JPH0372172B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、シンクロトロン放射光を用いた軟
Ｘ線リソグラフイに用いられるＸ線発生装置に関
するものである。

従来、微細構造を有するLSI素子の作成におい
て、レジスト膜へのパターン転写にはフオトリソ
グラフイの技術が用いられてきた。

しかし、光の回折現象のため転写し得るパター
ン幅は光の波長と同程度の約1μｍが限界である。
さらに微細化を進めるためにサブミクロンでのパ
ターンの大量転写に用いられ得るリソグラフイ技
術が必要とされており、そのひとつに回折効果の
少ないＸ線リソグラフイ技術がある。

ここではＸ線源としては、従来固体ターゲツト
に電子線を照射して得られる特性Ｘ線が用いられ
てきたが、その波長は10〓以下であるので、次の
ような問題がある。すなわちこの波長域のＸ線で
は全ての物質で透過率が高いので、レジストへの
吸収効率が低く露光時間が長くなるとともに、十
分なマスク・コントラストを得るためには吸収体
膜が厚くなり過ぎる。また、波長が短いため、レ
ジスト膜や基板中で発生する光電子のエネルギー
が高く、二次光電子が拡散して解像度が低くな
る。さらに、半影ぼけや幾何学的な歪みの効果を
避けるためには、Ｘ線源とウエハ間の距離を十分
離す必要があるが、この種のＸ線源は発散源であ
るため、ウエハ間の距離を離すとビームの利用効
率が悪くなり、実用上十分なビーム強度を得るた
めには非常に強力なＸ線源が必要となつて、現状
では技術的に困難である。

上記の本題点を解決する技術としてシンクロト
ロン放射光の軟Ｘ線が注目されている。第１図ａ
に示すように、シンクロトロン放射光２は、磁場
Ｈによつて軌道を曲げられた時に電子ｅが放出す
る電磁波である。その拡がりは電子ｅの進行方向
に集中した円錐状になつている。電子ｅは電子軌
道１上を進行してゆくので、第１図ｂのような通
常用いられる鉛直方向の静磁場H_sの場合には、
電子軌道１上の発光点の重ね合わせにより、横方
向（軌道面内方向）に一様で縦方向（軌道面垂直
方向）に狭い広がり角の分布になつている。その
ため、無駄に散逸するビームが無く、すべてのビ
ームをウエハ面上に集中させて露光に利用するこ
とができる。

また、シンクロトロン放射光２は、第２図に示
すようなＸ線からマイクロ波におよぶ連続スペク
トルであるが、電子ｅの運動エネルギーを選ぶこ
とにより、短波長のＸ線成分の少ない、リソグラ
フイにふさわしい10Åから100Åの軟Ｘ線を主成
分としたビームを得ることができる。

なお、軌道半径Ｒ＝２ｍ、電流Ｉ＝100ｍＡ、
発光点とウエハ間の距離Ｌ＝10ｍ、軌道面からの
仰角θ＝0radの場合を第２図に示した。

以上のごとく、ウエハ面上で露光に利用できる
シンクロトロン放射光２の強度は非常に強く、短
い露光時間でパターン転写が可能である。

その強度を生かすためには、半影ぼけや幾何学
的歪みの影響が出ない範囲で、発光点とウエハ間
の距離を短くすることが望ましく、５〜10ｍ程度
の距離にとどめる必要がある。しかしながら、そ
の場合縦方向の広がり角は、先に述べたように大
変狭く、LSIの１チツプを露光するためには逆に
狭すぎる程である。たとえば発光点とウエハ間の
距離を10ｍとした時、リソグラフイに有効な軟Ｘ
線成分の強度がほぼ一様になるのは４mm程度の幅
である。この拡がりは、電子ｅのエネルギーや軌
道半径を変えてもほとんど増大させることができ
ない。従つて、１チツプあるいは１ウエハを露光
するのに必要な１cmから10cm程度の幅の一様な露
光面積を縦方向において実現するためには、何ら
かの方法で軟Ｘ線の光路を変えてやる必要があ
る。

この光路変更のために以下の第３図ａ〜ｄに示
すいくつかの装置が提案されている。

なお、第３図で、１は電子軌道、２はシンクロ
トロン放射光、３はマスク、４は露光されるウエ
ハ、５は平面鏡、６は凸面鏡または凹面鏡、７は
平面鏡または凹面鏡を示す。以下、第３図ａ〜ｄ
を順次説明する。

(1) ウエハ４それ自体を縦方向に移動する装置
（第３図ａ参照）。

(2) 平面鏡５を用いてシンクロトロン放射光２を
反射させ、その平面鏡５を適当な速さで振動さ
せることで上下方向に放射光を振る装置（第３
図ｂ参照）。

(3) 凸面鏡または凹面鏡６を用いてシンクロトロ
ン放射光２を反射させ、広い面積に一様な強度
を得る装置（第３図ｃ参照）。

(4) 何枚かの平面鏡または凹面鏡７を組み合わせ
て、ウエハ４の左右の不要な放射光を反射さ
せ、縦方向への一様な拡がりを増大させる装置
（第３図ｄ参照）。

これらのうち(1)は何枚ものマスク３を次々にウ
エハ４上に正確に位置決めしたり、大量のウエハ
４を処理したりするための複雑な機構をもつウエ
ハ・アライナーにさらに移動機構の自由度をもう
ひとつ要求することになり、実用上技術的困難が
予想される。

(2)、(3)、(4)はいずれも鏡５〜６を用いている
が、この場合には、第１にその鏡面の材質の反射
率によつて、有効な軟Ｘ線のスペクトル強度が異
なり、露光時間の予測が面倒になる。第２に光照
射によつて引き起こされた不純物の吸着などによ
り、反射率が徐々に低下するため、鏡の交換とい
う保守作業を要し、また、露光時にたえず軟Ｘ線
強度を確認しなければならない。さらに、その劣
化は必ずしも鏡面上一様に進むとは限らず、露光
むらが発生するおそれがある。

この発明は、上記のような従来の光路変更装置
の欠点を有さない、光路変更装置を持つＸ線発生
装置を提案したものである。以下この発明の一実
施例を図面を用いて説明する。

シンクロトロン放射光２を発生する装置の１つ
として電子蓄積リングがあるが、これを例にとつ
て説明する。電子蓄積リングは、電子束の偏向、
集束系についてのみ考えると、たとえば第４図に
示すように、シンクロトロン放射光２を取り出す
所に設けられた偏向用２極電磁石８、電子束を安
定に周回させるための横方向集束用４重極電磁石
９と縦方向集束用４重極電磁石１０からなる。

ここで、光路変更用として横方向に磁場成分
H_hをもつ可変電磁石（２極）１１を横方向集束
用４重極電磁石９の直後に挿入した。

この時、横方向集束用４重極電磁石９で縦集束
した電子束の方向は、可変電磁石１１の横磁場成
分のため縦方向にわずかにずれる。このずれは横
方向集束用４重極電磁石９（横方向は集束だが縦
方向は発散）によつて増幅され、偏向用２極電磁
石８中の電子の軌道面は上下方向（Ｙ方向）に大
きくずれることになる。従つてウエハ４上のシン
クロトロン放射光（軟Ｘ線）２は上下方向に移動
する。

たとえば、可変電磁石１１中に電流1Aを流し
た時、約50ガウスの横磁場が発生し、このため電
子ｅの軌道面が変化し、発光点から10ｍ離れた試
料の位置で13mm移動した。この電流値を第５図に
示すような三角波で一定の速さ（たとえば
0.3sec）で振動させることにより、ウエハ４上に
縦方向の幅３cmの範囲で一様な露光を行うことが
できた。

上記の方法によれば、Ｘ線の発光点とウエハ４
の間に光学素子が全くないことから、第１に一様
性の非常に高い放射光を得ることができ、第２に
シンクロトロン放射光２本来のなだらかな連続ス
ペクトルを有するため、必要露光時間の予測設定
が容易であり、第３に一定の電子電流で常に同一
光量の軟Ｘ線を得ることができるので、露光時間
の制御が容易である。

上記の実施例では、縦方向集束用４重極電磁石
１０の直後に可変電磁石１１を設置したが、これ
は可変な横磁場成分をもつならばどこに設置して
もかまわない。

以上詳細に述べたように、この発明は、電子軌
道を、電子軌道面に垂直な方向に上下方向に時間
的に走査する可変磁場発生用の可変電磁石を設け
たので、シンクロトロン放射光のもつ優れた特徴
を損なうことなく、これを最大限に生かして一
様、かつ、安定で高スループツトの軟Ｘ線リソグ
ラフイーが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは磁場中の電子がある瞬間に出すシン
クロトロン放射光の分布を示す模式図、第１図ｂ
は鉛直方向の静磁場中を運動してゆく電子が出す
シンクロトロン放射光の分布を示す模式図、第２
図は電子蓄積リングから出る放射光強度の波長に
対する分布を示す特性図、第３図ａ〜ｄは縦方向
（軌道面垂直方向）に一様な露光を行うために従
来提案されている装置の模式図、第４図はこの発
明の一実施例を示すＸ線発生装置の模式図、第５
図はこの実施例において可変電磁石中に流す電流
の一例を示す波形図である。 図中、１は電子軌道、２はシンクロトロン放射
光、３はマスク、４はウエハ、５は平面鏡、６は
凸面鏡または凹面鏡、７は平面鏡または凹面鏡、
８は偏向用２極電磁石、９は横方向集束用４重極
電磁石、１０は縦方向集束用４重極電磁石、１１
は可変電磁石、１２はビームダクトである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子軌道面に沿つて偏平なビームとして放射
   されるシンクロトロン放射光の軟Ｘ線を、この軟
   Ｘ線に対し垂直に位置するウエハ上のレジスト膜
   のパターン転写に用いるＸ線発生装置において、
   前記シンクロトロン放射光を発生する電子の軌道
   を、電子軌道面に垂直な方向に時間的に走査する
   可変磁場発生用の可変電磁石を設けたことを特徴
   とするＸ線発生装置。