JPS6068539A - X線発生装置 - Google Patents

X線発生装置

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JPS6068539A
JPS6068539A JP58175518A JP17551883A JPS6068539A JP S6068539 A JPS6068539 A JP S6068539A JP 58175518 A JP58175518 A JP 58175518A JP 17551883 A JP17551883 A JP 17551883A JP S6068539 A JPS6068539 A JP S6068539A
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JP
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magnets
magnetic field
deflection
electron
vertical
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JP58175518A
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Hiroshi Yano
谷野 浩史
Koichiro Ootori
紘一郎 鳳
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/14Arrangements for concentrating, focusing, or directing the cathode ray
    • H01J35/153Spot position control

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  • Particle Accelerators (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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】 この発明は、シンクロトロン放射光を用いたX程すング
ラフィのようなX線の工業的利用に用いられるX線発生
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
れており、そのひとつに回折効果の少ないX線リングラ
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線源とウニ/
%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、ウニへ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、ジンクロト1−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。その拡がりは電子eの進行方向に集中した円錐状に
なっている。電子Cは電子軌道1上を進行してゆくので
、第1図(blのような通常用いられる鉛直方向の静磁
場H8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)K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。
また、シンクロトロン放射光2は、第2@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、リングラフィにふされしいIOAから
100A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、軌道半径几=2m、電流I =−100mA。
発光点とウニ/1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。
以上のごとく、ウエノ)面上で露光に利用できるシンク
ロトロン放射光20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Kは、半影ぼけや幾何学的歪みの
影響が出ない範囲で、発光点とウニ/1間の距離を短く
することが望ましく、5〜10F’1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りには波長依
存性があり、軟X線は可視光より狭くなっている。例え
ば発光点からウニ/・までの距離を1077Lとした場
合、リングラフィに有効な軟X線成分の強度がほぼ一様
になるのは5■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パ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りが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。この拡がり
角は電子eのエネルギーを変えてもはとんど変化せず、
軌道半径几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乃至数チップを包含するエフイールドを露光す
るのに必要な1〜5cm四方程度の一様な露光領域を縦
方向においても実現するためには、何らかの方法で軟X
&L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4図(aJ〜(d)に示すいくつかの装置
が提案されている。
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<81参照ン。
(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を適西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の左右の不快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(舘4図(d〕参照)
これらのうち(1)は何枚ものマスク3を次々九つ週 想される。
(21,(31,(41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
よって、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に光照射によって引き起
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線強度を確認しなげればならない。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
有さす、しかも前述のような一様な照射が可能なX線発
生装置を提案するものである。以下この発明の一実施例
を図面を用いて説明する。
ある瞬間の電子eの位置から出るシンクロ)+=ン放射
光2を一定距離離れた地点で観測すると第1図(a)の
ように、円形スポット状の拡がりを有している(第5図
(a)のスポツ)S参照)。
このため一様な静磁場中で曲線軌道に沿って有限距離を
走る電子eからのシンクロトロン放射光2は、第1図(
b)のように上記円形を横方向1cIiii次重ね合わ
せて得られる長方形形状となる(第5図(bl参照)。
これらのことかられかる通り、たとえば広い正方形形状
に一様な照射を行うためには、円形のスポットがさらに
縦方向にも並んだ、たとえば第5図(c)のようなスポ
ラ)Sの配列を実現する電子軌道をつくってやる必要が
ある。
そこで、第6図(a)のように磁場を配置すると、電子
eは左右方向に蛇行しつつ、しかもゆるやかに上方へ曲
がり℃ゆく。
第6図(a)において、6,6′は上下に対向して配置
された水平偏向用磁石列で全長はlであり、隣接する磁
極の極性が交互になっており、個々の磁石の長さはl8
.磁石間の距離は122両磁右列6.6′の距離はdと
なっており、かつ1右列石列6.6′の空間を介して対
向する磁極の極性は互に異極になるように配置されてい
る。また、7,7′は対向して配置され、対向する極性
が互に異極になるように配置された垂直偏向用磁石であ
る。電子eは上記各磁石列6,6′および各磁石7,7
′で上下、左右が囲まれた空間内を通る。第6図(b)
はこのような電子eの電子軌道1を水平面、垂直面に投
影して表わしたものであり、第6図(C)は第6図(b
)の試料面の拡大図である。座標のとり方は第6図(a
ン中に示されている。シンクロトロン放射光2は常に電
子軌道1の接続方向に放射されるから、第6図(a)、
(b)のような電子軌道1”C−ハ、左右方向の蛇行に
伴って放出されるシンクロトロン放射光2の方向は、発
光黒人からは第6図(C)の1点へ、発光点BからはB
′点へ、発光点Cからは01点へとい5ように変化して
おり、したがって、試料面上の露光領域は第6図(C)
に示すように、スポラ)Sの二次元的な配列で決定され
るのでほぼ一様な正方形状の露光が可能になる。
厳密には電子Cはいくつかの塊に分かれて通過するが、
通常の蓄積リングからの放射光と同じく、その時間間隔
は5nsec程度であって、リングラフィのような目的
には放射光は時間的に連続とみなしてよ<、したがって
、上記の正方形領域は全面が定常的に一様強度のX線で
照射されるとみなしてよい。
電子エネルギーなE(GeV)、水平偏向用磁石列6,
6′の作る磁場なり1(KG)、その個々の磁石の長さ
をl、〔儂〕、磁石間距離をl、〔cm〕、その対の数
を0〔組〕、磁石列6,6′の全長をl(m)、小型磁
石による各々の曲率半径をR1(7n)、この小型磁石
に必要なギャップ長をg(Cm)、垂直偏向用磁石7.
1′の作る磁場をBtco)、それによる曲率半径なR
2(−)、X線発生装置と露光装置との距離なL (7
71)、得られる一様露光領域の横幅をW(”) 、縦
幅をH〔儂〕、ピーク強度が得しれる波長をλ、〔A〕
とすると、 λpcX:]−1.92R1(−)/E3(GeV) 
−(])R+ (tl =33.36 E(GeV’l
l/B1 (KG) ”’t2)WCm〕 =LC−)
lrCan”J/n1cm〕 =−−−−(3)l(儂
〕−〇(11〔ぼ)十tz(czA)ン ・・・・・・
(4)H(c+りL) =LCm) l (鑞)/R,
(アK) ・・・・・・(5)g、(z)=3.336
xto4E(GeVl、伺32(GJ・・・・・・・・
・・・・(61 g (cIn:] = l (m)HC函)/loo 
L(+x’l ・−を力となる。
たとえば、E=0.63GeV、 B、 =6KG、 
l、=−’Ael儂、12=0.5(17A、n=30
組、33.=180Gの時、λ。
=27N、几H= 3.5i、 W=1()cm、 1
=120cnt、n= 1.OCR,R4=1201y
l、 g=1.5cInとなり、lQn四方の一様露光
領域が得られる(第7図参照)。
放射光強度としては、1つだけの偏向磁石から得られる
放射光を縦方向に1OCInの範囲に広げた場合と比べ
て、約0倍(上の例でn=30)になる。
また、垂直偏向用磁石7,7′の磁場の強さを下げてや
れば、必要な露光面積に応じて、−緑露光領域の縦幅を
せはめることができ、これに反比例してシンクロトロン
放射光2の輝度が高まるので、露光時間を短縮すること
かできる。
なお、この方式は干渉性放射光源のいわゆる7ンデユレ
ータに水平偏向用磁石の配列の点で一見類似しているが
、その配列の長さ定数(’!、’2など)や、垂直偏向
用磁石を有する点およびその設計定数などの点で全(異
なるものであり、これはその意図する目的が全く纂りる
ことからくる当然の帰結である。さらに、より強力で小
型の磁石が使用可能であるならば7ンデユレータの干渉
条件をも満たし、上記の広面積一様露光の条件をも満た
すような、水平偏向用磁石の配列設計が可能となり、こ
の場合には、準干渉性放射光源として、前述のn倍より
も強く、02倍までの放射光強度を得ることができる。
このX線発生装置は、電子ビームの有効利用の点から現
在の電子蓄積リングのような周1目加速・蓄積装置の途
中に数個所設置するのが良い。その場合、第7図の条件
では磁石系を通過したあと約10 m rad電子軌道
1が上向いているが、この復元にはい(つかの方法があ
る。すなわち、■、垂直偏向用の磁石をさらに磁石系の
前後に設ける方法。
■8周回軌道上に複数のX線発生装置を設は垂直偏向の
方向を交互に上向き、下向きとし、電子軌道1が一方向
へ累積的に外れて行かないようにする方法。■6通常の
発散・収束用電磁石を用いて電子軌道1を修正する方法
などである。
いずれによっても容易に電子軌道1を水平方向に戻すこ
とができ、他の目的に使用されるビームダクトを持つ電
子蓄積リングにおいても、他のタクトに何ら影響をおよ
ぼすことなく設置が可能である。
さらに、このような磁石系の配列は、縦横を入れかえて
設置しても何らさしつかえない。この場合には約10 
mradの緩やかな水平偏向があるこトニなるから、こ
れを周回軌道の一部に取り入れればよく、電子軌道の復
元用に新たな磁石を用意しなくてもさしつかえない。
上記した方法によれは、すべてのシンクロトロン放射光
が露光に利用され発光点とウェハの間に光学素子が全く
ないことから、第1に強度と一様性の非常に高いシンク
ロトロン放射光を広い面積に得ることができく第2にシ
ンクロトロン放射光固有の連続スペクトルを用いるため
、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−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。また、電子は一定の
軌道を進行し、シンクロトロン放射光は定常的に同一方
向−・放射されているから、露光時間の設定が容易であ
ると同時に、蓄積電流の安定性がよい。
なお、上記の実施例では水平偏向用磁石6,6′と垂直
偏向用磁石7,7′を用いたが、上記における水平、垂
直は相対的なものであり、両者を入れかえてもよく、ま
た、必ずしも水平、垂直でなく斜めであっても原理的に
は全く支障はない。
以上詳細に述べたように、この発明は、極性の交互に異
なる磁石を一列に配列して周期状の磁場領域を作る偏向
用磁石と、前記周期状の磁場領域を包含しそれらに垂直
な方向に前記磁場よりも弱い一様磁場を作る少なくとも
1個の偏向用磁石とを電子軌道中に設けたので、シンク
ロ)pン放射光のもつ優れた特徴を損なうことな(その
欠点を解消し、広い面積に一様かつ安定なX線照射を実
現させるもので、これによって例えば、高いスループン
トを持つ軟X線リングラフィを可能とするものであって
工業上重要な価値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p
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(a)〜(
C)は発光点から一定の距1’l[[れた所でウェハ上
に得られる放射光分布の模式図、第6図(a)〜<c>
はこの発明の一実施例を示すX線発生装置を示す模式図
、電子の軌道とシンクロトロン放射光を示す説明図およ
びこの装置から得られる一様露光面積の放射光分布の模
式図、第7図はこの発明の一具体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、6,6′
は水平偏向用磁石列、1,7′は垂直偏向用磁石である
。 第1図 (a) (b) 第2図 5皮 長 (入) 第3図 第5図 (a) (b) ○〜S S−JごT彩D (C)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. シンクロトロン放射光の軟X線をレジ7、ト膜のパター
    ン転写に男いるX線発生装置において、極性の交互に異
    なる磁石を一列に配列して周期状の磁場領域を作る偏向
    用磁石と、前記周期状の磁場領域を包含しそれらに垂直
    な方向に前記磁場よりも弱い一様磁場を作る少なくとも
    1個の偏向用磁石とを電子軌道中に設けたことを特徴と
    するX線発生装置。
JP58175518A 1983-09-22 1983-09-22 X線発生装置 Granted JPS6068539A (ja)

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JP58175518A JPS6068539A (ja) 1983-09-22 1983-09-22 X線発生装置

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JPH0372173B2 JPH0372173B2 (ja) 1991-11-15

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6220316A (ja) * 1985-07-18 1987-01-28 Susumu Nanba 半導体ウエハの露光装置
EP0725558A1 (en) * 1995-02-02 1996-08-07 Rikagaku Kenkyusho Insertion device for use with synchrotron radiation

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US5714850A (en) * 1995-02-02 1998-02-03 Rikagaku Kenkyusho Insertion device for use with synchrotron radiation

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