JPS59151425A - 軟ｘ線発生装置 - 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】 本発明は、Ｘ線露光装置に用いられる軟Ｘ線発生装置に
係り、更に詳しくｉは、電子銃と回転対ｌ　　　陰極と
の位置関係を設定し、露光時間の短縮と、高生産性を達
成するようにした軟Ｘ線発生装置に関する。

〔従来技術〕

サブミクロンパターンをもつ集積回路を量産す２　　　
（〔 るためには、強力な軟Ｘ線を発生し得るＸ線露光装置用
の軟Ｘ線発生装置が必要とされている。軟Ｘ線発生装置
の出力を大きくするためには、軟Ｘ線を発生させる対陰
極に照射される電子ビームの入力を大きくしなければな
らない。しかし、従来技術で―、電子ビー・を発生する
電子銃を大きくすると、対陰極とマスクおよび基板との
距離がこ′れに伴って増大し、結果として大きな軟Ｘ線
強度、すなわち線束一度が得られない欠点があり、妥ブ
ミ□クロン・母ターンの量産化の障害となっていた。

すなわち、Ｘ線露光装置は、軟Ｘ線を発生させる軟Ｘ線
発生装置と、パターン形成したマスクと、上記軟Ｘ線に
感応するレジスト膜を形成する基板とを適宜の間隔で保
持し、かつ、両者の位置合せを行うアライメント装置と
、上記アライメント装置のアライメント晃学系が配設さ
れ原字間を形成し、該空間に軟Ｘ線透過率の高いヘリウ
ムガスを充満させる雰囲気容器とよ多構成される。この
内、軟Ｘ線発生装置は、軟Ｘ線を発生させる対陰極と、
該対陰極に電子ビームを照射する電子銃と、上記３頁 対陰極と上記マスク側とに介設されるベリリウム製のＸ
線透過窓とから構成される。そして、電子銃と対陰極と
は同一容器内に配設されているのが普通である。

上記構成により発生した軟Ｘ線は、Ｘ線透過窓から放出
され、上記マスクを透過し、上記基板上の上記Ｘ線感光
性レジスト膜に照射され、上記マスクのパターンを基板
上に転写する。

軟Ｘ線は、波長０．４ｎｍないし１．３ｎｍ程度のもの
で、回折、反射がなく、ごみやほこり等を透過するので
、これ等の汚れに影響されない。従って、１μｍもしく
はそれ以下の線幅をもつパターンの転写に適している。

又、電子ビーム露光装置に較べ、装置の構造が簡単で、
操作が容易である長所を有している。

しかし、上記のＸ線露光装置の軟Ｘ線によって高生産を
実現するためには、軟Ｘ線の出力を高める必要がある。

このためには、対陰極に照射する電子ビームの入力を大
きくしなければならない。

従って、電子銃を大型化することが必要となる。

特開昭５９−１５１４２５（２） 電子銃を大型化すると、これに伴って軟Ｘ線発生装置と
、上記のアライメント装置との間隔が広がシ、軟Ｘ線の
Ｘ線発生点と上記基板との距離が増大する。従って、電
子ビームの出力増加がそのまま基板上の軟Ｘ線の強度（
以下、線束密度と称呼する）の増加とならない欠点が生
ずる。又、電子銃の大型化は、対陰極を照射する電子ビ
ームの直径の増加につながり、対陰極で軟Ｘ線を発生す
る面積を増加させることになる。この面積の増加は、上
記基板上に転写された・母ターンの半影ゲケを増加させ
る原因となる。

以上によシ、従来、量産用のＸ線露光装置が開発されず
、サブミクロンＡ？ターンをもつ集積回路の量産化の障
害となっていた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の欠点等を解決すべく創案されたもので
あり、その目的は、上記軟Ｘ線の照射野ヘノ線束密度を
向上し、サブミクロン・母ターンの転写を量産化し、そ
の効率を向上すると共に、電子銃の大型化に伴って、軟
Ｘ線発生点とマスク側５　　　　頁 との間隔を大きくしないように形成される軟Ｘ線発生装
置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記の目的を達成するために、真空容器内に
回転対陰極を設け、上記真空容器の外方側に・こ１に密
接して電子銃を配置す６と共に・上記電子銃からの電子
ビームの照射方向と、上記回転対陰極から発生する軟Ｘ
線の照射野の中心と上記軟Ｘ線の発生点とを結ぶ直線と
の交角を加変以上になるように、上記電子銃を設置した
軟Ｘ線発生装置を特徴としたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

まず、本実施例の概要を第１図および第３図によシ説明
する。

マスク３および基板４を雰囲気容器８内に配設するアラ
イメント装置２は、枠１１の下方側に筐体７により支持
されている。枠１１の上方側には軟Ｘ線発生装置１０の
真空容器１２が設けられ、その内部６　　　頁 には回転対陰極路が設けられている。チー・９状の回転
対陰極あの照射回路は、マスク３および基板４と相対向
する位置に傾斜して配置され、その間には、可変厚みを
形成するぺＩＪ　ＩＪウム製のＸ線透過窓１４が設けら
れている。なお、回転対陰極路の内部には、冷媒である
冷却水の排水用ノＪ？イブ冴と給水管ｎが設けられてい
る。

真空容器１２の外方側には、これに密接して電子銃３１
が設けられ、カソード３２から電子ビーム９が発せられ
る。この電子ビーム９は、電子レンズあに、よシ、回転
対陰極路の照射面部上に照射する電子ビーム９の焦束径
および形状を変化される。電子！−ム９の照射方向と、
回転対陰極あからマスク３更ｕに照射される軟Ｘ線４１
の中心線Ｃとの交角βは少くとも頭皮よシ大きくなるよ
うに、電子銃３１は真空容器１２に係合し、枠１１によ
り、支持される。従って、電子銃３１と枠１１の上面に
は比較的大きなスペースが形成されるため、大型の電子
銃３１を設けることができる◎ 次に、後に詳しく説明するが、第３図に示す如７　　　
頁 く、回転対陰極部のＸ線発生点Ｂと基板４上に照射され
た軟Ｘ線の照射野りの中心点Ｗｏ　とを結ぶ中心線Ｃと
、照射面画との交角θは、θ＝αｙｍの如く定められ、
これによって照射野りの最外点Ｗｌ。

Ｗ２　（普通Ｗ２　Ｗｏ　＝＝Ｗｔ　Ｗｏ　）の内の線
束密度の最小の最外点Ｗ１　における線束密度を最大値
に保持すべくしている。

次に、本実施例を更に詳しく説明する。

第１図に示す如くＸ線露光装置１は、アライメント装置
２、雰囲気容器８および軟Ｘ線発生装置１０から構成さ
れる。

アライメント装置２には、マスク３とこれに並設される
基板４とを保持すると共に、その一方又は相方を相対的
に移動させて位置合せするテーブル５と、マスク３およ
び基板４に形成された位置合せ用のマーク（図示せず）
を光学的に検出するアライメント光学系６と、アライメ
ント光学系６の検出信号を電気的に処理し、テーブル５
に指令を与える制御系（図示せず）とが設けられ、筐体
７により支持される。又、この筺体７は、枠１１の特開
昭５９−１５１４２５（８） 下面側に設けられる。

雰囲気容器８内には、アライメント光学系６、マスク３
、基板４およびテーブル５等が収納され、軟Ｘ線の透過
率の高いヘリウムガスで充満されている。

枠１１の上面側には軟Ｘ線発生装置１０が設けられてい
る。軟Ｘ線発生装置１０は、枠１１の上面に載置される
真空容器１２と、この底面側に設けられたＸ線透過窓１
４と、真空容器１２に枢着され、内部に冷却水を給排さ
せる回転対陰極あと、真空容器１２の外方側に密接して
設けられた電子銃３１等とから構成される。

第２図に示す如く、真空容器１２の一側面の開放部には
、これを閉止すると共に、その内部に突出する中空ハウ
ジング部を形成する軸受１７が０リング１６を介して取
付けられている。軸受１７の上記中空ハウジング部内に
は、これを貫通して軸受１７外に延出する中空状排出管
２１が挿設され、排出管２１の真空容器１２内部側の一
端には、排出管２１の半径方向に延出する内部空間を形
成する回転対陰極部９頁 が一体的に接続される。なお、排出管２１と上記中′　
　　空ハウジング部内周との間には、一対のベアリング
１８　、１９とシール十段加とが設けられ、排出管２１
を軸受１７に枢着すると共に、真空容器１２の内部と外
気側とをシールしている。排出管２１の軸受１７外に延
出した他端外周には、動力伝達用のブーするが嵌着され
る。又、軸受１７の外側面には、ハウジングｎが取付け
られ、ハウジングρのプーリ５側には、ゾーリ５に密接
するシール手段あが取付けられている。又、ハウジング
ｎ内には、その両側面を貫通する冷却水用の排水路るが
形成され、排水路乙の一端側は排出管２１の他端側と連
通する。

なお、シール手段加は、排水路部内の冷却水の漏・洩を
防止する。又、排水路ｎ他端側には、図示しない冷却水
源に連通ずる冷却水の排水用ノクイゾスが接続している
。

排出管２１の内部には、これを貫通する給水管ｎが間隙
を距てて挿設され、その一端側には、回転対陰極あの上
記内部空間内に延出する仕切板（９）が半径方向に延出
して設けられ、他端側はハウジン１０頁 グ四内を貫通し、図示しない上記冷却水源に連通ずる。

従って、冷媒としての冷却水は、上記冷却水源から給水
管部内に送られ、回転対陰極あ内に入＃）、遠心力によ
り、仕切板（支）の表面に沿って屈折し、半径方向に送
られた後、仕切板力の外周と回転対陰極あの内周側に形
成される間隙部から、再び仕切板力の背面に沿って中心
側に集まり、排出管２１と給水管Ｉとの上記間隙を通り
、排水路ｎおよび排水用・母イゾスから上記冷却水源に
戻入されて循環する。

回転対陰極あの先端側には角度γチーツク状の照射面画
が形成され、照射面画には電子ビーム９が照射される。

又、照射面２９は、Ｘ線透過窓１４の上方側に傾斜して
設けられ、マスク３および基板４と相対向する位置に配
設される。

電子銃３１は、枠１１の上方側に支持され、真空容器１
２の外方側の側面に密接して設けられている。

電子銃３１は、電子ビーム９を発生させるカソード３２
と電子ビーム９の照射面９上の焦東径および形・状を変
える電子Ｖンズあと、真空容器１２にＯリン１１頁 グ３３を介し取付けられ、その内部に電子ビーム９を通
過させる導管あとから構成される。導管あの一端側は、
真空容器１２内に突出すると共に、回転対陰極あの照射
面画に相対向する位置に設けられる。又、その他端側は
、図に明示していないが電子＠３１に気密結合される。

又、真空容器１２の底面側のＸ線透過窓１４と照射面画
との間には、Ｘ線透過窓１４の面に平行に電極３６が設
けられ、電極３６には、回転対陰極路で発生した軟Ｘ線
４１の透過を制限するための穴４０が中央に形成される
。穴４０には、開口率の高いグリッドが設けられている
。すなわち、回転対陰極あの照射面画で反跳した電子ビ
ーム９の電子は、電極あによシ減速されると共に、穴４
０の上記グリッドにより、その通過が抑えられ、その結
果、Ｘ線透過窓１４の損傷が防止される。

Ｘ線透過窓１４はぺＩＪ　ＩＪウムから構成され、真空
容器１２の底面に、ホルダ１３を介し、取付けられてい
る。ホルダ１３と真空容器１２との間には、Ｏリンダ１
５が設けられ、気密保持をしている。又、Ｘ線透過窓１
４の下方側には、枠１１の下面に沿って取付けられたブ
ラケット３７が設けられ、ブラケット３７内に支持され
たシリンダあには、Ｘ線透過窓１４に平行に移動し、こ
れを開閉するロッドシャッタ３９が取付けられている。

従って、ロッドシャッタ３９でＸ線透過窓１４を閉止す
ることにより、軟Ｘ線４１は遮断される。

電子銃３１の電子ビーム９は、上記の如く、電子レンズ
３５によって、回転対陰極路の照射面２９上に所望の直
径で焦束するように調整され、導管あを通シ、照射面画
に照射される。

次に第３図に示す如く、電子ビーム９は照射面画に角度
θ１で照射されると、回転対陰極あの対陰極を構成する
材料、例えば銀Ａｇ又はモリブデンＭｏなとの材料の原
子と、電子ビーム９の電子との相互作用によシ、回転対
陰極路内のＸ線発生点Ｂに軟Ｘ線４１が発生する。発生
した軟Ｘ線４１は穴４０によシその広がシを制限され、
Ｘ線透過窓１４を通過し、マスク３を通り、基板４を照
射して照射野りを形成する。今、照射野りの中心点ＷＯ
と、最外点Ｗ、　、Ｗ２とＸ線発生点Ｂを結ぶ直線を中
心１３頁 線Ｃ１外直線Ｅ１　＋Ｅ２とする。

上記の如く、回転対陰極路に照射された電子ビーム９は
、回転対陰極路の表面より内部に侵入し、回転対陰極あ
の内部で軟Ｘ線４１を発生させる。この侵入深さａＯは
、電子ビームの加速電圧によって決まる。軟Ｘ線発生点
Ｂでは、全方向に向けて軟Ｘ線４１が発生するが、上記
の如く、基板４側には、照射野りが形成される。

外直線Ｅ１　は軟Ｘ線発生点Ｂから距離ｔ１　だけ回転
対陰極路内を通り放射され、外直線Ｅ２・は距離ｔ２だ
け回転対陰極郡内を通シ放射される。軟Ｘ線４１は、回
転対陰極路内を透過する際に減衰され、その減衰量は透
過距離に比例する。図示の如く、距離１．はｔ２　　よ
シ大きいため、外直線Ｅ。

の軟Ｘ線４１が最も弱いものとなる。このため、照射野
りの最外点Ｗ！における軟Ｘ線４１０強度、すなわち線
束密度が最も小さくなる。一般に、露光時間は、所要の
照射野り内の軟Ｘ線４１０線束密度の最も小さい位置に
おける露光量により決まる。

従って、線束密度の最小の位置の線束密度を最大１４頁 にする条件に装置各部を構成することが必要となる。後
に詳しく説明するが、最外点Ｗ１　における線束密度を
最大にする場合の、中心線Ｃと照射面画との交角θは、
θ＝αｖｒｒｌで与えられる。銀Ａｇの場合変角θは０
．４４≦θ≦０．７０ラジアンであシ、モリブデンＭｏ
の場合、０．３８りθ＜０．７０ラジアンである。又、
角度θ！は装置の構成上約４０度のため、θ！十〇は（
３）度よシ小さくなる。従って電子ビーム９の照射方向
と、中心線Ｃとの交角βは９０度以上となる。

回転対陰極あの上記傾斜角γ、角度０１回転対陰極あと
Ｘ線透過窓１４、穴あ、マスク３および基板４との相対
位置や、これ等の大きさは、交角０が上式を満足すると
共に交角βが霞度よシ大きくなるように設定される。

一般に、Ｘ線発生点Ｂにおける線束密度を工。

とし、垂直距離りだけ離れた上記最外点Ｗ１　における
線束密度を工とすると、下式で求まる。

【５頁 ρは対陰極材料の密度、ｔは対陰極内の軟ｘＨの通過距
離を示す。

又、軟Ｘ線の通過距離ｔは下式で求まる。

で与えられ、Ｖは電子ビームの加速電圧、ｖｋは軟Ｘ線
の励起エネルギ、２は対陰極材料の原子量−号、Ａは対
陰極材料の原子量を示す。

以上によシ線束密度Ｉは下式の如くなる。

今、Ｇを軟Ｘ線発生装置固有の定数とすると、で表示さ
れ とすると、最外点Ｗ１　の線束密度Ｉは下式の如くなる
。

この式から、最外点ｗｌ　における線束密度の最大値を
求めると、交角θは下式の如くなる。

θ＝αｖｍ　　（ラジアン） ここで、ｍは１．７りｍ　＜、　２．０に示される。

今、回転対陰極路の対陰極に銀Ａｇを用い、■＝２２　
ｋＶ　　とすると、０．４４＜θ＜０．７０となり、同
様に対陰極にモリプデｙＭｏを用いると、Ｖ＝１７ｋＶ
のときｏ、ａ８りθ≦０．７３となる。

角度θ１は、軟Ｘ線発生装置１０の構成上約４０変種度
のため、上記の如くθｌ十〇は■）度以下となり、交角
βは逆に（イ）度以上になる。

一方、照射野内のＸ線線束密度は、対陰極内通１７頁 過距離により軟Ｘ線の減衰量が累なり分布をもつ。

すなわち、 照射野り内のＷ、　Ｗ、上の点を照射品四かちの角度を
φ（θ−ψくφくθ＋ψ）とすると下式で表わされる。

Ｉ　＝　Ｆｌ　（Ｖ）ｅｘｐｌニーｖ’２（Ｖ）／ｓｌ
ｎφ）　’／ｇｈＩθ上式で、■とθは最適値に設定′
背るため、工はφだけの関数となる。

ここで、Ｘ線透過窓１４の窓厚をｔ（）で表わすとＸ線
透過窓１４通過後のＸ線強度は窓材のＸ線吸収係数をμ
ｍとして下式で表わされる。

Ｉ　＝　Ｆｌ　（Ｖ）＠ＩＸｐＣ−Ｆｚ（Ｖ）／４φ−
μｗｔ（φ）　’）／ｓｉｎθいま、Ｆｌ　（Ｖ）、／
ｓｌｎφ十μＷｔ（φ）＝Ｃ（一定）なるように、ｔ（
φ）を下式のように設定すれば、照射野り内の線束密度
を一定とすることができる。照射野中の線束密度が最も
小さい位置の厚さｔ（θ）＝０とする１８　　　頁 と、φの変域は小さいため％　　ｔ（φ）は次式のよう
に近似される。

このようなＸ線透過窓１４は第４図に示す如く６〜（９
）μｍ厚のベリリウムＢｅ薄板４２上にチタンＴｉの板
４３を斜め蒸・着することに・よシ容易に作製できる。

また、厚さの変化は連続的である必要はなく、階段状に
してもよい。このような方法により、照射野り内のＸ線
線束密度分布を±５％以内に抑制することが可能である
。

以上の如く、交角βが■）度以上で、電子銃３１が真空
容器１２の外方側にあることから、電子銃３１を大型化
でき、その出力を増加させることができる。

そして、電子銃３１を大型化しても、それに伴って軟Ｘ
線４１のＸ線発生点Ｂと基板４およびＸ線透過窓１４等
との間隔を大きくする必要がなく、基板４上の線束密度
を高めることができる。又、照射野り中の最小の線束密
度を有する最外点Ｗ１　　の線東１９　　　　頁 密度を最大にする交角θを設定でき、かつ、上記の如く
Ｘ線透過窓１４の厚みを変化さして、照射野り内の線束
密度分布を均一にすることができる。

又、電子銃３１の電子レンズあによシ、照射面画上の電
子ビームの焦束径および形状を変化でき、これにより軟
Ｘ線４１の発生面積を電子ビーム９の出力によって決ま
る最小面積に制御でき、基板４に転写したノ９ターンの
半影ボケを最小にすることができる。

以上によシ、従来技術のものよシ露光時間を１０分の１
に短縮でき、約１０倍の高生産が達成できる。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかな如く、本発明によれば、軟
Ｘ線の照射野への線束密度を向上し、サブミクロンノＪ
？ターンの転写を量産化し、転写効率を向上し得ると共
に、回転対陰極内の軟Ｘ線の発生点と基板との距離を変
えることなく、電子銃を大型化し得る効果が上げられる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の構成図、第、２図は第特開昭
５９−１５１４２５（６） １図の要部の断面図、第３図は実施例の軟Ｘ線による露
光状態を示す模式図、第４図はＸ線透過窓の構成図であ
る。 １・・・Ｘ線露光装置、２・・・アライメント装置、３
・・・マスク、４・・・基板、５・・・テーブル、６・
・・アライメント光学系、７・・・筐体、８・・・雰囲
気容器、９・・・電子ビーム、１０・・・軟Ｘ線発生装
置、１１・・・枠、１２・・・真空容器、１３・・・ホ
ルダ、１４・・・Ｘ線透過窓、１５，１６゜３３・・・
Ｏリンダ、１７・・・軸受、　１８　、１９・・・ベア
リング、加・・・シール手゛段、２１・・・排出管、ｎ
・・・ハウジング、ｎ・・・排水路、冴・・・排水用・
母イブ、５・・・ジー９、あ・・・シール手段、ｎ・・
・給水管、郡・・・回転対陰極、２９・・・照射面、（
資）・・・仕切板、３１・・・電子銃、３２・・・カソ
ード、あ・・・導管、あ・・・電子レンズ、３６・・・
電極、３７・・・ブラケット、あ・・・シリンダ、３９
・・・ロッドシャッタ、４０・・・穴、４１・・・軟Ｘ
線、４２・・・ベリリウム、４３・・・チタン。 代理人　弁理士　秋　本　正　実 第１図 第２図 第４図 −１０７−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空容器内に設けられた回ｉ対陰極に電子銃から電子ビ
   ームを照射して軟Ｘ−を発生させるようにした軟Ｘ線発
   生装置において、１記電子銃を、上記真空容器の外方側
   に配設すると共に、上記電子ビームの照射方向と、上記
   軟Ｘ＠の照射−の中心と上記軟Ｘ線の発生点とを結ぶ□
   直線との交角が、９０度以上になるように上記電子銃を
   設置したことを特徴とする軟Ｘ線発生装置。゛　　　　
   　□