JPH0372183B2

JPH0372183B2 -

Info

Publication number: JPH0372183B2
Application number: JP60004505A
Authority: JP
Inventors: Yasunao Saito; Ikuo Okada; Hideo Yoshihara
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-01-14
Filing date: 1985-01-14
Publication date: 1991-11-15
Also published as: JPS61163547A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、真空中でプラズマを形成し、このプ
ラズマから発生する軟Ｘ線を所望の雰囲気中に取
りだすＸ線取り出し窓に関するものである。

〔従来の技術〕

従来からよく知られている軟Ｘ線を利用した加
工技術として、微細、高精度なパターンを軟Ｘ線
を利用して転写するＸ線露光法がある。軟Ｘ線を
放出するＸ線露光装置のＸ線源としては、アルミ
ニウム、銅、モリブデン、シリコン、パラジウム
等の金属に電子線を照射してＸ線を発生させる電
子線励起方式が用いられていたが、Ｘ線発生効率
が0.01％程度と低く、Ｘ線源の高出力化が望めな
いため、生産性が低いという問題があつた。

これに比べＸ線発生効率が高く高出力のＸ線が
得られるプラズマＸ線源が注目されている。プラ
ズマＸ線源には、細管放電、レーザ励起、プラズ
マフオーカス、ガス注入型放電等によるものがあ
り、Ｘ線発生効率、出力安定性等からガス注入型
放電が有力である。

第９図に従来のＸ線取り出し窓を適用したガス
注入型放電装置を示す。第９図において、１は真
空室、２は真空ポンプ、３はガス溜め、４はピス
トン、５は上部電極、６は下部電極、７はピンチ
したプラズマ、８は発生したＸ線、９は粒子群、
１０はＸ線取り出し窓、１１はマスク、１２はウ
エハ、１３はコンデンサ、１４は放電スイツチ、
１５は高速開閉ガスバルブ、１６はガス塊、１７
は絶縁体である。

次に、このように構成された装置の動作につい
て説明する。ガス注入放電を起こすには、まず、
高速ガスバルブ１５中のピストン４を高速に駆動
し、瞬時にガス溜め３のガスを真空中に噴射して
真空中に対向した上部電極５と下部電極６との間
にガス塊１６を形成する。つぎに放電スイツチ１
４を閉じて、充電されたコンデンサ１３により電
極５，６間に電圧を印加し、ガス塊１６を放電で
電離し、円柱状のプラズマを生成させる。さらに
円柱状プラズマの中心軸方向に沿つて流れる電流
の作る磁場の圧力で、上記のプラズマを自己収束
させ、プラズマを圧縮して高温、高密度のプラズ
マを生成する。この高密度プラズマ中のイオンと
電子の相互作用でＸ線を発生させる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような高温、高密度プラズマからはＸ線の
ほかに光等の電磁波、イオン、電子、高温ガス等
が放出され、ベリリウム等を材料とするＸ線取り
出し窓１０に損傷を与える。とくに、ガス塊１６
がプラズマ化され、電極５，６の中心軸のプラズ
マ７が形成されるとき、プラズマの中心軸方向に
は、高エネルギーのイオン、電子等の粒子群９が
大量に放射される。この粒子群９の影響を避ける
ため、Ｘ線取り出し窓１０、マスク１１、ウエハ
１２等はピンチしたプラズマ７の径方向へ設置し
てパターン転写を行なつていた。第１０図にＸ線
源の径方向から見たＸ線ピンホール写真を図形化
したものを示す。このような径方向でマスク１
１、ウエハ１２の間隙を10〜20μｍとしてプロキ
シミイテイ露光を行つた場合、Ｘ線源形状が直線
状であるため、半影ぼけが大きくなり、微細パタ
ーン転写は不可能であつた。

軸方向露光については、Ｘ線源径が小さく半影
ぼけが小さくなり、微細パターン転写に適する
が、軸方向に飛来する大きなエネルギーを持つた
粒子、光等によるＸ線取り出し窓１０の材料の損
傷が大きい。このため、Ｘ線取り出し窓１０の孔
径を限定し、しかも、厚い取り出し窓材を使用す
る必要があつた。それゆえ、Ｘ線照射領域が小さ
く、また、Ｘ線減衰も大きく、大面積での短時間
露光が困難であつた。

〔問題点を解決するための手段〕

このような問題点を解決するために本発明は、
Ｘ線透過率の高い第１の膜を真空室中に設け、真
空室とＸ線取り出し室との圧力差に耐え得る第２
の膜を真空室とＸ線取り出し室とを隔てるように
設け、Ｘ線取り出し室と使用雰囲気との圧力差に
耐え得るＸ線透過率が高い第３の膜をＸ線取り出
し室と使用雰囲気とを隔てるように設けることと
したものである。

〔作用〕

本発明においては、Ｘ線透過率の高い第１の膜
は殆んど圧力差を受けない。

〔実施例〕

本発明に係わるＸ線取り出し窓の一実施例をＸ
線露光装置に適用した場合を第１図に示す。第１
図において、１８はガスボンベ、１９は荷重粒子
除去器、２０は磁界、２１，２２および２３は第
１、第２および第３の膜、２４はＸ線取り出し
室、５０は前以つてコンデンサ１３を充電する充
電電源、５１は放電スイツチ１４を制御する高電
圧パルス発生装置、５２は入力信号を遅延する遅
延パルサ、５３はプラズマの発生を制御する信号
発生装置、５４は高速開閉ガスバルブ１５のピス
トン４を駆動する電源であり、第１の膜２１、第
２の膜２２および第３の膜２３はＸ線取り出し窓
を構成する。第１図において第９図と同一部分又
は相当部分には同一符号が付してある。

このように構成された装置の動作について説明
する。まず、真空室１を真空ポンプ２により10^-4
〜10^-5Torr程度まで排気し、ガスボンベ１８か
らネオンやクリプトン等の放電ガスを高速開閉ガ
スバルブ１５へ導入しておく、つぎに充電電源５
０によりコンデンサ１３を充電した後、信号発生
装置５３の信号により高速開閉ガスバルブ１５の
電源５４を動作させ、高速開閉ガスバルブ１５の
ピストン４を駆動し、高電圧が印加される上部電
極５と対向する下部電極６との間にガス塊１６を
形成する。同時に、信号発生装置５３の信号は、
電極５，６間に放電ガスが注入される時間と放電
開始の時間とが一致するように設定された遅延パ
ルサ５２を通つて、高電圧パルス発生装置５１に
入力され、高電圧パルスで放電スイツチ１４を動
作させ、絶縁体１７で絶縁されている電極５，６
間に高電圧を印加し、ガス塊１６によつて放電さ
せる。ガスは放電によりプラズマ化し、プラズマ
を流れる電流が作る磁場とプラズマ中のイオン、
電子の相互作用によりプラズマの中心方向へ収束
し、電極５，６の中心軸上で高温、高密度プラズ
マとなり、Ｘ線８が放射される。

パターン転写を行なうには、プラズマから放射
されるＸ線８をプラズマの中心軸方向に設けられ
た荷電粒子除去器１９、荷電粒子除去器１９から
漏れてくる中性粒子を除去する第１の膜２１、真
空を保持する第２の膜２２、ヘリウム等のガスで
満たされたＸ線取り出し室２４、Ｘ線取り出し室
２４と大気とを隔てる第３の膜２３を通つて大気
中に取り出し、大気中の所定の位置に設置された
マスク１１を通してレジストを塗布したウエハ１
２に照射する。

第２図は電極５，６周辺の詳細図である、電極
５，６間でピンチしたプラズマからはＸ線８の他
に高密度プラズマの崩壊過程で生ずるイオン、電
子、高温ガス等が発生する。とくにプラズマの中
心軸方向には、大きなエネルギーをもつたイオン
や電子が放出される。

第３図はＸ線取り出し室２４周辺の詳細図であ
る。第３図において、２５はガス導入孔、２６は
ガス排気孔、２７はフランジ、２８はＯリング、
２９は水冷パイプである。プラズマの中心軸方向
に放出されたイオンや電子、すなわち、粒子群９
は荷電粒子除去器１９により形成される磁界２０
の磁力作用により曲げられる。

第３図に示すＸ線取り出し室２４は真空室１に
ねじ止め固定され、他方の端は、厚さ1μｍのポ
リプロピレン膜から成る第３の膜２３が接着され
ている。Ｘ線取り出し室２４の第３の膜２３近傍
には１〜数個のガス排気孔２６があり、さらに、
真空室１の取付部側にはガス導入孔２５を有して
いる。Ｘ線取り出し室２４には、フランジ２７が
備えられており、Ｏリング２８を用いて真空室１
に取り付けることができる。したがつて、Ｘ線取
り出し室２４は独立した空間となる。この状態で
ガス導入孔２５からＸ線透過率の高いヘリウムガ
スをＸ線取り出し室２４内に導入する。導入ガス
の圧力とＸ線取り出し室２４内の圧力差に応じ
て、導入ガスと空気の混合物がガス排気孔２６か
ら排出される。ヘリウムガスの比重は空気の比重
よりも小さいので、ヘリウムガスは、Ｘ線取り出
し室２４の上部から徐々に空気と置き換わり、最
終的にはＸ線取り出し室２４の内部は純度の高い
ヘリウムガスで満たされる。このようにＸ線取り
出し室２４には空気より軽いヘリウムガスを少量
づつ注入でき、ガス注入した体積の余分なガスは
排出される構造となつているため、特別の装置を
もちいることなく、容易に室内に高純度のガスを
充填できると同時に室内と大気とを仕切る第３の
膜２３へ作用する圧力をほとんど零にできるの
で、1μｍ以下の非常に薄い膜にすることが可能
である。

第４図は、プラズマの中心軸方向にフアラデー
カツプを置いたときに発生する起電力から荷電粒
子除去器１９の設置効果を調べたものである。第
４図ａは荷電粒子除去器１９のない場合、ｂは荷
電粒子除去器１９のある場合である。荷電粒子除
去器１９のない場合は多量の電子が計測されてい
るが、荷電粒子除去器１９を設置することにより
殆んど除去されている。しかし、プラズマからは
磁界の影響を受けない中性粒子や真空紫外光が発
生しており、これらがＸ線取り出し窓に当たつて
窓に損傷を与えることは十分考えられる。とく
に、単層のＸ線取り出し窓では、真空室と大気と
の圧力差が窓材に圧力として加わつた状態となる
ので、プラズマからの中性粒子等が当たると損傷
が起こりやすくなる。そこで、プラズマからの中
性粒子群を除く第１の膜２１と真空シールをする
第２の膜２２とを分離し、中性粒子群を除く膜に
は比較的耐熱性の高い膜を使用し、全体としてＸ
線透過率の高いＸ線取り出し窓としている。

第５図は第１の膜２１、第２の膜２２周辺の詳
細図である。第５図において、３０は第１の膜２
１を固定するためのシリコンフレーム、３１はシ
リコンフレーム３０をを固定する固定板、３２は
中性粒子を除去する第１の膜２１が取りつけてあ
るシリコンフレーム３０と固定板３１を真空室１
に固定する固定金具である。中性粒子群を除去す
るためのSicから成る第１の膜２１は、シリコン
基板上にプラズマ付着法により膜厚１〜2μｍを
形成し、シリコン基板の裏面を水酸化カリウムな
どのエツチング液で除去して１〜2μｍ程度の薄
膜を形成することにより作られる。SiC膜は、引
張強度が350Kg／mm²以上と強く、融点も2000℃以
上であるため、プラズマからの熱的なダメージに
対しても強く、波長12Åの軟Ｘ線に対し厚さ1μ
ｍでＸ線透過率60％程度が得られる。さらに、第
６図に示すように、波長2μｍ以下での光の透過
率が急激に減少しているため、プラズマから発生
する紫外光についてもほとんど第１の膜２１で除
去され、真空保持用の第２の膜２２に影響を及ぼ
すことは少ない。また第３図に示すように、第１
の膜２１のごく近傍に水冷パイプ２９を設けてお
り、第１の膜２１に当たる粒子群９、強力な紫外
光等による第１の膜２１の温度上昇を緩和する。
第５図に示すように、固定板３１には幅１mm、深
さ１mm程度の真空排気溝３３があり、第１の膜２
１と真空保持用の第２の膜２２の空間を真空に引
ける構造になつている。本実施例では第１の膜と
してSiCを使用したが、ベリリウム、アルミニウ
ム、チタン等の金属膜、炭素、Si−Ｎ、Si₃N₄、
SiC、BN等の無機膜、ポリイミド等の有機膜、
あるいは、これらの複合膜でもよい。

第５図に示す厚さ10μｍのベリリウムから成る
真空保持用第２の膜２２は、円環３４、メツシユ
３５に接着等により気密固定とされている。真空
保持用の第２の膜２２は、円環３４上に張られた
太さ50μｍの金属線から成るメツシユ３５で補強
されており、円環３４は接着等で固定金具３２に
気密固定されている。このように補強された真空
保持用の第２の膜２２は１気圧の圧力差に十分耐
え得る。メツシユ３５による影は、ピンチプラズ
マ７、すなわち、Ｘ線源からメツシユ３５までの
距離Ｄとメツシユ３５からウエハ１２までの距離
Ｓの比が比較的大きいためにＸ線源径を2rとした
半影ぼけδ＝2rS／Ｄが大きくなり、ほとんど無
視することができる。本実施例では真空保持用の
第２の膜２２にベリリウム膜を用いたが、アルミ
ニウム、チタン等の金属薄膜、炭素、Si−Ｎ、
Si₃N₄、SiC、BN等の無機膜、ポリプロピレン、
マイラー、ポリイミド等の有機膜、あるいは、こ
れらの複合膜でも十分使用できる。このように真
空保持用の第２の膜２２はメツシユ３５により補
強されているため、膜を薄膜化できると同時に大
面積化することが可能である。

第７図に第１の膜の他の実施例を示す。これ
は、水冷機構を除いて膜に移動機構を設けた場合
の例である。第７図において、４０は厚さ1μｍ
のテープ状のアウミニウムから成る第１の膜、４
１は第１の膜４０が巻かれたボビン、４２は第１
の膜４０を巻き取る巻き取り用ボビン、４３は巻
き取り用ボビン４２を回転させる駆動棒、４４は
駆動棒４３を回転させる駆動用モータである。こ
れを動作させるためには、あらかじめボビン４１
に膜４０を巻いておき、その他端を巻き取り用ボ
ビン４２に巻き、モータ４４により駆動棒４３を
回転させ巻き取ることにより膜４０を移動させ
る。駆動棒４３を軸シールを用いて真空室外に取
り出せば、外部から駆動することもできる。この
実施例はこのような構造になつているため、プラ
ズマからの強力な光、中性粒子等でわずかづつ損
傷を受けたり、電極５，６からの飛散物が膜４０
上に付着しても、膜４０を巻き取り移動させるこ
とにより、新しい膜面が得られるため、Ｘ線透過
率を変化させることなく、安定したＸ線が得られ
る。

また、第８図に示すように、シリコン基板４５
上にプラズマ付着法で第１の膜としてのSiC膜４
６を形成し、複数個の窓を持つようにしてシリコ
ン基板４５の裏面を水酸化カリウムなどのエツチ
ング液で除去する。このようにして１枚のシリコ
ン基板４５上に複数個のSiC膜を形成する。この
SiC膜を、第７図に示す第１の膜４０の場合と同
様に、移動機構を設けて移動するようにし、電極
５，６からの飛散物が膜上に付着したときに別の
SiC膜に移動して使用するようにすれば、膜面は
常に良好な状態に保たれるので、Ｘ線透過率を変
化させることなく、安定したＸ線が得られる。

以上説明したような三重構造のＸ線取り出し窓
を採用することにより、中性粒子除去用の第１の
膜２１、真空保持用の第２の膜２２、第３の膜２
３が薄膜化できるため、結果的にＸ線透過率を高
くすることができる。たとえば、本実施例におい
て、ネオンガス放電により得られる波長９〜13Å
の軟Ｘ線のＸ線透過率は、第１の膜厚をSiC1μ
ｍ、第２の膜厚10μｍ、ヘリウムガス４cm、第３
の膜厚1μｍとすれば、18％であり、露光面積も
20mm×20mm以上が得られ、ベリリウム膜の厚さ
25μｍの単一のＸ線取り出し窓がＸ線透過率８％
より高いＸ線透過率が得られる。本実施例におい
ては、プラズマの中心軸方向に三重構造のＸ線取
り出し窓を設けたが、プラズマの中心軸方向と一
定の角度をもつて設置することもできる。また、
本発明はプラズマＸ線源を対象に説明したが、電
子線励起Ｘ線源に本発明のＸ線取り出し窓を取り
つけることが可能であり、プラズマＸ線源の場合
と同様の効果が得られる。このほか、本発明のＸ
線取り出し窓は、大面積で高効率にＸ線取り出し
を必要とするＸ線分析装置、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線励
起による化学反応装置、Ｘ線励起を利用する膜形
成装置、ならびにＸ線励起を利用するエツチング
装置に適用しても同様な効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、Ｘ線透過率の高
い第１の膜を真空室中に設け、真空室とＸ線取り
出し室との圧力差に耐え得る第２の膜を真空室と
Ｘ線取り出し室とを隔てるように設け、Ｘ線取り
出し室と使用雰囲気との圧力差に耐え得るＸ線透
過率が高い第３の膜をＸ線取り出し室と使用雰囲
気とを隔てるように設けて三重構造のＸ線取り出
し窓とすることにより、中性粒子や強力な紫外光
を第１の膜により完全に除去できるようにしたの
で、Ｘ線透過率の高いＸ線取り出し窓が得られ、
Ｘ線源の小さいプラズマの中心軸方向のプロキシ
イミテイ露光で高速かつ大面積のサブミクロン転
写が可能となる効果がある。また、第２の膜と第
３の膜との間にヘリウムガスを満たすことがで
き、長波長のＸ線源でも大気中露光が可能となる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるＸ線取り出し窓の一実
施例を適用したＸ線露光装置を示す構造図、第２
図、第３図はその一部拡大図、第４図は荷電粒子
除去器の効果を説明するための特性図、第５図は
Ｘ線取り出し窓の構造を説明するための一部拡大
図、第６図は第１の膜の透過率を示す特性図、第
７図は第１の膜の他の実施例を示す構造図、第８
図は第１の膜のさらに他の実施例を示す平面図、
第９図は従来のＸ線取り出し窓が適用されたガス
注入型放電装置を示す構造図、第１０図はそのＸ
線投射図である。１……真空室、２……真空ポンプ、３……ガス
溜め、４……ピストン、５……上部電極、６……
下部電極、７……プラズマ、８……Ｘ線、９……
粒子群、１０……Ｘ線取り出し窓、１１……マス
ク、１２……ウエハ、１３……コンデンサ、１４
……放電スイツチ、１５……高速開閉ガスバル
ブ、１６……ガス塊、１７……絶縁体、１８……
ガスボンベ、１９……荷電粒子除去器、２０……
磁界、２１，４０，４６……第１の膜、２２……
第２の膜、２３……第３の膜、２４……Ｘ線取り
出し室、２５……ガス導入孔、２６……ガス排気
孔、２７……フランジ、２８……Ｏリング、２９
……水冷パイプ、３０……シリコンフレーム、３
１……固定板、３２……固定金具、３３……真空
排気溝、３４……円環、３５……メツシユ、４１
……ボビン、４２……巻き取り用ボビン、４３…
…駆動棒、４４……モータ、５０……充電電源、
５１……高電圧パルス発生装置、５２……遅延パ
ルサ、５３……信号発生装置、５４……電源。

Claims

【特許請求の範囲】１真空室中でプラズマを形成し、このプラズマ
から発生するＸ線を使用雰囲気中に取り出すＸ線
取り出し窓において、Ｘ線透過率の高い第１の膜
を前記真空室中に設け、Ｘ線透過率の高い気体を
満たしたＸ線取り出し室と前記真空室との圧力差
に耐え得る第２の膜を前記真空室とＸ線取り出し
室とを隔てるように設け、前記Ｘ線取り出し室と
使用雰囲気との圧力差に耐え得るＸ線透過率が高
い第３の膜を前記Ｘ線取り出し室と使用雰囲気と
を隔てるように設けて三重構造としたことを特徴
とするＸ線取り出し窓。２第１の膜は、水冷パイプにより冷却されるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線
取り出し窓。３第１の膜は、ベリリウム、アルミニウム、チ
タン等の金属薄膜、炭素、Si−Ｎ、Si₃N₄、SiC、
BN等の無機膜、ポリイミド等の有機膜、あるい
は、これらの複合膜であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のＸ線取り出し窓。４第２の膜は、ベリリウム、アルミニウム、チ
タン等の金属薄膜、炭素、Si−Ｎ、Si₃N₄、SiC、
BN等の無機膜、ポリプロピレン、マイラー、ポ
リイミド等の有機膜、あるいは、これらの複合膜
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のＸ線取り出し窓。５第２の膜は、金属メツシユ、炭素メツシユ、
シリコンメツシユ等の補強材を有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線取り出し
窓。６第３の膜は、ベリリウム、アルミニウム、チ
タン等の金属薄膜、炭素、Si−Ｎ、Si₃N₄、SiC、
BN等の無機膜、ポリプロピレン、マイラー、ポ
リイミド等の有機膜、あるいは、これらの複合膜
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のＸ線取り出し窓。７第１の膜は、移動するテープであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線取り出
し窓。