に許容上限強度の励起エネルギービームを照射させて発生させたＸ線により露光を続け、積算Ｘ線露光量と設定Ｘ線露光量との差がそれまでの平均露光量（１ショットあたり）よりも小さくなったときに、その差分だけのＸ線が発生するように、励起エネルギービームを調整すればよい。

そこで、かかる制御をより正確かつ短時間に行う上で、本発明にかかる演算部は、記憶部に記憶されたＸ線量及びその積算量に基づいて、それまでの所定期間内における１ショットあたりの平均Ｘ線量を算出し、また本発明にかかる記憶部は、その平均Ｘ線量を記憶しておくことが好ましい。

また、同じく前記制御をより正確かつ短時間に行う上で、本発明にかかる記憶部は、パルス励起エネルギービームの強度とビーム強度調整部の調整機構にかかる調整量との相関データ、及び前記ビームの強度もしくは前記調整量と照射Ｘ線量との相関データを記憶しておくことが好ましい。

パルス励起エネルギービームの強度とビーム強度調整部の調整機構にかかる調整量との相関データとしては、例えば、Ｑスイッチレーザー（パルス励起エネルギービームの一例）のエネルギー値と、Ｑスイッチ作動指示信号及びレーザー媒質の励起開始信号の時間差との相関データが利用できる。

かかるデータを記憶部に記憶させておくことにより、即座に必要とするエネルギー値を有するパルスレーザー光を発信させることができる。
また、前記ビームの強度もしくは前記調整量と照射Ｘ線量との相関データとしては、例えば、パルスレーザーのエネルギー値もしくは前記時間差と、照射Ｘ線量との相関データが利用できる。

かかるデータを記憶部に記憶させておくことにより、即座に必要とする露光量を有するＸ線を発生させることができる。
Ｘ線源としてレーザープラズマＸ線源（ＬＰＸ）などのプラズマＸ線源を用いた場合には、プラズマまたはその周辺から放出される飛散粒子が、Ｘ線源と被照射物との間にある光学素子上に付着・堆積し、次第にＸ線の透過率（反射率）が低下して被照射領域内への露光量が減少する。

この様な場合に於いても、前記相関データを記憶部に記憶させておくことにより、即座に必要とする露光量を有するＸ線を発生させることができる。
例えば、先ずはじめに、光学素子が汚れていない状態におけるパルスレーザー（Ｑスイッチレーザー）のエネルギー値もしくは前記時間差と、照射Ｘ線量との相関データを記憶部に記憶させる。

Ｘ線照射装置の運転中に運転開始時と同じレーザーエネルギー値であるにもかかわらず、照射Ｘ線量が減少した場合には光学素子の汚れによる減少と考えられる。
そこで、運転中の所定レーザーエネルギー値に対する照射Ｘ線量と運転開始時の同一レーザーエネルギー値に対する照射Ｘ線量の比を求めれば、それが光学系の透過率（伝達率）の減少率になるので、この値を用いて、パルスレーザーのエネルギー値もしくは前記時間差と、照射Ｘ線量との相関データを随時補正することにより、即座に必要とする露光量を有するＸ線を発生させることができる。

また、前記制御をより正確かつ短時間に行う上で、本発明にかかる制御部は、被照射物に照射すべきＸ線量の設定値と被照射物への照射Ｘ線積算量との差がそれまでの所定期間内における１ショットあたりの平均Ｘ線照射量よりも小さくなったときに、前記ビーム強度調整部の調整機構を動作させて、次のショットにおける照射Ｘ線量が前記差と等しくなるように、前記パルス励起エネルギービームの強度を設定することが好ましい。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこの例に限定されるものではない。

図１は本実施例のＸ線照射装置の概略構成ブロック図である。
該装置では、パルス励起エネルギービームの発生源としてフラッシュランプ励起のＱ−スイッチＹＡＧレーザー装置１０１を用いている。レーザー出力光はミラー１０７で反射された後、レンズ１１１により真空容器１１２内に配置された標的１１３上に集光され、プラズマ１１４を生成させる。

プラズマ１１４から輻射されたＸ線の一部１１５は、Ｘ線光学系１１６により結像されて被照射物１１７上に照射される。このとき、照射されるＸ線の一部は開口付きＸ線検出器（Ｘ線量検出部の一例）１１８により検出され、その出力信号は制御処理部１２２に伝えられる。

制御処理部１２２は、後述する記憶部、演算部及び制御部を内蔵したマイクロコンピュータである。
Ｘ線検出器１１８の出力と被照射物１１７上へ照射されるＸ線量は予め較正されており、Ｘ線検出器１１８の出力信号から被照射物１１７上への照射Ｘ線量を知ることができるようになっている。

Ｘ線検出器１１８の出力信号は、前記演算部の積算器により積算されるとともに、１ショットあたりの平均Ｘ線量が演算部により求められて前記記憶部に記憶される。また、記憶部には予め、パルスレーザーの出力エネルギー値と、Ｑスイッチ（例えば、ポッケルスセルなど）１０２の作動指示信号及びレーザー媒質の励起開始信号の時間差との相関データと、前記エネルギー値もしくは前記時間差と照射Ｘ線量の相関データが記憶されている。

なお、前記レーザー媒質の励起開始信号は、発振器段１０５及び増幅器段１０６のフラッシュランプのトリガー信号とした。
積算器の積算値（被照射物上に照射されたＸ線の積算露光量に相当）の設定値（設定Ｘ線露光量）に対する差が前記１ショットあたりの平均Ｘ線量よりも小さくなったとき、前記記憶部に記憶された相関データに基づいて、前記設定値と積算値の差に等しいＸ線量となるように、前記信号の時間差をレーザー装置１０１内に設けた遅延時間調整機構により調整することで最終ショットにかかるパルスレーザーのエネルギー値を設定して照射する。

この様にすることにより、被照射物への積算Ｘ線照射量が、予め設定されたＸ線照射量に一致するように、或いは許容範囲内に納まるように、短時間にパルスＸ線照射を行うことができる。

さらに、レーザー光１０８の一部をビームスプリッター１０９によりレーザーエネルギー測定器（ビーム強度検出部の一例）１１０に入射させ、レーザーエネルギーをモニターすることにより、先に述べたように、光学素子の汚れによる相関データの変化を補正しながら露光を行うことができる。

また、照射Ｘ線の一部をモニターすることができない場合には、他の場所に置かれているＸ線検出器の出力信号から推定しても良い。図１では、利用しようとするＸ線１１５及びプラズマ１１４に対して対称な位置に透過型回折格子を用いた分光器を設置し、そのスペクトルを１次元検出器（Ｘ線量検出部の一例）１２１により測定している。

ここで、１次元検出器１２１により検出されたスペクトルのうち、Ｘ線光学系１１６で使用されている波長域の信号と被照射物１１７に照射されているＸ線量とを予め較正しておく。そして、１次元検出器１２１で検出されたスペクトルを積算することにより、被照射物１１７上に照射された積算露光量を知ることができる。

プラズマから輻射されるＸ線量及びスペクトルの角度分布は、プラズマに対して対称と考えられるので、この様な位置で観察することにより、照射Ｘ線と同じ強度及びスペクトルをモニターできる。

本実施例では、パルス励起エネルギービームの発生源としてフラッシュランプ励起Ｑ−スイッチＹＡＧレーザー装置を用いたが、レーザーダイオード励起の固体レーザー装置を用いても良い。

また、パルス励起エネルギービームの発生源として放電励起型のレーザー装置を用いてもよく、この場合には、レーザーエネルギーを調整する機構（ビーム強度調整部の一例）として、励起エネルギー蓄積キャパシターの充電電圧を調整する充電電圧調整機構とすればよい。

また、レーザーエネルギーを調整する機構を前記レーザーの光路中に設けた透過率可変のフィルターによる調整機構としてもよい。

は、実施例のＸ線照射装置の概略構成ブロック図である。

符号の説明

１０１…Ｑ−スイッチＹＡＧレーザー装置（パルス励起エネルギービーム発生源の一例）
１０２…Ｑ−スイッチ（ポッケルスセル）
１０３，１０４…レーザー媒質（ＹＡＧロッド）
１０５…発振器段
１０６…増幅器段
１０７…ミラー
１０８…レーザー光（励起エネルギービームの一例）
１０９…ビームスプリッター１１０…レーザーエネルギー測定器（ビーム強度検出部の一例）
１１１…レンズ
１１２…真空容器
１１３…標的部材
１１４…プラズマ
１１５…利用する（取り出す）Ｘ線１１６…Ｘ線光学系
１１７…被照射物
１１８…Ｘ線検出器（Ｘ線量検出部の一例）
１１９…スリット
１２０…透過型回折格子
１２１…１次元検出器（Ｘ線量検出部の一例）
１２２…制御処理装置（制御部の一例）
以上

Claims (4)

1. 被照射物にパルス状のＸ 線を照射する方法であって、
   前記被照射物上の被照射領域内に照射される前記Ｘ 線の量を検出する若しくは推定するステップと、
   前記被照射領域内に照射されるＸ線の積算量と被照射物に照射すべきＸ線の量の設定値との差を求めるステップと、
   前記差が１ ショットあたりの平均露光量よりも小さい場合に、被照射物へ照射されるＸ線の積算量が前記Ｘ線量の設定値に一致するように或いは許容範囲内におさまるように最終ショットの照射Ｘ線量を調整するステップとを有することを特徴とするパルス状のＸ 線を照射する方法。
2. 被照射物にパルス状のＸ線を照射する方法であって、
   前記被照射物に向かわないＸ線のうち光学系で使用される波長域のＸ線の量を検出するステップと、
   前記検出されたＸ 線の量から前記被照射物に照射されるＸ線の量を推定するステップと、
   前記推定されたＸ線の積算量と被照射物に照射すべきＸ線量の設定値との差を求めるステップと、
   前記差が１ショットあたりの平均露光量よりも小さい場合に、被照射物へ照射されるＸ線の積算量が前記Ｘ線量の設定値に一致するように或いは許容範囲内におさまるように最終ショットの照射Ｘ線量を調整するステップとを有することを特徴とするパルス状のＸ 線を照射する方法。
3. 請求項１記載の方法であって、
   前記被照射物上の被照射領域内に照射される前記Ｘ 線の量を検出する若しくは推定するステップでは、前記被照射領域に向かわないＸ 線を分光する事によりＸ 線光学系で使用されている波長域と同じ波長域のＸ 線の量を検出することを特徴とする方法。
4. 請求項２記載の方法であって、
   前記被照射物に向かわないＸ線のうち光学系で使用される波長域のＸ線の量を検出するステップでは、前記被照射領域に向かわないＸ 線を分光する事によりＸ 線光学系で使用されている波長域と同じ波長域のＸ 線の量を検出することを特徴とする方法。
   

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