JP3775840B2 - パルスx線照射装置、x線縮小露光装置 - Google Patents
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Description
【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線照射装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【0004】
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。
【0005】
【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、
前記被照射物上の被照射領域内に照射された前記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、
を具備したことを特徴とするパルスX線照射装置(請求項1)」を提供する。
【0006】
また、本発明は第二に「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、
前記被照射物上の被照射領域内に照射された前記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と、
前記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、ビーム強度検出部、及びビーム強度調整部の動作を制御する制御部と、
を具備した事を特徴とするパルスX線照射装置(請求項2)」を提供する。
【0007】
また、本発明は第三に「前記ビーム強度調整部を前記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したことを特徴とする請求項1または2記載のパルスX線照射装置(請求項3)」を提供する。また、本発明は第四に「前記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、前記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したことを特徴とする請求項1または2記載のパルスX線照射装置(請求項4)」を提供する。
【0008】
また、本発明は第五に「前記レーザー媒質の励起開始信号が前記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であることを特徴とする請求項4記載のパルスX線照射装置(請求項5)」を提供する。
また、本発明は第六に「前記レーザー媒質の励起開始信号が前記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であることを特徴とする請求項4記載のパルスX線照射装置(請求項6)」を提供する。
【0009】
また、本発明は第七に「前記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装置とし、かつ、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したことを特徴とする請求項1または2記載のパルスX線照射装置(請求項7)」を提供する。
【0010】
また、本発明は第八に「前記演算部は、前記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、また前記記憶部は、その平均X線量を記憶することを特徴とする請求項1〜7記載のパルスX線照射装置(請求項8)」を提供する。
また、本発明は第九に「前記記憶部は、前記パルス励起エネルギービームの強度と前記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前記照射X線量との相関データを記憶することを特徴とする請求項1〜8記載のパルスX線照射装置(請求項9)」を提供する。
【0011】
また、本発明は第十に「前記制御部は、前記被照射物に照射すべきX線量の設定値と前記被照射物への照射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を特徴とする請求項1〜9記載のパルスX線照射装置(請求項10)」を提供する。
【0012】
【発明の実施の形態】
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。
【0013】
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(請求項1〜10)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。
【0014】
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(請求項2)。
【0015】
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(請求項3)。
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(請求項4)。
【0016】
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(請求項4)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。
【0017】
また、本発明(請求項4)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(請求項5)、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(請求項6)を用いることができる。
【0018】
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(請求項7)。
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。
【0019】
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(請求項8)。
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(請求項9)。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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(請求項10)。
【0026】
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。
【0027】
【実施例】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】は、実施例のX線照射装置の概略構成ブロック図である。
【主要部分の符号の説明】
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 (13)
- 減圧された真空容器内の標的部材にレーザビームを照射してプラズマを形成させ、該プラズマから放出されるX線を被照射物に照射するパルスX線照射装置において、
前記被照射物上の被照射領域内に照射された前記X線量を検出するか、或いは前記被照射領域内に照射されるX線量を前記被照射物へ向かわないX線を検出する事によって推定する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積算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、その積算量を前記照射すべき積算X線量の設定値と比較する演算部と、
前記レーザビームの強度が所望の値となるようにその強度を変化させるビーム強度調整部と、
前記被照射物に照射すべき積算X線量の設定値と前記被照射物への照射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制御する制御部と、を具備し、
前記X線量検出部は前記プラズマから放出されるX線のうち光学系で使用されている波長域のX線を検出することを特徴とするパルスX線照射装置。 - 減圧された真空容器内の標的部材にレーザビームを照射してプラズマを形成させ、該プラズマから放出される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、
前記被照射物上の被照射領域内に照射された前記X線量を検出するか、或いは前記被照射領域内に照射されるX線量を前記被照射物へ向かわないX線を検出する事によって推定する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積算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、その積算量を前記照射すべき積算X線量の設定値と比較する演算部と、
前記レーザ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と、
前記レーザビームの強度を変化させるビーム強度調整部と、
前記被照射物に照射すべき積算X線量の設定値と前記被照射物への照射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制御する制御部と、
を具備した事を特徴とするパルスX線照射装置。 - 前記ビーム強度調整部を前記レーザ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したことを特徴とする請求項1または2記載のパルスX線照射装置。
- 前記レーザビームの発生源をQスイッチレーザー装置とし、かつ、前記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したことを特徴とする請求項1または2記載のパルスX線照射装置。
- 前記レーザー媒質の励起開始信号が前記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であることを特徴とする請求項4記載のパルスX線照射装置。
- 前記レーザー媒質の励起開始信号が前記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であることを特徴とする請求項4記載のパルスX線照射装置。
- 前記レーザビームの発生源を放電励起レーザー装置とし、かつ、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したことを特徴とする請求項1または2記載のパルスX線照射装置。
- 前記演算部は、前記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、また前記記憶部は、その平均X線量を記憶することを特徴とする請求項1〜7記載のパルスX線照射装置。
- 前記記憶部は、前記レーザビームの強度と前記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前記照射X線量との相関データを記憶することを特徴とする請求項1〜8記載のパルスX線照射装置。
- 前記プラズマから放出されるX線のうち光学系で使用されている波長域のX線を検出するX線量検出部を有する請求項2記載のパルスX線照射装置。
- 前記X線検出部が利用しようとするX線及び該プラズマに対して対称な位置に配置されていることを特徴とする請求項10記載のパルスX線照射装置。
- 前記被照射物に照射されるX線の一部を検出するように前記X線量検出部が設置されていることを特徴とする請求項1から11記載のパルスX線発生装置。
- 請求項1―12のいずれか1項に記載のパルスX線発生装置を備えたX線縮小露光装置。
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