JPS60156000A - 軟ｘ線投射装置 - 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】 （の発明は、シンクロトロン放射光を用いたＸ線リソグ
ラフィのようなＸｉの工業的利用に用いられるＸｉ投射
装置に関するものである。

以下、Ｘ線リングラフィ技術を例にとって説明する。

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ォトリングラフィの技
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ングラフィ技術が必要とさ
れておシ、そのひとつに回折効果の少ないＸ線リソグラ
フィ技術がある。ここではＸ線源としては、従来固体タ
ーゲッ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ＩＯＡ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シ過ぎる。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ｆｆけや幾何学的な歪みの効果
を避けるためには、Ｘ線源とウェ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４であるため、ウ
エノ・間の距離を離すとビームの利用効率が悪くなシ、
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
線源が必要となって、現状では技術的に困難である。

上記の問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によって電子
軌道１を曲げられた時に電子ｅが放出する電磁波である
。その拡がシは電子ｅの進行方向に集中した円錐状に寿
っている。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
Ｈｓの場合には、電子軌道１上の発光点の重ね合わせに
よシ、横方向（軌道面内方向）に一様で縦方向（軌道面
垂直方向）に狭い拡がり角の分布になっている。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
ェハ面上に集中させて露光に利用することができる０ 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１
、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、リングラフィにふされしい１０Ｘか
ら１ｏｏ　Ｘ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
光点とウエノ・間の距離Ｌ　＝　１０ｍ、軌道面からの
仰角θ−Ｏｒａｄの場合を第２図に示した０以上のごと
く、ウェ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、半影ばけや幾何学的歪みの
影響が出ない範囲で、発光点とウェハ間の距離を短＜−
ｒることか望ましく、５〜１０ｍ程度の距離にとどめる
必要がある。

第３図に示すように放射光の縦方向の拡がシには波長依
存性があり、軟Ｘ線は可視光より狭くなっている０例え
ば、発光点からウエノ・までの距離を１０ｍとした場合
、リソグラフィに有効な軟Ｘｍ成分の強度がほぼ一様に
ガるのは５想罵程度の幅である。

このことは、ビームが集中していて無駄なく利用できる
放射光の特徴であるが、ＬＳＩノくターンを露光するこ
とを考えた場合、縦方向のビームの拡がシが１チツプの
寸法にも満たないという欠点にもなっている。この拡が
シ角は電子ｅのエネルギーを変えてもほとんど変化せず
、軌道半径Ｒを小さくすることでわずかに増大させるこ
とができるが、十分な幅には程遠い。

従って、１乃至数チ７ブを包含する１フ４−ルドを露光
するのに必要々１〜５　ｃｍ四方程度の−・様な露光領
域を縦方向においても実現するためには、何らかの方法
で軟Ｘ線の光路を変えてやる必要がある０この光路変更
のために以下の第４図（ａ）〜（ｄ）に示すいくつかの
装置が提案されている。

なお、第４図で　１は電子軌道、２はシンクロトロン放
射う”Ｃ２３はマスク、４は露光されるウェハ、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４図（ａ）〜（ｄ）を順次説明する
。

（１）　ウェハ４それ自体を縦方向に移動する装置（第
４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４図（ｂ）参照）。

（３）　凸の円柱面鏡または凹の円柱面鏡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４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、
ウェハ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４図（ｄ）参照）０ これらのうち（１）は何枚ものマスク３を次々にウェハ
４上に正確に位置決めしたり、大量のウェハ４を処理し
たシするだめの複雑な機構をもつウエノ・・アライナ−
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
なシ、実用上技術的困難が予想される。

（２）は、平面鏡をある速さで振動させる機構を超高真
空中に設けなければならず、高い信頼性が要求され、や
けシ技術的困難が予想される０（３）は、広い面積に一
様な強度を得ることかで−きるが、そのために本来の放
射光強度に比べて、照射強度が著しく低下する欠点があ
る。

（４）は、不要な放射光を巧みに利用した効率の高い方
法ではあるが、その一様性にはある程度のＩＪ　７プル
が避けられず、又、数多くの鏡の微調整という技術的に
複雑な欠点がある。

この発明は、上記に鑑みなされたもので、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軟Ｘ線投
射装置を提供することを目的とする。以下、この発明に
ついて実施例に基づき図面を用いて説明する。

第５図は、本発明の一実施例を示した模式図である。放
射光の発光点０の近傍に回転円弧体面（通称では回転楕
円体面又はトロイダル面）をもつ長方形の反射鏡８を設
置し、これによってただ１回の反射によってウーーハを
露光するのに適当な大きさの領域に軟Ｘ線の一様な照射
。

を可能とするものである。すなわち、第５図の座標軸に
おいてウーーハ面をｘｙ面、電子軌道面をｚｊＣ面、鏡
面の中心Ｃを通ってｙｚ面に平行でｙ方面から視射角（
入射角の余角）θだけ傾いた方向をｙ′方向、ｘｙ’面
に垂直な方向を２１方向としたとき、反射後の放射光の
軟Ｘ線を、その中心面（ｚ’、ｒ面）と直角方向（ｙ’
力方向には拡げてその強度分布を緩やかにすると同時に
、中心面に平行な方向（Ｘ方向）には集光する。その際
、軟Ｘ線の反射率を大きく保つためには、θは、２〜３
度以下である必要がある。このため、Ｘ方向での集光に
寄与するｘｙ１面内の円弧の半径ＲｘはｌＱｃｍ程度の
小さなものでなければならず、この結果、第６図に示す
ように、鏡面の中心軸（２１軸）近傍を通る光線よシも
鏡面の端のｚ′ｘ面に対して傾いた斜面を通る光線の方
がよシ大きな角度で反射されてｙ方向にずれ、得られる
放射光の像は著しく歪んだ弓なシの扇形になる。

一方、ｙ方向での拡散に寄与するｙ′ｚ１面内の円弧の
半径Ｒｚは、これ単独の場合、即ち、集光を行なわない
上記（３）の方法の場合には、半径Ｒｘにおけるような
像の歪みを生じることはないが半径Ｒｘと共存する場合
には、半径Ｒｘと′協力して扇形の歪んだ像をつくる。

本発明者は、このような半径Ｒ，ｘによる歪みと半径Ｒ
ｚによる歪みが互いに相殺されるような半径Ｒｘと半径
Ｒｚの組合わせの条件が可能であることを見出した。そ
こでこの関係を用いることによって、両者が完全に又は
近似的に相殺されるような回転円弧面鏡によって一様か
つ輝度の高い放射光を広い面積に照射できる本発明に至
ったものである。

以下、この相殺条件について述べる。

鏡が設置されなかった場合には、放射光は直進して、ウ
ーーハ面に達するが、この時のｙ方向の幅をＡ　（ｆｆ
ｉｆｉ）　（Ａ＞０　）としミ鏡が設置されたことによ
シ反射されてウーーハ面に来た時のｙ方向の幅をＨ（ｗ
ｉｔ）とすると、ｙ方向の照射領域の拡大率は γＡ　＝　Ｈ／　Ａ　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（１）で与えられる。このとき、鏡に
よる反射で照射領域の上下がいれかわる場合にはＨを負
と定義しておくと、ｙ方向に照射領域が拡大されるため
には、 γ〉１又はγ４く−１・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（２）でなければならない。

同様にして、Ｘ方向についても幅をＷＣ闘〕（Ｗ＞Ｏ）
、鏡を使った時の幅をＷ（露〕、照射領域の拡大率をγ
Ｗとすると、 γ、、＝Ｗ／　Ｗ　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（３）であシ、Ｘ方向に照射領域が
縮小される即ち集光されるためには、 −１くγあ〈１　・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（４）でなければならない。

鏡面の中心Ｃの付近で反射される軟Ｘ線は歪みが少ない
ので設計通シの拡大率を得ることができるが、この付近
では上記半径Ｒｘ、ＲｚとγＷ、１１の間に、次の関係
が成シ立つ。但し、発光点σとウーーノ・面Ｓとの距離
をＬ　（ｍ）　、発光点ひと鏡面中心Ｃとの距離をαＣ
，）とし、θ（ｒａｄ）は、鏡面中心Ｃでの上記視射角
である０２ｓｉｎθ Ｒｘ　（ｍ）　＝　−□　＠α（−）’　（１−−）　
−（５）１−γｗＬ 以上の雑読のもとに、半径Ｒｘと半径Ｒｚによる歪みの
完全相殺条件を述べると、第７図の直線ｔ１とｔ２の上
のみである。このうちｔ２はγｗ’＝１．であるから上
記（３）の方法の場合に相当し、集光かできない。１．
が望ましい完全相殺条件であシｒｈ＝　２−００γｔｕ
　００６１　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（７）と与えられる。但し、第７図及
び第（７）式は、Ｔ、＝１０ｍ、、（Ｌ＝２ｍ、　θ−
１ｄｅｇｒｅｅ　＝　０．０１７５　ｒａｄの場合に対
してめたものであるが、これらが変わってもほとんど変
化しない。第７図かられかるように照射領域がＸ方向に
反転せず（γＷ〉０）ｙ方向に反転する（ｒｈ＜０）場
合に、最も容易に歪みのシい像が得られ、たとえばどち
らも反転しない場合（１ｗ　＞　０かつγん〉０）には
歪みが互いに強め合ってしまうので不適当である。

実際には、完全に歪みをなくす必要はガく、一様照射領
域が充分広い矩形形状が得られればよいので、第７図上
で直ａＺ＋の近傍にあるγヮとｒｈの組みおわせを満た
すように半径Ｒｘと半径Ｒｚを決めてやればよい。

第８図（ａ）ｌ　（ｂ）は、それぞれ、γｗ−０，５、
γｈ−−２、ＲｘＲｘ−１ｌ２．　Ｒｚ＝６１．１ｍ及
び１ｗ　＝　０．２５、γｈ−−４、ＲＸ＝７４．５１
１１Ｗ、Ｒｚ　＝　３６．７　ｍの場合である。（→で
は、長さ２０ＣＩＩ＋の鏡で、Ｘ方向に４０間、ｙ方向
に１０酩の幅の矩形形状の一様域が、又（ｂ）では、ｘ
ｙ力方向いずれも１５Ｉ＋ｌｓの正方形状の一様域が得
られる０ この時、照射領域での軟Ｘ線強度の一様性は、ｔ４とん
ど放射光本来の強度分布（即ち５謔の幅で±１０９６の
値）によって定ｔｂ、鏡の絶対反射率の値によっては影
響を受けないので、絶対反射率の影響を補正しなければ
ならない（４）の方法に比べ信頼性が高い。又、鏡面の
各場所での視射角の変動も１０９６以下であるので、軟
Ｘ線の斜入射反射率の角度依存性にはあまり影響されな
い０ 又、（２）の方法と異なり可動部分がない静止した鏡で
あるので超高真空中での信Ｍ性が高い。

集光能力が高いので、（３）の方法と比べて２〜５倍の
光強度を得ることができる。

次に、本発明の変形例を２つ示す。まず第１に、第９図
（ａ）に示したように、半径Ｒｘをもつ回転円弧面鏡（
又はそのかわシとして回転円柱面鏡）を用い、その両端
又は片端を、直線導入器の先端部やピエゾ素子などの微
調整可能な支点でささえる事によシ、敢闘以下の支点の
移動によって、数百ｍの長さをもつ半径Ｒｚを容易に制
御することができ、従ってｙ方向への拡大率を任意に変
えること及びその結果として照射領域の歪みを最小にす
ることが容易に行なえる。

第２に第９図（ｂ）に示したように、（ａ）におけるよ
うな微動可能な支点を２方向にわたって複数個設置する
ことによシ、局所的な半径Ｒｚを順次連続に変えてやる
ことができる。こうして、放射光強度の低くなっていく
ｙ方向の両端部をより輝度の高い状態に集光すると同時
に、照射領域の歪みをさらに少しおさえることができる
。

なお、この発明のような集光と拡散を同時に行なうとと
もに、両者によって生じる照射領域の歪みを相殺するよ
うな働きをもつ回転円弧面鏡は、従来の収束系即ち軟Ｘ
線分光器等に用いられてきたような収束光線束の無収差
化をめざした回転円弧面鏡（又は通称トロイクール鏡）
とは、その設計理念、設計方法、機能の全てにわたって
全く異カるものであわ、これはその基本的要請、即ち照
射面積の拡大という要請が従来の光学系に要請されてき
たものと全く異なることから来る当然の帰結である。

以上、詳細に述べたように、この発明は、円弧の半径Ｒ
，ｘの円柱面鏡によって生じる像歪みと円弧の半径Ｒｚ
の円柱面鏡によって生じる像歪みが互いに相殺されるよ
うな円弧の半径Ｒｘと円弧の半径Ｒｚの組み合わせの条
件が可能であることを用いて、両者が完全に又は近似的
に相殺されるような回転円弧面鏡によって一様かつ輝度
の高い放射光をだソー回の反射により容易に広い面和に
照射できるようにしたもので、これによって例えば、高
いスループットを持つ軟Ｘ線リングラフィを可能とする
優れた効果を有するものである。

【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
方向の一様な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図は縦方向（軌道面垂直方向）への放射光の
強度分布をいくつかの波長について示した特性図、第４
図（ａ）〜（ｄ）は縦方向に一様な露光を行うために提
案されている種々の装置の模式図、第５図はこの発明の
一実施例を示すＸ線投射装置を示す模式図、第６図は半
径Ｒｘをもつ円柱面鏡によって生じる像歪みについての
説明図、第７図は像歪みが解消されるためのＸ方向の拡
大率γｗＩ！：ｙ方向の拡大率γんの組み合わせ条件が
１．とｔ２であることを示す説明図。第８図（ａ）　（
ｂ）はそれぞれ４０鰭ＸＩＱｍと１５雛×１５鱈の一様
照射域を得る回転円弧面鏡の例とその照射形状を示す模
式図、第９図（ａ）　（ｂ）はそれぞれこの発明の変形
例を示す模式図である。 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は露光されるウェハ、５は平面鏡、６は凸又
は凹の円柱面鏡、７は複数の平面鏡、８は回転円弧面鏡
、９は軟Ｘ線の一様照射領域である。 練　１　図 欝　２　図 及長（′Ａ） 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高速荷電粒子の加速度運動によって軟Ｘ線を発生させる
   軟Ｘ線源と、 前記軟Ｘ線を照射すべき試料を設置する試料室と、 前記状Ｘａを前記試料室に導くビームタクトと、 ゛　該ビームダクトの途中に設置された少なくとも一個
   の回転円弧面反射鏡と、 から成ることを特徴とする軟Ｘ線投射装置。