JPH06502747A - 硬ｘ線を集束する装置および方法 - 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】 硬Ｘ線を集束する装置および方法 発明の技術的分野 本発明は、マスクのイメージを生成するリソグラフ技術、特にマスクの縮小され たイメージを投影するために硬Ｘ線およびガンマ線を集束する装置および方法に 関する。

発明の背景 集積回路半導体チップを製造する段階の１つは半導体ウェハの表面上のマスクに よって限定されたイメージを投影することである。集積回路の小型化を達成する ために、これらのチップは鋭い正確な回路ラインを維持しながら小さいマスクイ メージを投影するように試みられている。このために、リソグラフ技術は可視お よび紫外線電磁エネルギの使用から“軟Ｘ線”に進歩した。軟Ｘ線は紫外線エネ ルギのすぐ上の電磁スペクトルの部分を占めている。軟Ｘ線の短波長は小さいマ スクイメージの投影を可能にする。

硬Ｘ線は軟Ｘ線よりも短い波長を有し、軟Ｘ線の上の電磁スペクトルの部分を占 めている。ガンマ線は硬Ｘ線よりも短い波長を有し、硬Ｘ線の上の電磁スペクト ルの部分を占有する。したがって、より微細なチップ回路を製造するためにマス クイメージを投影するための硬Ｘ線およびガンマ線を利用することが望ましい。

これらの短波長電磁エネルギ（硬Ｘ線およびガンマ線）を使用する試みに関する 問題は、短波長および高い電気エネルギを含むため有用な操作が困難であること である。レンズおよびプリズム等の標準の集束メカニズムは有効ではない。

発明の概要 本発明の目的は、マスクイメージを表面上に投影するために硬Ｘ線およびガンマ 線を使用する手段を提供することである。

本発明の別の目的は、拡散硬Ｘ線またはガンマ線ビームをコリメートし、縮小さ れたマスクイメージを投影するためにこれらの集束ビームを収斂的に集束する手 段を提供することである。

本発明は硬Ｘ線またはガンマ線のビームを収斂的に集束するように結晶の全長に わたって減少する格子定数を有する転位のない複合物質結晶の使用を提案する。

本発明はまた拡散硬Ｘ線またはガンマ線のビームをコリメートし、コリメートさ れた放射線を複合結晶に投影する転位のない単一物質結晶の使用を提供する。マ スクは“コリメート結晶“と“集束結晶”の間に挿入される。集束結晶はマスク の縮小されたイメージを所望の表面、すなわちウェハ上に集束するために収斂硬 Ｘ線またはガンマ線を生成する。本発明はさらに集束結晶としてゲルマニウムと シリコンの比率がシリコンゲルマニウム結晶の全長に関して約１００％のゲルマ ニウムから約１００％のシリコンに変化する実質上転位のないシリコンゲルマニ ウム結晶を提供する。

本発明のその他の概念、目的、特徴、および利点は添付図面および添付請求の範 囲に関連する好ましい実施例の詳細の説明に当業者には明白になる。

図面の簡単な説明 図１は本発明を利用した結晶を示す。

図２は本発明を利用した複合物質結晶を示す。

図３は本発明の１実施例の縮小されたマスクイメージを投影するための硬Ｘ線ま たはガンマ線を収斂的に集束する装置および方法の概略図である。

本発明の好ましい実施例の詳細な説明 この明細書は本発明に関係する内容を特別に指摘し明確に請求する請求の範囲で 終了するが、本発明は添付図面に関連するｌ実施例の次に続く説明を参照して以 下記載される。

本発明によって与えられる広範囲の技術は高エネルギの非常に小さい波長の電磁 放射線の操作である。この操作は多くの用途に適しているが、マスクイメージの 生成に向けられた本発明の別の教えに特に適用できる。

本発明は利用のためにこれらの放射線をコリメートし収斂的に集束することによ って硬Ｘ線およびガンマ線を操作する。

以下記載される本発明の基礎を形成する原理のほとんどはＸ線現象に対して述べ られているが、本発明の教えはガンマ線の短波長放射線にも同様に適用可能であ る。硬Ｘ線は１乃至１００ｋｅＶの範囲内の電気エネルギを有するＸ線であると 考えられる。本発明はコリメートおよび集束機能を実行するために結晶を使用す る。便査上、本発明を説明するために、結晶はコリメート結晶および集束結晶と 呼ばれる。

操作レンズとしての結晶の本発明での利用は結晶のＸ線回折特性に基づいている 。一般に、結晶に入射するＸ線は結晶によって吸収される。しかしながら、Ｘ線 の回折はＸ線が結晶の格子構造に関して特定の角度で結晶に入射するときに生じ る。そのような場合において、Ｘ線は結晶を通って特定の角度で射出する。結晶 を通るこの伝播は放射線が結晶の格子によって内方向に反射されるので生じる。

この現象はブラッグ条件として知られ、ブラッグの法則またはブラッグの式、す なわち、 （ｎ）（λ）　＝２　（ｄ）　ｓｉｎ　ｂとして定量的に表される。

ここで、 ｎは整数であり、λはＸ線の波長であり、ｄは格子定数または結晶の反射層間の 距離であり、ｂは格子層に関する放射線の入射角度である。

図１を参照すると、回折現象を用いるコリメート結晶１（ｌの動作が示されてい る。コリメート結晶ｌＯは拡散放射線源から硬Ｘ線またはガンマ線のビームを投 射するためにブラック条件によって結晶に生じたボルマン効果を使用する。結晶 に生じるボルマン効果はまた異常透過として知られている。ブラッグの式である ブラッグ条件が転位のない結晶において満たされるとき、ボルマン効果は吸収係 数の大幅の減少（例えば２００の因数によって）として表される。吸収係数の減 少は多くの電磁エネルギが結晶を出ることを意味する。用語“転位のない”は格 子構造の“転位”の存在しないことを言う。

転位は幾何学的構造を変更し、通過するエネルギ伝播に悪い影響を与える格子欠 陥である。図１において、入射放射線１１が結晶１０の格子平面または層１２に 関して入射角度１３、すなわちｂで結晶１０に入ることが示されている。格子層 １２は格子定数または格子間隔ｄまたは１４として上記参照された距離だけ隔て られる。ブラッグ条件が満たされるとき、入射角度すまたは１３はまたブラッグ 角度と呼ぶことができる。ボルマン効果は位置１５．１７．１９に示されたビー ムの透過によって表されている。透過された放射線は角度２ｂだけ離れた２つの 等しい強度部分に分割される。位置１５．１７におけるビームは異常透過された 放射線である。これらの位置１５．１７はそれぞれ後方回折ビームおよび前方回 折ビームとして知られている。第３の成分１９は変更されていない透過放射線で あり、異常透過放射線と比較して弱い。ボルマン効果の角度幅は約１０−５ラジ アンまたは約１アーク秒である。したがって、転位のない結晶を通る硬Ｘ線また はガンマ線の異常透過は放射線１１’　の完全な平行ビームを生成する。

上述の原理および現象はまた硬Ｘ線およびガンマ線を集束するように導かれた本 発明に利用される。集束結晶の使用に導かれた教えは上述のボルマンおよびブラ ッグの原理に関連する別の現象に基づいている。すなわち結晶が歪められるとき 伝播されたＸ線か収斂または拡散ビームを生成することができる。結晶の機械的 屈曲は円筒形状に集束されたビームを生成する。結晶格子はまた結晶の１つの端 部分を加熱し他端部分を冷却することによって、或いは結晶の１端部分にかかる 半径方向の力のような機械的な力によって歪められることができる。長さが１０ ｃｍの結晶に対して、生成された効果は小さい、すなわち結晶の１端部分に与え られた１、　０００気圧の圧力では約１０−３ラジアンであり、結晶に従った４ ００度の温度差では１０−４ラジアンである。収斂的或いは発散的集束短波長放 射線に対する別の有効な方法は可変格子定数を有する結晶または平面間の間隔を 生成することである。

図２では、結晶の長さに関して可変格子定数を有する集束結晶２０の１実施例が 示されている。本発明の教えによる集束結晶２０に入射する放射線は放射線の発 散ビームまたは放射線の収斂ビームとして射出する。示されている結晶２０は上 から下に向うにつれて先が細くなる、すなわち上から下に向うにつれての格子定 数の減少を示す。上部に入射する適当に整列された放射線は収斂ビームとして射 出する。反対に、下から上に向って先が細くなる結晶の上部に入射する放射線は 発散ビームを生成する。本発明の教えは物質シリコンおよびゲルマニウムを使用 して説明されることができる。シリコンの格子定数は５．４３オングストローム であり、ゲルマニウムの格子定数は５．６６オングストロームである。シリコン 中のゲルマニウムの固体可溶性は０％ゲルマニウムから１００％ゲルマニウムま での範囲を完全にカバーする。図１では、結晶の上部が１００％ゲルマニウム、 すなわち０％シリコンから構成されているとして示されている。一方、結晶の底 部は１００％シリコン、すなわち０％ゲルマニウムから構成されている。濃度比 率は結晶２０の長さに関して連続的に変化する。

ゲルマニウム中のシリコンの濃度を連続的に変化させるように結晶を成長するこ とによって、格子定数は約４％だけ変化する。結晶２０が１ｃｍ当り約４％の線 形濃度勾配を有するならば、１０ｃｍの長さの結晶に関して、結晶格子の大きさ は約０．０４ｃｍだけ縮小する。これは０．０４／１０＝４ミリラジアンの２５ 度の収斂角度を生じる。したがって、結晶２０は１１０．００４−２５０ｃｍの 焦点距離ｆを有する。焦点の（２５０ｃｍにおける）回折制限された寸法が次の 回折式によって与えられる。

Ｓ−（１，２２λ）Ｘｆ／Ｄ ここで、Ｓは焦点の直径であり、１．２２は比例定数を示し、Ｄは最初に放射線 を受ける結晶２０の端部分の直径であり、λは放射線の波長であり、ｆは焦点距 離である。次の実施例はこれらの教えの適用性を示す。Ａｍ２４１の崩壊からの ６０ｋｅＶのガンマ線は０．１７オングストロームの波長（λ）を有する。２ｃ ｍの直径りを有する結晶２０の焦点の寸法は次の通りである。

ｓ−（１，２２Ｘ１．７Ｘ１０−９／２）Ｘ２５０−２６Ｘ１０−８ｃｍ これはナノ電子特性の典型的な寸法の正確さまたは解像度である。したがって、 集束結晶２０は電子装置のりソゲラフの範囲をナノメータ範囲に拡張するために 使用されることができる。

図３では、本発明の教えに従った硬Ｘ線およびガンマ線３０を収斂的に集束する 装置が概略的に示されている。拡散放射線源３２は拡散硬Ｘ線またはガンマ線ビ ーム１１を放射する。上述のコリメート結晶のように作用するコリメート結晶３ ４はコリメートされた硬Ｘ線またはガンマ線ビーム１１’　を伝播する。

チップ上に配置される回路パターンを限定するマスク３６はコリメートビーム１ １’　を受けるように配置される。マスクを射出するコリメートされた放射線１ １’　はマスク３６のイメージを伝送する。コリメートされたビーム１１’　は 集束結晶３８に入射する。集束結晶３８はその長さに関して減少する格子定数を 有する複合結晶である。マスクのイメージを伝送する平行ビーム１１″’　は集 束結晶３８を出る。半導体チップに構成されるウェハ３９は収斂ビーム１１”’ 　の通路に配置される。ウェハ３９を照射するマスクのイメージは伝送された放 射ビーム１１”’　の収斂により集束結晶３８に入るイメージの縮小形状である 。縮小されたイメージは基体４３によって支持されるウェハ３９の感光層４１を 照射する。通常のチップ製造方法は本発明によって可能にされた小型化および解 像度を有する集積回路を製造するために使用されることができる。

集束結晶２０または３８はまた狭い或いは小さい格子構造の端部において放射線 を受けることができる。結晶２０または３８を出る放射線は上述の原理により拡 散される。

上述のように、格子定数は幾つかの方法によって変化されることができるが、複 合物質の結晶の使用は簡単で実用的な方法である。

上記明細書の記載から明らかであるように、本発明は先の明細書および説明に記 載されたものと異なる種々の縮小および変更が可能である。したがって、以下の 請求の範囲は本発明の技術的範囲から逸脱することなく全ての変形および変更を カバーする。

フロントベージの続き （５１）　ｒｎｔ、　ｃｉ、　６　識別記号　庁内ｕ理１ｑＧ２１Ｋ　１１０６ 　Ｃ８６０７−２Ｇ（７２）発明者　チャック、ディピッド・ビーアメリカ合衆 国、カリフォルニア州 ９２６８０、ラスチン、リビングストン　１４２１２Ｉ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．硬Ｘ線ビームまたはガンマ線ビームを受けてコリメートする結晶の長さに関 して一定の格子定数を有する転位のない結晶と、 前記コリメｒトされた硬Ｘ線ビームまたはガンマ線ビームを受けるように整列さ れ、結晶の長さに関して減少する格子定数を有し、硬Ｘ線ビームまたはガンマ線 ビームを前記長さに沿って伝播する転位のない結晶とを具備していることを特徴 とする硬Ｘ線ビームまたはガンマ線ビームを集束する装置。
2. ２．結晶の長さに関する一定の格子定数を有する前記転位のない結晶は、結晶の 長さに関する一定の格子定数を有する転位のない単一物質結晶から構成されてい る請求項１記載の装置。
3. ３．結晶の長さに関して減少する格子定数を有する前記転位のない結晶は、結晶 の長さに関して減少する格子定数を有する転位のない複合物質結晶から構成され ている請求項１記載の装置。
4. ４．結晶の長さに関して減少する格子定数を有する前記転位のない複合物質結晶 は、２つ以上の結晶物質からなる転位のない結晶から構成され、その２つ以上の 結晶物質の一方に関して他方が線形的に連続して変化する濃度を有している請求 項３記載の装置。
5. ５．結晶の長さに関して減少する格子定数を有する前記転位のない複合物質結晶 は、ゲルマニウム中のシリコンの線形的連続可変濃度を有する転位のない結晶か ら構成されている請求項３記載の装置。
6. ６．結晶の長さに関して減少する格子定数を有する前記転位のない複合物質結晶 は、ゲルマニウムとシワコンの比率が長さに関して約１００％ゲルマニウムから 約１００％シリコンまで変化する転位のないシリコンゲルマニウム結晶から構成 されている請求項３記載の装置。
7. ７．結晶の長さに関して減少する格子定数を有する前記転位のない結晶は、前記 コリメートされた硬Ｘ線ビームまたはガンマ線ビームが結晶の長さに関して減少 する格子定数を有し、結晶の出口端部よりも大きい格子定数を有する前記転位の ない結晶の他端部分によって受けられるように整列されている請求項１記載の装 置。
8. ８．拡散硬Ｘ線ビームまたはガンマ線ビームを結晶の長さに関して減少する格子 定数を有する前記転位のない結晶に投射する手段をさらに備えている請求項１記 載の装置。
9. ９．結晶の長さに関して一定の格子定数を有する前記転位のない結晶と長さに関 して減少する格子定数を有する前記転位のない結晶との間にマスクを挿入する手 段をさらに備えている請求項１記載の装置。
10. １０．結晶の長さに関して減少する格子定数を有する前記転位のない結晶を出る 放射線を受けるように表面を配置する手段をさらに備えでいる請求項１記載の装 置。
11. １１．転位のない単一物質結晶と、 拡散硬Ｘ線ビームまたはガンマ線ビームを前記転位のない単一物質結晶に投射す る手段と、 結晶の長さに沿って線形的に変化する格子定数を有する転位のない複合物質結晶 であって、前記Ｘ線ビームまたはガンマ線ビームを受ける１端部における格子定 数は前記硬Ｘ線ビームまたはガンマ線ビームが前記転位のない単一物質結晶を出 る軸方向に整列されている他端部における格子定数より大きくされている複合物 質結晶と、 前記転位のない単一物質結晶および前記転位のない複合物質結晶の間にマスクを 挿入する手段と、前記転位のない複合物質結晶を出る前記硬Ｘ線ビームまたはガ ンマ線ビームの通路に表面を配置する手段とを具備していることを特徴とするマ スクによって限定された縮小されたイメージを表面に投影する装置。
12. １２．コリメートされた硬Ｘ線ビームまたはガンマ線ビームを生成するために転 位のない単一物質結晶を通って拡散硬Ｘ線ビームまたはガンマ線ビームを導き、 前記コリメートされた硬Ｘ線ビームまたはガンマ線ビームを高い格子定数を有す る１端部分から低い格子定数を有する他端部分までの結晶の長さに関して減少す る格子定数を有する転位のない複合物質に導くステップを含み、前記コリメート された硬Ｘ線ビームまたはガンマ線ビームは高い格子定数を有する前記１端部分 に導かれ、 前記転位のない単一物質結晶と結晶の長さに関して減少する格子定数を有する前 記転位のない複合物質結晶の間にマスクを挿入し、 低い格子定数を有する前記転位のない複合物質結晶の前記他端部分を出る放射線 の通路に表面を配置するステップを含んでいることを特徴とする硬Ｘ線ビームイ メージまたはガンマ線ビームイメージを表面に収斂的に集束する方法。
13. １３．ｓは焦点の直径であり、１．２２は比例定数を示し、Ｄは硬Ｘ線またはガ ンマ線を受ける結晶の１端部分の直径であり、λは硬Ｘ線またはガンマ線の波長 であり、ｆは焦点距離であるとして、次の式 ｓ＝（１．２２λ）×ｆ／Ｄ で定められた焦点距離ｆにおいて直径ｓを有する焦点を生成するように結晶の長 さに関して減少する格子定数を生成するようにパラメータにしたがって形成され た結晶を具備する硬Ｘ線またはガンマ線を集束する装置。