JP2555592B2 - X線投影露光用照明系 - Google Patents

X線投影露光用照明系

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JP2555592B2
JP2555592B2 JP62080243A JP8024387A JP2555592B2 JP 2555592 B2 JP2555592 B2 JP 2555592B2 JP 62080243 A JP62080243 A JP 62080243A JP 8024387 A JP8024387 A JP 8024387A JP 2555592 B2 JP2555592 B2 JP 2555592B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 イ.産業上の利用分野 本発明は、X線リソグラフィーにおけるX線投影露光
の均一照明技術に関する。
ロ.従来の技術 従来LSIの製造過程において、レジストパターンの形
成には一般に光転写方式が用いられてきた。しかし、光
転写方式では0.5μmが限界と言われており、又フレネ
ル回析の影響や焦点深度が小さい為に、1μm以下の微
細パターンを形成する為には、多層レジスト法やCEL法
等のプロセス技術を用いなくてはならない。その為に工
程が複雑になり歩留まりの低下の原因となり、近い将来
限界に達すると思われる。これに変わる手段として電子
ビーム直接描画やX線リソグラフィーが考えられてい
る。しかし、電子ビーム直接描画方式ではスループット
やステージのつなぎ合わせ精度、更には高アスペクト比
を達成するために、多層レジストを使わねばならないな
どの難点がある。これに対して、X線リソグラフィーは
転写工程であるため大量生産に向いていることから特に
有望視されており、波長数Å〜数十Åの光線を用いる
為、実用上回析の影響は無視できる程度であり、0.1μ
m程度までの解像度が期待できる。
X線リソグラフィーは大別して2つの方法が考えられ
る。一つは現在使用されているX線マスクとウエハーの
間隔を10μm前後に近接させてX線を照射し、マスクの
パターンを転写する、いわゆるプロキシミティー法であ
り、もう一つはX線結像素子を使ってマスクの投影像を
転写する投影露光法である。
第3図に等倍プロキシミティー法を示す。同図におい
て、マスクパターン3を有するX線マスク2をパターン
を転写するウエハー4に間隔gで近接させて設けてい
る。間隔gを設けるのはマスクが極めて繊細なものであ
るから、他物質との接触で破壊されないようにするため
必要なことなのである。この構成においてX線源1から
X線をX線マスク2を通してウエハー4上のレジスト5
に照射するとマスクパターン3がレジスト5上に転写さ
れる。しかし、パターン転写の際に、X線源1の広がり
による半影ボケδ=g/L×ψとX線マスク2とウエハー
4の間隔gによるランアウト誤差r=g/L×Rが生じ、
X線を使うメリットが充分生かされていなかった。又、
等倍露光である為、X線マスクを製作する場合、レジス
トパターンは電子ビーム描画で形成する為、パターン幅
が減少するにつれ、マスク製作の困難さは飛躍的に増大
する等の技術的困難があった。
これらの困難さを解決する為、X線縮小投影露光方式
が考えられている。この方式の照明系として、第4図に
示す様にブラックの条件2dsinθ=λ(d;格子定数、
θ;入射X線と結晶の格子画のなす角、λ;波長)を満
たすようにローランド円11上にX線源1を置き、xy平面
内では湾曲結晶7の格子面をローランド円の直径0−12
を半径として12を中心とする円に沿うように曲げ、反射
面をローランド円11に沿うように研磨し、xz平面内では
X線源1とX線の集束点9と結ぶ直線1−9とローラン
ド円の直径0−12との交点13を中心とする円に沿うよう
に格子面を湾曲させたトロイダル型湾曲結晶を用いるこ
と、即ち、直線1−9を含み分光結晶を切る全ての平面
内で1,9,湾曲結晶の3者が常にローランド円11上に位置
するような構成にする。この構成によりX線源1から放
射されたX線束を無収差で集束点9に集束させることが
できる。そして結晶7と集束点9との間にX線マスク2
を配置することにより、集光点9の近傍に位置させたウ
エハー4にマスク像を縮小投影することが考えられてい
る。しかし、このときに用いられる湾曲結晶は結晶格子
面をトロイダル面に湾曲させなければならない。結晶格
子面をトロイダル面に湾曲させることはかなり困難であ
り、さらにこの湾曲面をxy平面内では格子面の1/2の曲
率で、yz平面内では格子面に沿うように研磨することも
困難である。またX線源1が点線源でないとウエハー4
に転写されるマスク2の像にぼけが生じるために、X線
源が強くできない。
ハ.発明が解決しようとする問題点 本発明は、上述したような照明系の結晶の製作上の困
難さを解決すると共に、X線結像素子を用いX線マスク
の均一照射を行い、高解像度というX線の特長を利用す
るとともに光源強度の増大を実現することを目的とす
る。
ニ.問題点解決のための手段 X線投影露光用照明系において、短冊状のヨハン型或
はヨハンソン型のシリンドリカル湾曲結晶を少なくとも
2個以上各湾曲結晶のローランド円のX線入射点とX線
集光点とが夫々一致するようにして、各ローランド円を
交わらせるように積み重ねて配置した多層型湾曲結晶
と、同結晶によってX線が集束される位置に設けられた
フレネル・ゾーンプレート或はX線多層膜ミラー等のX
線結像素子と、上記結晶と同結像素子との間の光軸上に
配置したX線透過型マスクとよりなり、上記結像素子に
よる上記マスクの像の位置に感光体を配置するようにし
た。
ホ.作用 本発明によれば、X線結像素子を用い、湾曲結晶のX
線集束点に位置させたから、X線の利用率が甚だ良く、
湾曲結晶はヨハン型或はヨハンソン型のシリンドリカル
湾曲結晶をその反射面が、同一線源,同一集束点を持つ
ようにトロイダル面に沿わせて、多数積み重ねた配置を
取ることによって、結晶を一方に湾曲させるだけでよい
ようにして、照明系の結晶の製作上の困難さと製作時間
を著しく低減できた。このような結晶を用いるときは、
点状X線源からのX線でも完全に一点に集束させること
はできないが、結像素子を用いる本発明の場合、このこ
とは欠点ではなく利点である。即ち、結像素子はその全
面がX線で照射されないと結像の機能を現せない。従っ
て、第4図のように完全に一点に集束する構造は却って
不適である。同じ理由で本発明ではX線源は広がりを有
することが必要で、そのためX線源を非常に明るくする
ことができる。
ヘ.実施例 第1図に本発明の一実施例の構成図を示す。第1図は
投影結像素子としてフレネル・ゾーンプレート(FZP)
9を用いた場合の実施例で、同図おいて、1は多少の広
がりを持つX線源でMoLα5.406Åの特性X線束6を放射
する。2はウエハー4上のレジスト5に転写するマスク
パターン3を設けたX線マスク、7はシリンドリカルの
ヨハンソン型湾曲結晶を単柵状に切って多数積み重ねた
照明素子で、格子定数d=3.25ÅのGe(111)を用いて
いる。10はFZP9の後方に置かれたレジスト5上にFZP9に
より結像されたマスクパターン3の縮小像、11は湾曲結
晶7の中心を通るローランド円である。
X線束はブラッグの条件2dsinθ=λをみたす時、結
晶照明素子7において反射されるから、この構成におい
て、θ=56゜16'となり、X線源1及びFZP9の中心はxy
平面内でローランド円11上にこのブラッグの条件を満た
すように配置する。結晶照明素子7はxy平面内の中心に
おける法線とローランド円11との交点12を中心とする円
周に沿うように結晶の格子面を曲げ、反射面はローラン
ド円11に一致するように研磨したものをxy平面と平行に
数個に切断したものである。この結晶素子をyz平面内に
おいてX線源1とFZP9を結ぶ直線がx軸と交わる点13を
中心とする円周上に格子面と反射面が一致する様に積み
重ねて多層型結晶照明素子を形成する。例えば、1個の
シリンドリカル結晶の大きさが70×5である結晶を14個
積み重ねて結晶全体の大きさを70×70とした結晶照明素
子を形成する。このようにして形成された結晶照明素子
を用いてFZP上に収束するX線束8を形成する。このよ
うにしてFZP9上には広がりのあるX線源1の等倍像が形
成される。多層型結晶照明素子はxy平面内方向では無収
差で集束するが、xz平面内ではシリンドリカル結晶を多
数積み重ねて格子面及び反射面をトロイダル面に直線近
似させているから若干の収差が発生するが、これはFZP
が配置されているX線収束点でX線の集光点の散らばり
を生じFZP9を均一照射する上で却って効果があり、結晶
照明素子7とFZP9間の所定の位置にX線マスク2を配置
すると、結像照明素子7で反射されたX線束はX線マス
ク2を均一照明し、マスク2を透過したX線束はFZP9上
に集中する。X線マスク2の有効面は50×50mmであり、
BN(ボロンナイトライト)基板上にAuでマスクパターン
3を形成している。このような構成において、X線源1
から結晶照明素子7にX線を放射すると、マスクパター
ン3はFZP9により、レジスト5の10×10mmフィールドに
1/5縮小像として転写される。この場合、マスクパター
ン3を通過したX線は全部FZP9を通るから、X線の無駄
が生じない。
上記の方法は、略完全に無収差の照明が行える一実施
例であるが、照明系の配置や結晶照明素子の形態(例え
ば、結晶分割数が少ない)によっては収差が発生し、X
線マスクを照明した光の全てが必ずしも結像素子に達し
て結像に係わるとは限らない。この場合はX線源の実効
焦点の形を結像素子の照明系による収差像に合わせる
か、又は十分大きくすることによって、結像に係わるX
線束を実用上差し支えないように選択すれば良い。例え
ば、結晶分割数が少ないときは、点線源の像はローラン
ド円の面に垂直な線状になるが、X線源の焦点をローラ
ンド円の面と平行な方向の線状にすることで、集光点で
は方形領域にX線が分布して結像素子全面を効果的に照
射させることができる。
上記実施例で説明したように、結晶照明素子とFZPを
組合わせることにより、X線投影縮小露光装置が構成で
きるが、なお、X線マスクの縮小像を得る為に、FZP以
外のX線素子例えばX線ミラーで構成された反射対物等
を用いても良い。更に、縮小像だけでなく同様な方法に
よる等倍投影露光等を行う場合にも利用できる。
ト.効果 本発明によれば、複数の細長いヨハン型或はヨハンソ
ン型のシリンドリカル湾曲結晶を共通のX線源からのX
線を共通の集束点に集光させるようにトロイダル面に沿
わせて積み重ねて結晶照明素子とし、これをX線投影露
光方式のX線マスクの照明系に利用し、FZPやX線ミラ
ー等の高解像力を有する結像素子と組合わせることによ
り、強力なX線光源を用いることが可能になり、高解像
力で焦点深度の深い像を形成できる。又、X線転写であ
る為に、マスクに付着したゴミ等が転写されないこと、
投影方式であるためマスク寿命が長くなること、又、縮
小露光を行った場合X線マスクを製作しやすいことなど
の利点が得られ、従って、100Mビットクラスの集積度を
持ったLSIのリソグフィー工程まで特別なプロセス技術
を用いず、又、スループットの減少なしに対応できるよ
うになった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成図、第2図は結晶照明
素子でX線が集光できる原理を示す集光説明図、第3図
は従来の等倍プロキシミティ法X線リシグラフィーを模
式的に示した側面図、第4図はトロイダル型湾曲結晶の
集光原理図である。 1……X線源、2……X線マスク、5……レジスト、7
……多層型結晶照明素子、8……X線束、9……フレネ
ルゾーンプレート(FZP)、10……縮小像、11……ロー
ランド円、12……格子面のxy平面の曲率中心、13……格
子面及び反射面のxz平面の曲率中心。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】短冊状のヨハン型或はヨハンソン型のシリ
    ンドリカル湾曲結晶を少なくとも2個以上各湾曲結晶の
    ローランド円のX線入射点とX線集光点とが夫々一致す
    るようにして、各ローランド円を交わらせるように積み
    重ねて配置した多層型湾曲結晶と、同結晶によってX線
    が集束される位置に設けられたフレネル・ゾーンプレー
    ト或はX線多層膜ミラー等のX線結像素子と、上記結晶
    と同結像素子との間の光軸上に配置したX線透過型マス
    クとよりなり、上記結像素子による上記マスクの像の位
    置に感光体を配置するようにしたことを特徴とするX線
    投影露光用照明系。
JP62080243A 1987-03-31 1987-03-31 X線投影露光用照明系 Expired - Lifetime JP2555592B2 (ja)

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