CN1067121A - X射线聚束光刻法及其装置 - Google Patents

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颜一鸣
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Abstract

从金属等离子体中发射的脉冲X射线，一部分 进入由玻璃光导管组成的聚束透镜，其收集角达10 —30°，玻璃光导管内径360μm，两端为直线段，中 部为曲线段。X射线进入光导管后在管壁上多次全 反射，最后以准平行光出射。数千根光导管按照收集 角的要求及照野大小排列成阵，改变其长度和位置分 布可以得到均匀照野或特定要求的照野。从聚束器 出射的X射线，经过一段距离的交叉混合形成均匀 分布的准平行束，投射到光刻工作台上，将掩膜上的 图形投影到晶片的光刻胶层上，完成亚微米光刻过 程。

Description

本发明涉及一种微电子器件的X射线亚微米光刻方法。现有的X射线光刻方法使用各种X射线源，如用普通X光管作光源，功率小，X射线发散;用激光等离子体，或气体等离子体作光源，X射线也是发散的，光刻时引起离位失真，所以只能利用很小立体角内的X射线束;用同步加速器产生的同步辐射，它是一窄条的平行光束，照野较小，而且设备昂贵。文献《ALUMINUM  PLASMA  X-RAY  SOURCE  FOR  LITHOGRAPHY》（用于光刻的铝等离子体X-射线源）Masahiro  OKABE，Yashitaka  KITAMURA  and  Yasuo  FURUKAWA，Proceedings  of  the  Electrochemical  Society  10th  International  Conference  on  Electron  and  Ion  Beam  Technology，（Electrochemical  Society，Pennington，NJ，1982）P.302描述了在金属铝蒸汽中形成脉冲等离子体，铝原子的K层电子被激发后放出特征波长（5-10）埃的X射线。欧洲专利EP0037917《Flash  X-ray  Source》是气体等离子体X射线源。上述技术产生向四面八方发射的X射线，一般只有张角±0.6°内的X射线可利用来进行光刻。
本发明的目的是用小源点、大功率的金属蒸汽等离子体X射线源，经过X射线聚束器获得平行X射线束，提高X射线利用率，减小光刻时离位失真;并基于这种方法构成一种新型X射线聚束亚微米光刻机。
本发明采用高压大电流脉冲在金属铁或其它金属制的阴极和阳极间产生金属等离子体，利用其自身强磁场的自箍缩作用，该等离子体被压缩在很小范围内，铁原子的L电子被激发产生特征波长（6-15）埃的X射线，适合于亚微米光刻的要求。这种强流脉冲放电可产生（10-25）焦耳/脉冲的大功率X射线。为了提高X射线的利用率和减少离位失真，在靠近源点处设置X射线聚束器，聚束器由透镜组成。利用X射线全反射原理使X射线以特定的入射角射入玻璃制成的细管中，经多次全反射，改变方向，产生会聚作用，可以将较大张角内的发散的X射线变成平行束或聚焦束。对于光刻来说，采用半透镜作为聚束器，可得到准平行X射线束，经过一段路程后，准平行X射线将交叉混合，形成比较均匀的大面积照野。由于是平行束，可以刻出精细的亚微米线条和图形。由于扩大了照野，可以在更大面积的晶片上一次完成光刻，不需分步重复，明显提高了光刻效率。在相同X光功率密度条件下其造价和运行费用远小于同步辐射加速器。
由于这种X射线源是各向同性全方位发射的，可以围绕X光源，在四周设置若干X射线聚束器和光刻工作台，更有效地利用X射线源。
根据上述方法，其实施例是由一个高温金属等离子体X射线源，一个聚束器和一个光刻工作台及相关的电源、真空设备、控制系统等构成的微电子器件X射线聚束亚微米光刻装置。
图1是X射线聚束亚微米光刻装置的示意图。
在触发针（11）的触发下，铁或其它金属制阴极（6）和阳极（8）之间产生脉冲高温等离子体放电，其强大脉冲电流产生的磁场具有自箍缩作用，使等离子体压缩在很小范围内，形成小于2mm直径的X射线源（9），发射出脉冲X射线，其中张角±6-7°的X射线穿过极薄的保护膜（5）进入X光透镜（4）。其收集角比现有的X射线光刻机大一个量级以上。保护膜可由有机材料制成。X光透镜由上千根玻璃光导管组成，光导管内径约360μm、外径约400μm。两端为直线段，中部为弧形线段。光导管按照收集角要求及照野大小排列成阵。透镜长约500毫米。X射线进入光导管后在管壁上多次全反射，最后以准平行光出射，穿过铍窗（3）后，经过约400毫米，逐渐均匀化，然后到达光刻工作台，将掩膜（2）上的图形转移到晶片（1）的光刻胶上，完成亚微米光刻。当x光光源为200瓦时，曝光时间约200秒。

Claims (16)

1、一种用于微电子器件亚微米光刻的方法，该方法是由等离子体产生X射线，投射到带有掩膜和光刻胶的晶片上进行曝光，形成亚微米的图形，该方法的特征在于由金属等离子体产生大功率脉冲X射线，然后用X射线聚束透镜将发散的X射线会聚成平行束，进行光刻。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于利用高压大电流的脉冲放电在金属铁或其它金属蒸汽中形成聚焦的等离子体，它是微斑点的X射线源，发射出特征波长在（5-20）埃范围内的大功率脉冲X射线。
3、根据权利要求1的方法，其特征在于利用玻璃光导管构成聚焦透镜将发散的X射线会聚成平行的X射线束。
4、根据权利要求1或3的方法，其特征在于聚束透镜的焦距、收集角、长度和照野大小是可变的。
5、根据权利要求1或3的方法，其特征在于用玻璃光导管构成的聚束透镜是由大量玻璃光导管组成，光导管的材料组份、孔径、壁厚、数量、长度、曲率和分布是可变的。
6、根据权利要求1或3的方法，其特征在于在X射线源周围设置了至少一个聚束器和光刻工作台。
7、一种用于微电子器件X射线光刻的装置，它具有一金属蒸汽脉冲等离子体X射线源，一光刻工作台，其特征在于采用金属铁或其它金属蒸汽脉冲等离子体X射线源和在X射线源与光刻工作台之间的由X射线聚束透镜系统构成的聚束器（4）。
8、根据权利要求7的装置，其特征在于在X光源和聚束器（4）之间有一薄层保护膜。
9、根据权利要求7的装置，其特征在于在X射线源周围设置至少一个聚束器（聚束透镜系统）和至少一个光刻工作台。
10、根据权利要求7的装置，其特征在于放电电极（6）和（8）是用金属铁或其它金属制成。
11、根据权利要求7或10的装置，其特征在于阳极（8）可以推进。
12、根据权利要求7的装置，其特征在于构成聚束器（4）的聚束透镜是由大量玻璃光导管组成。
13、根据权利要求7的装置，其特征在于聚束透镜的焦距、收集角、长度和照野大小是可变的。
14、根据权利要求7或12的装置，其特征在于玻璃光导管是由直线段和曲线段组成。
15、根据权利要求7或12的装置，其特征在于玻璃光导管的数量、长度、位置分布和曲率是可变的。
16、根据权利要求7或12的装置，玻璃光导管的内径，外径和材料成份是可变的。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100375238C (zh) * 2002-04-26 2008-03-12 佳能株式会社 曝光设备以及使用该曝光设备的器件制造方法
CN102163007A (zh) * 2011-05-13 2011-08-24 上海集成电路研发中心有限公司 利用光电效应提高分辨率的光刻机成像系统及其成像方法

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