KR20030051206A - 연ｘ선 광원장치 및 ｅｕｖ 노광장치 및 조명방법 - Google Patents

연ｘ선 광원장치 및 ｅｕｖ 노광장치 및 조명방법 Download PDF

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Abstract

(과제) 복수의 방전 플라즈마 광원을 묶음으로 한 경우 각 광원으로부터의 광속을 유효하게 활용할 수 없다.
(해결수단)
복수의 점광원과, 복수의 점광원으로부터의 광을 일점으로 집광시키는 집광반사광학계와, 상기 집광반사광학계를 통과한 각 광원으로부터의 광을 반사시키는 각도가변미러와, 상기 각도가변미러에 입사되는 광속에 따라 각도가변미러의 각도를 변경함으로써 각 점광원으로부터의 광속을 동일 방향으로 반사시키는 각도제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 연X선 광원장치.

Description

연Ｘ선 광원장치 및 ＥＵＶ 노광장치 및 조명방법{SOFT X-RAY LIGHT SOURCE DEVICE AND EUV EXPOSURE APPARATUS AND ILLUMINATING METHOD}
본 발명은 EUV 노광장치, 연X선 현미경, 연X선 분석장치 등과 같은 연X선 광학기기에 사용되는 연X선 광원장치 및 EUV 노광장치 및 피대상물의 조명방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 집적회로 소자의 미세화에 따라 광의 회절한계에 의해 제한되는 광학계 해상력을 향상시키기 위해 종래의 자외선 대신 이보다 파장이 짧은 X선을 사용한 투영리소그래피기술이 개발되고 있다. 이 기술에 사용되는 X선 투영노광장치 (X선 노광전사장치) 는 주로 X선원, 조명광학계, 마스크 (레티클), 결상 (투영)광학계, 웨이퍼, 마스크를 이동시키는 스테이지 등으로 구성된다. 최근, 개발되고 있는 것은 X선 영역의 파장이 10∼15 ㎚ 인 EUV 로 지칭되는 파장 (연X선)의 광을 사용한 것으로 이 EUV 광을 사용한 노광장치를 EUV 노광장치로 칭한다.
이 EUV 광원으로서는 방사광 광원도 검토되고 있지만, 광량이 낮기 때문에 레이저 플라즈마 광원, 방전 플라즈마 광원이 주목되고 있다. 현재, 광원에 요구되는 EUV 광의 출력은 파장 13∼14 ㎚ 부근, 밴드폭 2% (약 0.3 ㎚) 이고 50∼150 W 이다. 노광량제어 (노광량 균일성 등) 를 위한 요청에서, 반복주파수는 5 ㎑ 이상으로 할 필요가 있다. 또, 에텐듀(etendu: 광원의 면적과 입체각의 곱)로 칭해지는 양이 중요하며, 에텐듀는 조명영역의 면적과 조명광속의 입체각의 곱을 초과해서는 안된다. EUV 노광장치에서는 종래의 광노광장치와 비교하여 조명영역의 면적도 조명광속의 입체각도 작아져 에텐듀의 값은 1㎟ str 정도 이하로 억제할 필요가 있다. 에텐듀가 이보다 커지면 그만큼의 광속은 조명영역으로 유도되는 것이 원리적으로 불가능해진다.
방전 플라즈마 광원은 전극간의 방전에 의해 전극재료 또는 전극 근방에 배치된 표적물질을 플라즈마화하여 그 플라즈마로부터 연X선을 복사시키는 것이다. 이 방전플라즈마 광원은 레이저 플라즈마 광원이나 방사광 광원과 비교하여 장치구성이 단순하고 소형이며, 방출되는 연X선의 양이 비교적 많고 또한 공급되는 전력에 대한 연X선으로의 변환효율이 높아 효율적이며 저비용이다. 이와 같은 방전플라즈마 광원으로는 Z-핀치 플라즈마 광원, 캐필러리 방전플라즈마 광원, 플라즈마포커스 광원 등의 다양한 형태가 개발되어 있다.
방전플라즈마 광원의 최대출력은 주로 열부하의 한계에 의해 제한된다. 상기한 형태의 모든 방전플라즈마 광원에서는 전극간에 대전류를 흐르게 하여 표적물질로부터 고온의 플라즈마를 생성시키고 있다. 생성된 플라즈마를 흘려보내는 대전류는 전극으로도 흘러들어가 전극의 저항에 의해 발열되어 전극온도가 상승한다. 또, 플라즈마는 전극 근방에서 생성되기 때문에 플라즈마로부터의 복사에 의해서도 전극이 가열된다. 또, 연X선 영역의 파장을 발생시키는 플라즈마 광원에서는 플라즈마 주위의 가스에 의한 연X선의 흡수를 저감시키기 위해 광원부분을 챔버로 둘러싸고 그 안을 감압상태로 하고 있다. 이로써, 가열된 전극으로부터 대류나 열전도에 의해 열을 분산시킬 수 없어 전극의 온도상승을 조장하고 있다.
이와 같은 전극온도의 상승은 플라즈마 생성의 반복주파수가 높은 경우는 특히 현저하며, 최종적으로는 전극이 용융되어 플라즈마 생성이 불가능해질 우려가 있다.
이와 같은 열부하의 제한에 의해 방전 플라즈마 광원이 달성할 수 있는 EUV 출력은 20∼30 W 정도로 여겨지고 있다. 이것은 EUV 노광장치가 필요로 하는 EUV 출력 (50∼150 W) 에는 부족하다.
그래서, 도 1 에 나타내는 바와 같이 복수의 방전플라즈마 광원을 묶음으로 하여 사용하는 것이 고려된다.
그러나, 도 2 에 나타내는 바와 같이 단순하게 묶음으로 한 것만으로는 광원의 실효적인 치수가 커지게 되고, 그 결과 에텐듀가 지나치게 커져 광원으로부터의 광속을 유효하게 활용할 수 없다. 도 2a 는 단일의 방전플라즈마 광원을 정면에서 본 도면이다. 광원 (7) 의 직경 (10 ㎜ 정도 이상) 에 대해 발광부 (8) 의 직경 (0.1 ㎜ 정도 이하) 은 작다. 이 경우의 에텐듀는 발광부 (1) 의 면적과 집광광학계의 입체각으로 정해진다. 한편, 복수의 광원을 묶음으로 한 경우에는 에텐듀를 정하는 실효적인 광원면적은 발광부의 면적의 합이 아니라 모든 발광부를 포함하는 최소원의 면적이 된다. 도 2b 는 이 예로서, 4개의 방전플라즈마 광원을 묶음으로 한 경우를 나타낸다. 광원면적은 발광부 (8a-8d) 의 합이 아니라 원 (11) 의 면적이 된다. 따라서, 에텐듀의 크기는 단일 광원의 경우보다 현저하게 커지게 되므로, 실제로 이용할 수 있는 EUV 광의 출력은 거의 증가하지 않는다.
본 발명은 이상과 같은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 복수의 광원을 묶음으로 하여 이용가능한 광량을 증대시킬 수 있는 연X선 광원장치 및 그것을 이용한 EUV 노광장치 및 조명방법을 제공하는 것이다.
도 1 은 복수 방전플라즈마 광원을 묶음으로 한 모양을 나타내는 도면.
도 2 는 복수 광원을 묶음으로 한 경우의 에텐듀를 설명하는 도면.
도 3 은 본 발명에 의한 연X선 광원장치를 적용할 수 있는 EUV 노광장치를 나타내는 도면.
도 4 는 본 발명에 의한 연X선 광원장치의 제 1 실시형태를 나타내는 도면.
도 5 는 복수 광원의 바람직한 묶음법을 나타내는 도면.
도 6 은 집광광학계의 구체적 형태를 나타내는 도면.
도 7 은 본 발명에 의한 연X선 광원장치의 운전 모양을 나타내는 도면.
도 8 은 본 발명에 의한 연X선 광원장치의 제 2 실시형태를 나타내는 도면.
도 9 는 본 발명에 의한 연X선 광원장치의 제 3 실시형태를 나타내는 도면.
도 10 은 본 발명에 의한 연X선 광원장치의 제 4 실시형태를 나타내는 도면.
도 11 은 본 발명을 사용하지 않는 경우의 집광 모양을 나타내는 도면.
도 12 는 본 발명에 의한 연X선 광원장치의 일례를 나타내는 도면.
도 13 은 본 발명에 의한 연X선 광원장치의 제 5 실시형태를 나타내는 도면.
도 14 는 본 발명에 의한 연X선 광원장치의 제 5 실시형태의 일례를 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 점광원 2: 집광광학계
3: 집광점 4: 평면미러
5: 각도가변 평면미러 50: 광속이 교차하는 위치
6: 집광점 60: 집광점
7: 광원 8: 발광부
9: 구면 11: 모든 발광부를 포함하는 최소원(圓)
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는, 복수의 점광원과, 복수의 점광원으로부터의 광을 일점으로 집광시키는 집광반사광학계와, 상기 집광반사광학계를 통과한 각 광원으로부터의 광을 반사시키는 각도가변미러와, 상기 각도가변미러에 입사되는 광속에 따라 각도가변미러의 각도를 변경함으로써 각 점광원으로부터의 광속을 동일한 방향으로 반사시키는 각도제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 연X선 광원장치를 제공한다.
또한, 본 발명에서 말하는 점광원이나 집광점 등의 점의 의미는 반드시 진짜점이 아니라 실제로는 수십 ㎛ 내지 수백 ㎛ 의 크기를 하고 있어도 관계없다.
발명의 실시형태
도 3 은 본 발명에 관계되는 실시형태에 의한 연X선 광원장치 (S) (상세하게는 후술) 를 구비한 X선 노광장치의 일례를 나타내는 구성도이다.
X선 노광장치는 주로 연X선 광원장치 (S), 조명광학계, 마스크 (M) 의 스테이지 (도시생략), 투영광학계, 웨이퍼 (W) 의 스테이지 (도시생략) 등으로 구성되어 있다. 연X선 광원장치 (S) 에는 후술하는 광원장치가 이용되고, 광원 (S) 으로부터의 조명광속 (IB) 이 조명광학계 (IR1, IR2, IR3 및 IR4 등) 를 향한다. 조명광학계 (IR1, IR2, IR3 및 IR4 등) 는 반사면에 경사진 방향에서 입사된 연X선을 반사시키는 경사입사미러, 반사면이 다층막으로 형성되는 다층막 미러 및 소정의 파장의 연X선만을 투과시키는 필터 등으로 구성되어 있다. 이 조명광학계에 의해 마스크 (M) 위를 원하는 파장의 연X선 (EUV 광) 으로 조명한다.
연X선의 파장영역에서는 투명한 물질은 존재하지 않으므로 마스크 (M) 에는 종래의 투과형 마스크가 아니라 반사형 마스크가 사용된다. 투영결상광학계는 복수의 다층막 미러 (PR1, PR2, PR3 및 PR4) 등으로 구성되어 있다. 마스크 (M) 위에 형성된 회로패턴은 투영결상광학계의 의해 레지스트가 도포된 웨이퍼 (W) 위에 결상하여 이 레지스트에 전사된다. 또한, 연X선은 대기로 흡수되어 감쇠되기 때문에, 그 광로는 모두 소정의 진공도 (예컨대, 1×10-5Torr 이하) 로 유지되어 있다. 노광방식은 스텝 앤드 리피트 방식이나 스캔노광방식 등이 가능하며,도시생략의 마스크스테이지, 웨이퍼스테이지는 각각 상대적으로 이동이 가능하다.
도 4 에 본 발명의 실시형태에 의한 연X선 광원장치를 나타낸다. 복수의 점광원 (1a∼1c) 에서 발생한 발산광속을 하나의 집광광학계 (2) 로 집광한다 (도 4 에서는 집광광학계로서 렌즈가 그려져 있지만, 도 6 을 이용하여 후술하는 바와 같이 실제로는 집광광학계 (2) 는 반사광학계로 구성됨). 원래의 점광원의 위치가 다르기 때문에 각각의 점광원 (1a∼1c) 에 대응하는 집광점 (3a∼3c) 은 다른 위치에 형성된다. 각 집광점의 앞쪽 (집광광학계측) 에, 광속을 거부하지 않는 위치에 평면미러 (4a∼4c) 를 배치한다. 평면미러 (4a∼4c) 로 반사된 후의, 각 점광원 (1a∼1c) 의 집광점 (6) 의 위치가 일치하도록 평면미러 (4a∼4c) 는 배치되어 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써 다른 점광원에서 발생한 광속의 집광점 위치를 일치시킬 수 있다. 그러나, 이것만으로는 다른 집광원에서 발생한 광속은, 집광점 (6) 을 통과한 후에 다른 방향으로 진행하게 되므로, 집광점 (6) 의 위치에 각도가변 평면미러 (5) 를 배치하고, 이 각도가변 평면미러 (5) 를 집광점 (6) 을 중심으로 돌림으로써 반사광 방향을 항상 동일하게 할 수 있다. 각 점광원 (1a∼1c) 은 동시에 발광시키지 않고 순차적으로 발광시킨다. 점광원 (1a) 이 발광하고 있을 때는 각도가변 평면미러 (5) 를 5a 의 각도로 하고, 점광원 (1b) 이 발광하고 있을 때는 각도가변 평면미러 (5) 를 5b 의 각도로 한다. 점광원 (1c) 이 발광하고 있을 때는 각도가변 평면미러 (5) 를 5c 의 각도로 한다.
각도가변 평면미러 (5) 및 점광원 (1a∼1c) 은 각각 제어부 (100) 와 전기적으로 접속되어 있고, 상기 서술한 제어가 실시된다. 광원의 발광제어로는 방전플라즈마 광원은 전기적으로 트리거를 가하여 고압펄스를 인가함으로써 발광 타이밍을 제어하면 된다. 또, 레이저 플라즈마는 여기용 레이저광의 발광 타이밍으로 제어하면 된다. 방사광은 (엄밀하게는 매우 고속인 펄스발광이지만) 거의 연속발광 광원이므로 방사광의 경우는 다른 발광점 (각 점에서는 지속적으로 발광하고 있음) 으로부터의 광을 본 발명에 의해 모을 수 있다. 이와 같이 발광하고 있는 점광원에 맞춰 각도가변 평면미러 (5) 의 각도를 조정함으로써, 각도가변 평면미러 (5) 로 반사시킨 후의 광속 방향을 항상 일정하게 유지시킬 수 있다. 이상과 같이 하여 상이한 점광원 (1a∼1c) 을 하나의 집광점 (6) 으로부터 일정 방향으로 발산하는 2차광원으로 변환할 수 있어 실효적으로 광원의 에텐듀를 축소할 수 있고, 이 후에 배치되는 조명광학계에 의해 광속을 유효하게 이용할 수 있게 된다. 도 4 의 각도가변 미러 (6) 에서 반사된 광속 (IB) 이 도 3 의 광원장치 (S) 로부터 확대되면서 조명광학계를 향하는 광속 (IB) 에 대응한다.
도 4 에서는 간편함을 위해 1차원 도면을 그렸지만, 실제로는 지면에 수직방향에도 점광원을 배치할 수 있다. 본 실시예에서는 도 1 에 나타내는 바와 같이 9 개의 Z핀치 방전플라즈마 광원을 묶음으로 하여 사용하였다.
일반적으로 광원의 발광강도에는 각도 분포가 있고, 통상은 발광부에 수직인 방향이 제일 강하므로, 그 방향이 집광광학계에 의한 집광점 (3a∼3c) 방향과 일치하도록 도 5 에 나타내는 바와 같이 각 Z핀치 플라즈마방전 광원 (7a∼7c) 을 서로 비스듬히 배치하였다.
평면미러 (4a∼4c) 및 각도가변 평면미러 (5) 의 반사면에는 파장 13∼14 ㎚의 EUV 광을 반사시키기 위해 Mo/Si 다층막이 코팅되어 있다. 파장 11 ㎚ 부근의 EUV 광을 사용하는 경우에는 Mo/Be 다층막을 사용한다. 또한, 각도가변미러에 입사되는 광속의 각도에 따라 반사율이 다르다. 반사율이 다르면 각 광속의 강도가 변화하게 되어 노광량의 변동에 기여하기 때문에, 사양을 만족시키는 범위에서 입사각도가 일정해지도록 배치하는 것이 바람직하다. 그다지 효율적이지는 않지만, 입사각도를 일정하게 할 수 없는 경우에는 각도가변 미러 (5) 에서 반사되는 각 광속의 강도가 일정해지도록 광원에서 사출하는 광속의 강도를 제어하거나 각 평면미러의 반사율을 제어하거나 필터를 사용할 수 있다.
집광광학계 (2) 에는 도 6a 내지 도 6c 에 나타내는 반사광학계를 사용할 수 있다. 도 6a 는 회전타원체형상의 반사면을 갖는 미러 (21) 이다. 타원의 일방의 초점위치에 광원 (1) 을 배치하면 다른 일방의 초점위치가 집광점 (3) 이 된다.
도 6b 는 도 6a 에 나타낸 회전타원체형상의 반사면을 갖는 미러를 복수장 겹쳐 구성된 미러 (22) 이다. 단일 반사면을 사용하는 경우보다 광원 (1) 으로부터의 집광 입체각을 확대할 수 있다.
도 6c 는 중심에 구멍이 뚫린 오목면경 (23) 과, 볼록면경 (24) 을 조합한 광학계 (25) 이다. 이들을 동심구면으로 구성한 광학계는 슈바르츠실드광학계로서 잘 알려져 있다. 반사면의 형상으로 비구면을 사용함으로써 광원 (1) 으로부터의 집광입체각을 확대할 수 있다.
도 6 에 나타낸 집광광학계의 반사면에는 파장 13∼14 ㎚ 의 EUV 광을 반사시키기 위한 코팅이 실시되어 있다. 미러로의 입사각에 의해 코팅 종류를 선택한다. 경사입사각이 10 도 정도 이하의 경우는, 전체 반사를 이용하기 위해 Ru 등의 금속박막을 코팅한다. 경사입사각이 10 도 정도 이상의 경우는, 다층막에 의한 반사를 이용하기 위해 Mo/Si 다층막을 코팅한다. 파장 11 ㎚ 부근의 EUV 광을 사용하는 경우에는 다층막 재료에 Mo/Be 를 사용한다. 또, 미러 이외에도 존플레이트를 집광광학계 (2) 에 사용할 수도 있다.
본 실시형태에서는 도 6a 에 나타내는 바와 같은 Mo/Si 다층막을 코팅한 회전타원경 (21) 을 집광광학계 (2) 에 사용하였다.
각도가변 평면미러 (5) 에는 DMD (Digital Mirror Device) 를 사용하여 XY 2 축 둘레의 각도를 가변으로 하였다. 또한, DMD 는 통상 반도체 제조기술을 사용하여 복수 미러가 어레이 형상으로 형성되지만, 본 실시형태의 경우 미러의 수는 하나로 충분하다. 다른 구성은 DMD 와 동일한 구성이면 된다.
광원의 운전 모양을 도 7 에 나타낸다. 방전플라즈마 광원은 펄스 형상으로 발광하는 광원이다. 도 7 은 횡축이 시간, 종축이 발광강도를 나타내고, 각 광원의 발광펄스를 나타낸다. 본 실시형태에서는 도 7 에 나타내는 바와 같이 하나의 광원을 운전하고 있는 동안은 다른 광원의 운전을 정지하였다. 광원의 전환과 동시에 각도가변 평면미러 (5) 의 각도 전환을 실시함으로써, 집광점 (6) 으로부터의 발광은 도 7a 의「종합」에 나타내는 바와 같이 연속적인 펄스발광이 된다. 종래와 같이 하나의 광원을 사용한 경우에는,「종합」으로 나타낸 바와 같은 연속적인 펄스발광을 달성하기 위해서는 냉각기간을 둘 수 없지만, 본 발명의 경우, 개개의 광원은 그 정지기간중에 충분히 냉각을 할 수 있으므로 연속운전하는 경우보다 큰 전력을 투여할 수 있게 되어 발광강도를 높일 수 있게 된다.
또, 도 7b 의「종합」에 나타내는 바와 같이 각도 전환시에 정지기간이 있는 연속적 펄스발광으로 할 수도 있다. 이 정지기간중에 노광필드간의 스테이지이동을 실시한다. 즉, 스캔노광의 경우 이 정지기간에 스테이지의 스텝동작을 실시할 수 있다. 또한, 스캔중에 정지기간이 있으면 노광불량이 되므로 정지기간은 스캔동작의 전후에 실시하는 것이 바람직하다. 또, 각 스캔마다 광속을 전환할 필요가 없고 광원의 냉각시간과 노광의 효율을 고려하여 결정하면 된다. 예컨대, 노광필드간의 스테이지이동, 마크검출, 각종 캘리브레이션작업 등을 실시하는 동안은 노광동작이 실시되지 않기 때문에, 이와 같은 비노광기간을 이용하여 각도 전환을 실시하여 다음 광원을 이용하도록 할 수 있다. 각각의 광원은 그 정지기간중에 충분히 냉각할 수 있으므로 연속운전하는 경우보다 큰 전력을 투입할 수 있게 되어 발광강도를 높일 수 있게 된다.
제 1 실시형태에서는 집광점 (6) 의 위치에 각도가변 평면미러 (5) 를 배치하였지만, 이와 같은 배치는 EUV 광의 에너지가 각도가변 평면미러 (5) 표면에서 국소적으로 집중하게 되므로, 온도상승으로 인해 다층막이 손상될 우려가 있다. 그래서, 제 2 실시형태에서는 이 부분을 도 8 과 같은 배치로 하였다. 또한, 제 1 실시형태와 동일한 점에 대해서는 설명을 생략한다.
각도가변 평면미러 (5) 를 집광점보다 앞쪽 (입사광속의 상류측) 에 배치하고, 이 위치 (50) 에서 각 점광원으로부터의 광속이 교차하도록 하였다. 여기에서 광속이 교차한다는 것은, 주광선이 일점에서 교차하고 광속의 단면이 (각도에 따라 약간 단면적이 다르지만) 실질적으로 전부 겹치는 위치를 의미한다. 후술하는 설명에서도 광속이 교차한다는 것은 이 의미이다. (각도가변 평면미러 (5) 가 없는 경우의) 각 점광원으로부터의 광속의 집광점 위치 (6a∼6c) 는 광속이 교차하는 위치 (50) 를 중심으로 하는 구면 (9) 위에 배치되도록 평면미러 (4a∼4c) 의 배치를 조정하였다. 이와 같은 배치로 하고 발광하고 있는 광원에 맞춰 각도가변 평면미러 (5) 의 각도를 돌림으로써, 집광점 (60) 의 위치를 항상 동일하게 할 수 있다. 이상과 같이 하여, 상이한 점광원 (1a∼1c) 을 하나의 집광점 (6) 으로부터 일정 방향으로 발산하는 2차광원으로 변환할 수 있어 실효적으로 광원의 에텐듀를 축소할 수 있고, 이 후에 배치되는 조명광학계에 의해 광속을 유효하게 이용할 수 있게 된다.
도 8 에서는 간편함을 위해 1차원 도면을 그렸지만, 실제로는 지면에 수직방향에도 점광원을 배치할 수 있다. 본 실시예에서는 도 1 에 나타내는 바와 같이 9 개의 홀로캐소드 방전플라즈마 광원을 묶음으로 하여 사용하였다. 또, 본 실시형태에서는 집광광학계 (2) 에는 도 6b 에 나타내는 바와 같은 복수 회전타원면을 겹친 미러 (22) 를 사용하였다. 최내주 미러의 반사면에는 Ru 박막을 코팅하고, 외주 미러의 반사면에는 Mo/Si 다층막을 코팅하였다. 각도가변 평면미러 (5) 에는 이면에 피에조 액추에이터를 장착하고 XY 2축둘레의 각도를 가변으로 하였다.
도 9 는 본 발명의 제 3 실시형태를 나타낸다. 제 3 실시형태에서는 각도가변 평면미러 (5) 를 집광점보다 앞쪽 (입사광속의 하류측) 에 배치하고, 이 위치 (50) 에서 각 점광원으로부터의 광속이 교차하도록 하였다. 각 점광원으로부터의 집광점 위치 (6a∼6c) 는 광속이 교차하는 위치 (50) 를 중심으로 하는 구면 (9) 위에 배치되도록 평면미러 (4a∼4c) 의 배치를 조정하였다. 이와 같은 배치로 하고, 발광하고 있는 광원에 맞춰 각도가변 평면미러 (5) 의 각도를 돌림으로써, 집광점 (60) 의 위치를 항상 동일하게 할 수 있다. 이상과 같이 하여, 상이한 점광원 (1a∼1c) 을 하나의 집광점 (6) 으로부터 일정 방향으로 발산하는 2차광원으로 변환할 수 있어 실효적으로 광원의 에텐듀를 축소할 수 있고, 이 후에 배치되는 조명광학계에 의해 광속을 유효하게 이용할 수 있게 된다.
도 9 에서는 간편함을 위해 1차원 도면을 그렸지만, 실제로는 지면에 수직방향에도 점광원을 배치할 수 있다. 본 실시형태에서는 도 1 에 나타내는 바와 같이 9 개의 캐필러리 방전플라즈마 광원을 묶음으로 하여 사용하였다. 또, 본 실시형태에서는 집광광학계 (2) 에는 도 6c 에 나타내는 바와 같은 요철 2장의 미러로 구성되는 광학계 (25) 를 사용하였다. 볼록면은 구면, 오목면에는 비구면을 사용하였다. 각 미러의 반사면에는 Mo/Si 다층막을 코팅하였다. 각도가변 평면미러 (5) 에는 이면에 피에조 액추에이터를 장착하고 XY 2축둘레의 각도를 가변으로 하였다.
또한, 이상의 실시형태에서는 모두 9 개의 방전플라즈마 광원을 묶음으로 한 경우에 대해 설명하였지만, 묶음으로 한 개수는 이보다 많아도 적어도 상관없다. 또, 방전플라즈마 광원 이외에도 레이저 플라즈마 광원이나 방사광 광원 등에 대해서도 복수 발광점에서 나오는 광속을 하나의 2차광원으로 변환하기 위해 본 발명을 적용할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 복수의 점광원에서 사출하는 광속을 하나의 점에서 사출하는 광속으로 취급할 수 있기 때문에, 이 점을 2차광원으로 취급할 수 있다. 본 실시형태에서는 노광장치를 예로 들어 조명하는 피대상물로서 마스크를 사용하였지만, 이것에 한정되지 않고 다른 피대상물을 조명하는 장치에도 본 발명의 연X선 광원을 적용할 수 있다.
도 10 에 본 발명의 제 4 실시형태인 EUV (연X선) 광원장치를 나타낸다. 또한, 광원의 운전 모양, 집광광학계의 구성, 각도가변미러의 구성, 발광강도가 제일 강한 방향을 사용할 수 있도록 광원을 비스듬히 배치하는 것, 각 제어 등은 전술한 실시형태와 동일하게 할 수 있기 때문에 설명은 생략한다. 복수의 점광원 (101a∼101c) 에서 발생한 발산광속을 하나의 집광광학계 (102) 로 집광한다 (도면 중에서는 설명을 용이하게 하기 위해 투과광학계인 렌즈가 그려져 있지만, 전술한 바와 같이 도 6 에 대표적으로 나타낸 바와 같이 각종 반사광학계를 사용할 수 있음). 원래의 점광원의 위치가 다르기 때문에 하나의 집광광학계 (2) 로 집광하면, 도 11 에 나타내는 바와 같이 각각의 점광원 (101a∼101c) 에 대응하는 집광점 (103a∼103c) 은 다른 위치에 형성되게 된다. 그래서 본 실시형태에서는 발광하고 있는 점광원의 위치에 맞춰 집광광학계 (102) 의 위치를 변경하는 구동기구를 형성하였다. 점광원 (101a) 이 발광할 때는 집광광학계를 102a 의 위치로, 점광원 (101b) 이 발광할 때는 집광광학계 를 102b 의 위치로, 점광원 (101c) 이 발광할 때는 집광광학계 를 102c 의 위치로 이동시킴으로써 집광점 (106) 의 위치가 항상 일정해지도록 하였다. 집광광학계 (102) 는 집광점 (106) 을 중심으로 하는 회전이동을 하게 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 상이한 점광원에서 발생한 광속의 집광점 위치를 일치시킬 수 있다. 그러나, 이것만으로는 다른 점광원에서 발생한 광속은 집광점 (106) 을 통과한 후에 다른 방향으로 진행하게 되므로, 집광점 (106) 의 위치에 각도가변 평면미러 (105) 를 배치하고, 이 각도가변 평면미러 (105) 를 집광점 (106) 을 중심으로 돌림으로써 반사광 방향을 항상 동일하게 할 수 있다. 각 점광원 (101a∼101c) 은 동시에는 발광시키지 않고 순차적으로 발광시킨다. 발광하고 있는 점광원에 맞춰 각도가변 평면미러 (105) 의 각도를 조정함으로써 각도가변 평면미러 (105) 로 반사시킨 후의 광속 방향을 항상 일정하게 유지할 수 있다. 이상과 같이 하여 상이한 점광원 (101a∼101c) 을 하나의 집광점 (106) 으로부터 일정 방향으로 발산하는 2차광원으로 변환할 수 있어 실효적으로 광원의 에텐듀를 축소할 수 있고, 이 후에 배치되는 조명광학계에 의해 광속을 유효하게 이용할 수 있게 된다.
도 10 에서는 간편함을 위해 1차원 도면을 그렸지만, 실제로는 지면에 수직방향에도 점광원을 배치할 수 있다. 본 실시형태에서는 도 12 에 나타내는 바와 같이 4 개의 Z핀치 방전플라즈마 광원을 묶음으로 하여 사용하였다.
다층막 미러의 반사율은 입사각에 따라 변화하므로, 발광하고 있는 점광원을 전환해도 각도가변 평면미러 (105) 로의 광선의 입사각은 크게 변화하지 않는 것이 바람직하다. 그래서, 본 실시형태에서는 도 12 에 나타내는 바와 같이 각 광원(107a∼107c) 에서 발하는 광원의 주광선 방향이 하나의 원추 위에서 그 정점을 향해 진행하도록 배치하고, 원추의 정점에 각도가변 평면미러 (105) 를 배치하고, 각도가변 미러에 의해 반사된 광속을 이 원추의 회전중심축 방향으로 인도하는 배치로 하였다. 이와 같은 배치로 함으로써 소정의 광원이 발광하고 있을 때에도 각도가변 평면미러 (105) 로의 광선의 입사각은 동일해지므로, 입사각도변화에 의한 반사율변화를 발생시키지 않는다. 이 수법은 전술한 실시형태에 적용해도 된다.
집광광학계 (102) 에는 도 6a∼도 6c 에 나타내는 바와 같은 반사광학계를 사용할 수 있다.
도 10 에 나타내는 예에서는 집광점 (106) 의 위치에 각도가변 평면미러 (105) 를 배치하였지만, 이와 같은 배치에서는 EUV 광의 에너지가 각도가변 평면미러 (105) 표면에서 국소적으로 집중하게 되므로, 온도상승으로 인해 다층막이 손상될 우려가 있다. 이러한 손상을 피하기 위해서는 도 8, 9 를 이용한 제 2, 제 3 실시형태와 마찬가지로 집광위치를 각도가변 평면미러 (105) 의 전후에 배치하면 된다.
도 13 에 본 발명의 제 5 실시형태인 EUV (연X선) 광원장치를 나타낸다. 또한, 광원의 운전 모양, 집광광학계의 구성, 각도가변 미러의 구성, 발광강도가 제일 강한 방향을 사용할 수 있도록 광원을 비스듬히 배치하는 것, 각 제어 등은 전술한 실시형태와 동일하게 할 수 있기 때문에 설명은 생략한다. 복수의 점광원 (201a∼201c) 에서 발생한 발산광속을 각 점광원에 대응한 집광광학계 (202a∼202c) 로 집광한다 (도면 중에서는 설명을 용이하게 하기 위해 투과광학계인 렌즈가 그려져 있지만, 전술한 바와 같이 도 6 에 대표적으로 나타낸 바와 같이 각종 반사광학계를 사용할 수 있음).
각각의 점광원과 집광광학계의 세트에 의한 집광점 (206) 의 위치가 동일해지도록, 각 광원 (207a∼207c) 와 집광광학계 (202a∼202c) 를 배치하였다. 이와 같은 구성으로 함으로써 다른 점광원에서 발생한 광속의 집광점 위치를 일치시킬 수 있다. 그러나, 이것만으로는 다른 점광원에서 발생한 광속은 집광점 (206) 을 통과한 후에 다른 방향으로 진행하게 되므로, 집광점 (206) 의 위치에 각도가변 평면미러 (205) 를 배치하고, 이 각도가변 평면미러 (205) 를 집광점 (206) 을 중심으로 진동시킴으로써 반사광 방향을 항상 동일하게 할 수 있다. 각 점광원 (201a∼201c) 은 동시에는 발광시키지 않고 순차적으로 발광시킨다. 발광하고 있는 점광원에 맞춰 각도가변 평면미러 (205) 의 각도를 조정함으로써 각도가변 평면미러 (205) 로 반사시킨 후의 광속 방향을 항상 일정하게 유지할 수 있다. 이상과 같이 하여 상이한 점광원 (201a∼201c) 을 하나의 집광점 (206) 으로부터 일정 방향으로 발산하는 2차광원으로 변환할 수 있어 실효적으로 광원의 에텐듀를 축소할 수 있고, 이 후에 배치되는 조명광학계에 의해 광속을 유효하게 이용할 수 있게 된다.
도 13 에서는 간편함을 위해 1차원 도면을 그렸지만, 실제로는 지면에 수직방향에도도 점광원을 배치할 수 있다. 본 실시형태에서는 도 12 와 동일한 구성으로 4 개의 Z핀치 방전플라즈마 광원을 묶음으로 하여 사용하였다.
집광광학계를 반사경으로 한 경우, 예컨대 도 14 와 같은 구성으로 할 수 있다. 도 14b 에 나타내는 바와 같이 8 개의 광원 (207) 을 원을 그리도록 배치하고, 도 14a 에 나타내는 바와 같이 원의 중앙부에 각도가변 미러 (205) 를 배치하여 중앙부로부터 조명광을 얻는다는 구성이 가능하다.
제 5 실시형태에서는 집광광 (206) 의 위치에 각도가변 평면미러 (205) 를 배치하였지만, 이와 같은 배치는 EUV 광의 에너지가 각도가변 평면미러 (205) 표면에서 국소적으로 집중하게 되므로, 온도상승으로 인해 다층막이 손상될 우려가 있다. 이 손상을 피하기 위해서는 도 8, 9 를 이용한 제 2, 제 3 실시형태와 동일하게 하여 집광위치를 각도가변 미러 (205) 의 전후에 배치하면 된다.
또한, 이상의 실시형태에서 사용한 광원의 수는 이것에 한정되는 것이 아니고, 묶음으로 한 개수는 이보다 많아도 적어도 상관없다. 또, 방전플라즈마 광원 이외에도 레이저플라즈마 광원이나 방사광 광원 등에 대해서도 복수의 발광점에서 나오는 광속을 하나의 2차광원으로 변환하기 위해 본 발명을 적용할 수 있다.
특히, 제 5 실시형태의 구성으로 하면, 제 1∼제 4 실시형태에 비해 각 광원의 배치를 자유롭게 할 수 있다는 특징이 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 복수의 방전플라즈마 광원을 묶음으로 하여 사용해도 에텐듀가 확대되지 않기 때문에 광원에서 발생한 광속을 유효하게 이용할 수 있다. 각 광원은 주기적으로 정지가 형성되어 그 사이에 충분한 냉각이 가능해지므로, 단독으로 연속운전하는 경우보다 높은 입력이 가능해져 그 결과 높은 EUV 출력을 발생할 수 있게 된다.

Claims (11)

  1. 복수의 점광원;
    상기 복수의 점광원으로부터의 광속을 일점을 향해 집광시키는 집광반사광학계;
    상기 집광반사광학계를 통과한 각 광원으로부터의 광을 반사시키는 각도가변미러; 및
    상기 각도가변미러에 입사되는 광속에 따라 각도가변미러의 각도를 변경함으로써 각 점광원으로부터의 광속을 동일한 방향으로 반사시키는 각도제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 연X선 광원장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광반사광학계에 의한 집광점이 상기 각도가변미러면 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 연X선 광원장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광반사광학계에 의한 집광점이 상기 각도가변미러에 대하여 광속을 따라 그 전후에 위치하는 것을 특징으로 하는 연X선 광원장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 점광원으로부터 발하는 광선의 주광선의 방향이 하나의 원추 위에서 그의 정점을 향해 진행하도록 배치되고, 상기 원추의 정점에 각도가변미러를 배치하여, 상기 각도가변미러에 의해 반사된 광속의 주광선이 상기 원추의 회전중심축과 일치하는 것을 특징으로 하는 연X선 광원장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 점광원은, 발광강도가 가장 강한 방향이 집광점을 향하도록 서로 경사져서 묶음으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 연X선 광원장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집광반사광학계와 상기 각도가변미러와의 사이에, 상기 복수의 점광원에 대응하여 복수의 평면미러를 배치하여, 상기 각도가변미러에서 반사되는 각 광속의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 연X선 광원장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집광반사광학계를 구동시키는 기구를 더 구비하고,
    상기 집광반사광학계를 이동시킴으로써, 상기 각도가변미러에서 반사되는 각 광속의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 연X선 광원장치.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집광반사광학계는 상기 각 점광원의 각각에 대응하여 설치된 복수의 집광반사광학계로 이루어지고, 각 집광반사광학계에 의해 상기 각도가변미러에서 반사되는 각 광속의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 연X선 광원장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 점광원 중, 한번에 하나의 광원만을 발광시키는 발광제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 연X선 광원장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 연X선 광원장치를 탑재한 것을 특징으로 하는 EUV 노광장치.
  11. 복수의 점광원으로부터 사출되는 광속을 상이한 시간에서 동일 점에 모으고, 이 점을 2차광원으로 하여 피대상물을 조명하는 것을 특징으로 하는 조명방법.
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