JPH021999A - Ｘ線レーザ発生方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はＸ線露光、とりわけ集積回路装置製作用のｘｌ
ｆｓｇ光における高輝度ｘ１ｐレーザの発生方法及び装
置に関する。

［従来の技ｍ］ Ｘ線露光を行なうためには、通常、陰極管を用いて、電
子線を金属板に向けて衝突させ、前記金属板からＸ線を
発生させている。この様にして発生するＸ線管を発生さ
せている。この様にして発生するＸ線管からのＸ線は波
長巾が広く分布して居り、且つ広い範囲に発散する様な
Ｘ線を放射するので、作業者をＸ線被曝から保護するた
めに、Ｘ線装置を遮蔽したり、又は覆ったりして、放射
されるＸｉを所望の領域のみを照射するようにすること
が必要である。又、この様な従来のＸ線管では、発生す
るＸ線の一部分しか、所望の目的に使用されない。いい
かえれば、Ｘ線露光に必要なＸ線放射線量よりはるかに
過大なＸ線放射線量を必要とする訳であるが、現在迄に
その様な過大なＸ線放射線量を発生させるｘＷ４管は′
未だ開発された事はない。

物理学の分野では閉ループの周囲に電子を加速する大型
電子ストレイシリングを使用して、電子の加速及び減速
過程の結果用て来る偏極Ｘ線を発生させている。しかし
、この大型電子ストレイジングリングは巨大な設ωａで
あり、Ｘ線露光用に使用することは現実的ではない。

［発明が解決しようとする課躍］ 上記、従来技術のものはＸ線露光用としては、Ｘ線の輝
度が不足していたり、巨大すぎると云５課頭があり、全
て現実的なものではない。

原子物理学の研究分野ではガンマ−線やｘｌｐを発生す
るために、コンプトン後方散乱効果を使用することは公
知である。コンプトン効果は要約すると以下の様な特徴
をもっている。

レーザのような光源より供給される入射光子は、電子加
速装置によって供給される入射電子と衝突を起こす際に
、この衝突の結果、前記電子はエネルギーを損失し、光
子はエネルギーを増加する。反跳光子は非常に高エネル
ギーを有しており、前述のガンマ−線レーザーあるいは
Ｘ線レーザーの領域に属するものとなる。我々の知る限
り、コンプトン効果は、Ｘ線露光のためのＸ線発生には
使用されたことはない。

本発明の第１の目的は、前述した従来技術における諸課
題を解決することである。

本発明の第２の目的は、集積回路装置の製作におけるＸ
ａＳ光の目的に適するＸ線を発生させることである。

本発明の第５の目的は、新規な方法により、確実に且つ
制御可能なＸ線を発生させることである本発明の第４の
目的は、高輝度で且つ波長のそろった、すなわちＸＳレ
ーザを発生させることである。

本発明の第５の目的は５Ｘ１ａ露光用に限られた範囲と
方向にのみＸ線を照射し、広大な遮蔽体を用いることな
く、作業者なｘＨ被曝から保護することであると共に、
最適範囲外に放射線を被曝させないことである。

本発明の第６の目的は、コンプトン後方散乱効果をＸ線
露光用に利用することである。

［課題を解決するための手段］ 前述の諸課題、及び開目的、及び後述するところより明
らかとなるその他の目的を達成するための手段は、簡単
に言えば、集積回路装置の製造におけるＸ線露光の目的
に適するＸ線を発生させる方法及びその装置に関する。

本発明によれば、加速された電子はある一方向から予め
決められた行路に沿って、相互作用領域を通過するよう
にされ、且つレーザー光線は、前記方向の実質的に反対
方向から前記相互作用領域を通過するように送り出され
て、前記入射電子と衝突関係を生じる手段をとっている
。

コンプトン効果によれば、前記入射電子線と入射レーザ
ー光線との間に生じる相互作用によってとりわけエネル
ギーの増加した反跳光子は、高輝度のｘＨレフザとなっ
て、Ｘ線照射の対象物に向かって、概ね一つの方向に伝
播する。前記対象物は、例えばシリコン・ウェーハ上に
Ｘ線露光レジスト膜を被覆した集積回路用の半導体基板
等である。

本発明の新規性は、広義には、入射電子のエネルギーと
レーザ光線のエネルギーを制御することによって、原子
物理学研究において一般に得られるガンマ−線よりも低
エネルギーのＸ線を、コンプトン後方散乱効果を用いて
発生させることにある。前記Ｘ線を発生することにより
、該Ｘ線を集積回路製造におけるＸ線露光プロセスに使
用することができる。

更に本発明では、レーザ光線のエネルギーを制諌して、
コンプトン効果により発生するガンマ−繍より低エネル
ギーのＸ線をレーザ状に発生する手段をとっている。

又、本発明ではコンプトン効果により発生するＸ線レー
ザーを対象物に向けて実質的に伝播させる手段としてｓ
ｘＲ反射鏡を具備する手段をもとっている。

［実施例］ 以下、実施例により本発明を詳述する。

第１図は、原子物理学の研究分管で、ガンマ−線を発生
するのに利用されているコンプトン後方散乱効果の概略
を示している。

入射電子ｅ１は、ある方向から相互作用領域（Ａ）に向
けて送り出される。レーザ光線Ｐ１は、反対方向から相
互作用領域（Ａ）に向けて送り出される。前記入射光子
Ｐ１は前記入射電子ｅ、と衝突すると、衝突の相互作用
によってエネルギーを損失する入射電子からのエネルギ
ーを得て、エネルギーを増加する。この相互作用の結果
、僅かにエネルギーを損失した入射電子は反射電子ｅ。

の図示された軌道に偏向し、且つエネルギーを増加した
入射光子Ｐ、は反跳光子Ｐ２の図示された軌道に偏向す
る。前記反跳光子は、実質的に後方に入射光子の反対方
向に伝播される。第１図に示す如く反跳光子は散乱角度
θの範囲内に偏向されて円錐状ビームを形成する。

前記のコンプトン効果は、従来、ガンマ−線を用いて基
礎的研究を行なう原子物理学においてのみ使用されてい
る。本発明は、広義において、Ｘ線はコンプトン効果に
よって発生させうろこと、及びこれらのＸ線は、集積回
路製作におけるＸ線露光のＸ線源に応用しうるという知
見に基づいている。

第２図に示すのは、本発明の方法によってＸ線露光の目
的に適したＸ線を発生させるための装置の一実施例であ
る。すなわち後部反射鏡凹面鏡２及び前部反射凹面鏡３
で制限された空間内に、レーザ光を連続的に、又はパル
ス状に発生させうるようになっているレーザ発生源１を
備えている。

凹面ｆＵ２及び３は、Ｘ線よりも低エネルギーであるレ
ーザ光線を反射するようになっている。前記凹面鏡は両
方ともにＸｆｆ５に対しては透過性を有している。前記
レーザ光線は、凹面鏡２及び３で反射して、その間を行
き来するようになっている。

電子に関しては、特に極めて小型のストレイシリング４
の様な、高電流密度、高安定性、良質のビームを供給す
ることのできる電子加速器等、他の電子加速器を用いて
も良い事は云うまでもないこの様な電子加速器は、電子
を直線部分と円形部分とからなるいわゆるトラックに沿
って加速することができる。前記トラックにおける互い
に離れている円形部分には、１対の扇形電磁石（Ｍｌ）
及び（Ｍ２）が配置され、電子を一定のエネルギーで閉
ループに清って繰り返し回転運動させ５るようになって
いる。ｈｆＪ記電磁電磁石巻線が巻かれ、電源Ｖ及び可
変抵抗器Ｒを電気的に直列に接続されている。始動は色
々なインジェクタを用いて行なう。図ではインジェクタ
はマイクロトロンエとして示されており、低いエネルギ
ーの電子を次第に半径が大きくなり外向きに螺施状に軌
道を進ませて、高いエネルギーを有するようになり、該
高エネルギー・電子は数時間に亘って、狭いビームの中
をトラックに沿って回転させられるようになっている。

電子は、相互作用領域（Ａ）を横切るようになっており
、入射電子と一致する。前記相互作用領域（Ａ）は、前
記トラックの直線部分に配置され、入射電子及び入射レ
ーザ光線Ｐ１は、反対方向に進行してコンプトン衝突を
起こすようになっている。

相互作用領域内（Ａ）でのフンブトン衝突後、反跳電子
は僅かにエネルギーを損失して％衝突前と同じ狭いビー
ムの中を、前記ストレイシリングに浴って飛び続けるこ
とになる。

前記反跳光子Ｐ２はエネルギを得て、０．５７！。

度（α０１ラジアン）の小さな発散角を持つ円錐状ビー
ムの中を伝播する。前記円錐状ビームの軸線は相互作用
領域において前記入射光子に一致する。エネルギーの増
大した前記反跳光子、すなわちｓ　ＸＨレーザは、前部
凹面鏡３を通過して、Ｘ線し、：；　ｙ、；　トラ被’
Ｉｌｌしたシリコン・ウエーハアルイはｓ　ｘＭマスク
を通して、標的乙に衝突する。電子と光子との衝突位置
から標的６を１５　ｍの位置に置くと１５ｗφのＸ線レ
ーザ・ビームが標的６に照射される事となる。該ｘｙレ
ーザ・ビームの照射中を広げる目的及び偏向の目的で、
電子と光子の衝突位置と標的６との間に、モリブデンを
鏡面研摩したｘ　＋ｄ反射鏡を設置したり、あるいは該
Ｘ線反射鏡を機械的に振動、あるいは走査等する事がで
き、前部凹面鏡３と標的６０間に該Ｘ線反射鏡を設置す
ると尚都合が良い。

尚、Ｍｌ　９Ｍ２は、扇形電磁石であり、（Ｖ）は電源
、（Ｒ）は可変制御抵抗器であり、Ｒを変えてＭ１ｐＭ
２の磁力を変え、電子のエネルギーを変えることができ
、電子のエネルギーを変えてＸｉレーザーのエネルギー
を変えることができる反跳光子エネルギーε、と、入射
光子エネルギーε１との関係は、次の等式によって表わ
されるε２　＝４　ρ　ｒ２ε１ 但シ、’ｚ　　＝　１　’２／ｍＣ２ｙ　Ｊ　＝’７’
１　／ｒｒＬＯ２７”＝　Ｅ／　ｍ　０２１）”　（１
＋　Ｎθ２＋４　ｔ、　ｒ　）−’ここに、η＝ニブラ
ンク数、シ２＝反跳光子の周波数（波長）、シ、＝入射
光子の周波数（波長）＊ｍａ２＝電子の静止質量エネル
ギー前述の等式より、反跳光子のエネルギーは電子エネ
ルギーに比例ロラレーザ光線の周波数に比例することが
分かる。このことにより、電子エネルギーを制御するこ
とにより反跳光子のエネルギーを所望のＸ線範囲に調整
しうろことが分かる。更に、レーザー光線のエネルギー
及び波長によって所望のＸ線範囲のＸ線を選択すること
ができることも分かる。

例をあげると、波長λ＝α５μｍのアルゴン・レーザ、
λ＝１μｍのＹＡＧＩ／−ザー　λ＝１０μｍの炭酸ガ
ス・レーザー及びλ＝＝　０．２４８μｍのＫｒＦエキ
シマ・レーザー等が使用できる。

従来のストレイシリングは、大体５０ｍの周長を有し、
トラックの周囲に８個から４８個の電磁石を配置してい
る。これに対し、本発明において使用する小型ストレイ
シリングの周長は１０ｆｆｉ以下、１ｒｎ程度でも良い
。それは本発明においては、電子は非常に低いエネルギ
ーに加速されても良いからである。例をあげると、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザ−を用いると、波長が短かく（周波数
が大）、エネルギーが高いので、Ｘ線を発生させるため
に必要な電子エネルギーは、１０ＭａＶ以下でも良い事
となる。

［発明の効果］ 本発明の第１の効果は、第３α図に示す通常のＸ線管か
らのＸ線が広帯域周波数特性を有して居り、従来のシン
クロトロン放射光が第３ｂ図に示す如き広帯域周波数特
性を有しているのに対し、第３Ｃ図の如く、本発明によ
って発生されるＸ線は、狭帯域周波数特性を有して居り
、照射対象物には不必要な波長のＸ線を被曝する事なく
、所望の波長のＸ線のみを被曝することができることで
ある。

更に、本発明の第２の効果は、フンプトン散乱によるＸ
　ｉｌＪレーザの発生が極めて限られたｍｕにのみ制限
されて放射されるため、装置にＸ線遮蔽の必要がなく小
型化でき、作業者をＸ線の被曝から容易に保朧すること
ができる事である。

更に、本発明の第６の効果は、ストレイン・リングが極
めて小型ですみ、集積回路装置の製作時に用いるｘｉ尿
露光処理のＸ線源として用いることにより、例えばＸ　
１７Ｍ　７Ｊ光ステツパーの光源として１台当りに１光
源の設置が可能な程小型で、且つ低順なＸ線源となる事
である。

以上の効果の他、本発明は％　ｘｍレーザ波長が電子の
加速度を変化させて、変化させることができる等その他
の効果も多々あることは云うまでもない。

５・・・・・・・・・無線周波空洞 ６・・・・・・・・・標　的 Ｍｌ　、Ｍ、・・・・・・扇形電磁石 Ｒ・・・・・・・・・可変制御抵抗器 Ｖ・・・・・・・・・電源

【図面の簡単な説明】

第１図は、コンプトン後方散乱効果の原理を示す球図で
ある。 第２図は、本発明によるＸ線装置の概略図である。 第３図（α）、第５図（ｈ）、第５図（Ｃ）はそれぞれ
従来のＸ　ｒＡ管、シンクロトロン、本発明による装置
による放射線特性曲線図である。 １・・・・・・・・・レーザー発生源 ２・・・・・・・・・後部反射凹面鏡 ３・・・・・・・・・前部反射凹面鏡

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）加速された電子をある一方向に通過させるプロセ
   スと、レーザ光線を前記方向と実質的に反対方向に照射
   し、且つ前記電子と衝突関係を生ずる事によって、コン
   プトン散乱効果により発生したＸ線レーザを対象物に向
   けて実質的に伝播させるプロセスとから成る事を特徴と
   するＸ線レーザ発生方法。
2. （２）加速された電子をある一方に通過させる装置と、
   レーザ光線を前記方向と実質的に反対方向に照射し、且
   つ前記電子と衝突関係を生ずる事によって、コンプトン
   散乱効果により発生したＸ線レーザを対象物に向けて実
   質的に伝播させる装置とを具備する事を特徴とするＸ線
   レーザ発生装置。
3. （３）レーザ光線をフッ化クリプトン（ＫｒＦ）あるい
   はフッ化アルゴン（ＡｒＦ）等によるエキシスレーザ光
   線となす事を特徴とする請求項１記載のＸ線レーザ発生
   方法。
4. （４）レーザ光線をフッ化クリプトン（ＫｒＦ）あるい
   はフッ化アルゴン（ＡｒＦ）等によるエキシマレーザ光
   線となす事を特徴とする請求項２記載のＸ線レーザ発生
   装置。
5. （５）Ｘ線レーザを対象物に向けて実質的に伝播させる
   プロセスとしてＸ線反射鏡を用いることを及びＸ線反射
   鏡を具備することを特徴とする請求項１記載のＸ線レー
   ザ発生方法。
6. （６）Ｘ線レーザを対象物に向けて実質的に伝播させる
   プロセスとしてＸ線反射鏡を用いる事及びＸ線反射鏡を
   具備する事を特徴とする請求項２記載のＸ線レーザ発生
   装置。