JPS61179047A

JPS61179047A - Ｘ線供給源の標的

Info

Publication number: JPS61179047A
Application number: JP60250557A
Authority: JP
Inventors: ジエームス　モートン　フオーサイス; ロバート　デビツド　フランケル
Original assignee: HAMPSHIRE INSTR Inc; HANPUSHIYAA INSTR Inc
Current assignee: HAMPSHIRE INSTR Inc; HANPUSHIYAA INSTR Inc
Priority date: 1984-11-08
Filing date: 1985-11-08
Publication date: 1986-08-11
Also published as: JPH0499528U; EP0181194A3; CA1250056A; US4700371A; EP0181194A2

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】（産業上の利用分野）本発明は、Ｘ線用の標的、とりわけ寿命の長い標的に係
る。この標的は励起ビームと共に使用され、商業的なＸ
線リソグラフ装置に用いるソフトＸ線を放出するプラズ
マを形成する。

（従来の技術）Ｘ線リソグラフ装置は従来技術で周知である。

これら装置は、最初にスミス氏その他（Ｓｍｉｔｈｅｔ
ａｌ）名義の米国特許第３，７４３，８４２号により提
案されている。この特許に記載されているように、減圧
された室内にある標的に電子ビームを当てることにより
、Ｘ線の供給源を作り出している。ビーム粒子は充分な
エネルギを備えているため、ビームが標的に衝突する地
点でＸ線が盛んに放出される。放出されたＸ線はＸ線レ
ジスト被覆半導体基板に向けて送られ、レジストを暴露
するようになっている。Ｘ線用のマスクを標的と半導体
との間に設置すれば、レジスト基板上にパターン化され
た画像を写すことができる。

スミス氏のＸ線リソグラフ装置を一歩進めた装置が、ナ
ゲル氏その他（Ｎａｇｅｌ　ｅｔ　ａｌ　）名義の米国
特許第４．１８４．０７８号に記載されている。

この特許では、電子ビームがレーザ光線パルスで置き換
えられている。このレーザ光線パルスは標的に向けて送
られ、Ｘ線を放出するプラズマを作り出すようになって
いる。レーザによるＸ線発生装置では、レーザパルスが
標的に衝突する度に、標的材料の温度が摂氏数１００万
度まで上昇し、結果的にプラズマが形成されている。プ
ラズマができている間に、一定量の標的材料が焼けてな
くなり、標的には小さな空所が作られる。従来技術では
、人々はでき上った空所内に後続のレーザパルスを送り
、Ｘ線を作り出すことを試みてきた。

しかし、こうして作られたＸ線の強度は実質的に小さい
ことが判明した。従って、Ｘ線を必要とする度毎に、標
的を動かして当該標的の今だ未使用の平らな区域にレー
ザを当てるかまたは新しい標的を挿入することが行なわ
れていた。何れの場合にも、従来技術に記載された装置
では商業的な用途に利用できない。標的が減圧された空
白にあって、標的をある位置から次の位置に動かしたり
、あるいは標的を取り変えるのに長時間を要するからで
ある。従来の紫外線リソグラフ装置では、１秒または２
秒間隔で半導体ウェハを動かして暴露区域を移動してい
る。Ｘ線リソグラフ法を実用化するためには、ウェハが
所定位置に位置決めされる度に新たなレーザショットを
加えてＸ線プラズマを作り出す必要がある。これに要す
る時間は、同じ７秒かまたは２秒と同程度にする必要が
ある。

従来技術で重要とされる他の問題点には、半導体ウェハ
に被覆されたＸ線レジストを実際に暴露するのに、かな
り強いＸ線を発生させてきたことがある。従来技術では
、標的に当てられるレーザの出力が充分でなくて、標的
を完全に暴露するのに要する数のＸ線を得るのに、レー
ザを１０回あるいはそれ以上の回数にわたって発振させ
る必要があった。レーザパルスの出力を高めることで温
度の高いプラズマが得られ、このプラズマにより強度の
大きいＸ線が発生することはよく知られている。しかし
、実用上の制約から必要とする強力なレーザパルスを得
ることは難しい。

またできるだけ強度の大きいＸ線を作り出せる標的用の
様々な材料が試用されてきている。しかし、Ｘ線は特定
の波長のものが求められており、材料の選択にも制限が
ある。

既存のレーザ供給源と標的材料を用いることで、プラズ
マから放出されるＸ線の強度を高める技術を実用化する
ことが望まれている。

（問題点を解決するための手段）本発明の１つの形態によれば、所定の経路に沿って設け
られた所定の出力を持つ励起ビームと、所定の材料から
できた標的とを有するＸ線発生装置が提供される。前記
標的は、前記所定の経路に交差する少なくとも第１と第
２の区域を備えている。この所定の材料並びに前記所定
の出力は、前記ビームが標的に衝突する際にＸ線を放出
するプラズマを作り出すように選択されている。また装
置は、経路と標的との間に所定の相対運動を行なわせる
ことのできる手段を有し、その結果、前記経路が前記第
１の区域に交差し、次いで前記第２の区域に交差する。

以下添付図面に沿って本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

（実施例）第１図を参照する。Ｘ線リソグラフ装置１０が図示され
ている。この装置は、高出力パルスのレーザ光線１４を
作り出すレーザ発生４１１１２を備えている。レーザ光
線１４は、レンズ１６により標的１８上に焦点を合わさ
れる。標的１８は、アルミニウムまたはステンレススチ
ールといった材料から構成することができる。標的１８
に焦点を合わされたレーザ光線１４のパルスが持つ出力
は、標的１８上にプラズマを作れるだけの強さがなくて
はならない。プラズマは、標的１８の材料に見合う２か
ら２０オングストロームのソフトＸ線を発生する。

標的１８は減圧された室２４に入れる必要がある。この
室は、真空ポンプ２６により０．０１トルの圧力に保つ
ことができる。レンズ１６は、室２４の外側表面の付近
に配置することができる。

またＸａ用の窓２８が室２４内に設けられ、Ｘ線２２を
室２４の内側から外側に通すことができる。

窓２８は、ベリリウム等のＸ線の透過する剛性のある適
当な材料から構成することができ、またジェームス　ホ
ーシス氏（ＪａｌＩｌｅＳ　ｒｏｒｓｙｔｈ　）名義の
゛Ｘ線リソグラフ装置″の題名の付いた関連米国特許出
願５ｅｒｉａｌ　　Ｎ１１（Ｈｆ１ＨＣＦｉｌｅ　５３
０８　。

３８１０）に記載されているような空気力学的な噴射流
で構成することもできる。

室２４の外側にＸ線用のマスクが配置され、Ｘ線レジス
ト材料３４を被覆しである半導体ウェハ３２にＸ線画像
を写すことができる。ウェハ取り扱い手段３６がウェハ
を多数の位置まで勅がして、それぞれの部分をマスク３
ｏが形成したＸ線のパターンに晒すことができるように
なっている。そうしたウェハ取り扱い装置が、マーチン
・イー・リー氏（Ｈａｔｒｉｎ　Ｅ−Ｌｅｅ　）名義の
゛６半導体ウェハのダイス上に一連の画像を投影するた
めの装置″の題名の付いた米国特許第４，４４４．４９
２号に示されている。

前述した装置１０は、スミス氏その他（Ｓｍｉｔｈｅｔ
ａｌ）あるいはナゲル氏その他（Ｎａｇｅｌ　ｅｔ　ａ
ｌ　）により明らかにされている典型的な従来技術であ
る。装置１０は、レーザ装置１２から発射される単一の
パルス１４を用いて操作される。このパルスは、標的１
８の地点３８の位置にレンズ１６を介して送られ且つ焦
点を合わせられる。焦点の合ったレーザパルスは、Ｘ線
２２を放出するプラズマ２ｏを形成する。Ｘ線は室２４
を通り抜け、とりわけ窓２８を通じてそしてマスク３ｏ
を通り、フォトレジスト材料３４に写されるパターンを
形成するようになっている。従来技術では、各レーザパ
ルスを標的１８に発射してから当該標的１８を手動で動
かすかまたは交換し、こうした操作を繰り返していた。

標的１８を手動で動かしたり交換するのに長い時間を要
するため、従来技術の変更例である装置１０は実用的で
なかった。前述した米国特許第４，４４４．４９２号に
記載されたフォトリソグラフ袋打のような従来のりソゲ
ラフ設備は、概ね２秒毎に暴露の行なえるウェハ取り扱
い手段３６を備えている。このように長時間を要して標
的１８を手動で動かしたり交換したりするため、従来技
術のウェハ取り扱い手段３６の利点を活かすことができ
ない。

また従来技術から得た教訓は、レーザ装置１２より標的
１８の同一の地点３８に向かって１つ以上のパルスを発
射することはよくないことを教えている。パルスを発射
してプラズマを形成する度に、プラズマの激しい熱によ
って標的１８の材料がある程度焼失してゆく。この焼失
により、レーザ光線１４が標的１８に衝突する地点３８
には標的１８の表面に空所が形成される。こうしてでき
た空所に第２のレーザ光線を当てるかつて行なわれた実
験では、非常に弱いＸ線が発生することが確かめられた
。これらの実験には、Ｘ線の強度を測定する検知器が、
レーザ光線１４の経路から４５度それた角度でまたは４
５度より大きい角度で配置されていた。

第２Ａ図、第２Ｂ図、第３Ｃ図および第２Ｄ図を参照す
る。これら図面は、連続してレーザ光線パルスを標的１
８に当てた場合に起こる状況を説明している。第２Ａ図
において、レーザ光線１４は地点３８の位置で標的１８
に衝突してプラズマ２ｏが形成され、このプラズマ２０
からＸ線２２が放出される。第２Ａ図に見られるように
、プラズマ２０が標的１８のほぼ外側表面に形成される
。

Ｘｔｉ！２２は、標的１８の下側の全域にわたってほぼ
等しい強度を備えている。プラズマ２０が第２Ａ図から
消え去ると、第２Ｂ図に示すように空所４０が形成され
る。新たにレーザ光線１４が標的１８に向けて発射され
、地点３８に焦点を合わされ、第２Ｃ図および第２Ｄ図
に示すように空所４ｏは深くなっていく。空所４ｏが形
成され、深くなっていくにつれ、第２Ｃ図および第２Ｄ
図に示すようにプラズマ２０が空所４０の内部に生じ、
プラズマ２０が空所４０内を完全に占めるようになる。

レーザパルスをその後も地点３８に焦点を合わせたまま
にしておくと、空所４０は第２Ｄ図の点線で示すように
さらに深くなっていく。

空所４０が深くなり、プラズマ２０が空所内に形成され
るにつれ、プラズマの形成される区域が深く封じ込めら
れていくためにプラズマ２０の温度が上昇する。その結
果、非常に強いＸ線が放出される。またこれらのＸ線は
、レーザ光線１４を取り囲み且つ第２Ｂ図、第２Ｃ図お
よび第２Ｄ図に示した円錐角度４２で表わされるような
、一定の円錐形状に収束される。このため、角度４２で
囲まれた円錐内のＸ線の強度は、円錐の外側の強度より
かなり大きい。事実、角度４２で囲まれた円錐の外側の
Ｘ線の強度は、第２Ａ図の状況で形成されるＸ線の強度
よりかなり小さい。しかし、角度４２で囲まれた円錐内
でＸ線の強度が非常に大きくなるこうした現象は、従来
技術では検知できないでいた。角度４２で囲まれた円錐
の外側にＸ線検知器を配置していたからである。

空所４０が深くなっていくにつれ、角度４２で囲まれる
円錐は角度が狭まっていく。Ｘ線は空所壁の側面に吸収
され、発熱する。空所壁で封じ込めることにより生じた
大きいプラズマ強度のために、空所内のゾラズマが典型
的な発熱体として加ｍ的に作用し、結果的にＸ線の強度
が大きくなる。

実験によると、非常に強いＸ線出力を出す空所は地点３
８よりもかなり深くなっていて、角度４２が概ね４５度
になることが判明した。空所が先に照射されたレーザパ
ルスにより形成されていれば、空所に後続して焦点を合
わせられるレーザパスルにより、当該空所はさらに深く
なってしまい、利用できる円錐角度４２は狭まる。角度
４２で囲まれた円錐内のＸ線の強度は、例えば第２Ａ図
に示した状態で形成されるＸ線の強度より２倍かまたは
それ以上大きい。多くの回数にわたって空所に繰り返し
てレーザパルスを照射すると、円錐角度４２内のＸ線放
出最は減ってゆく。これが起きる原因は、空所の外壁が
当該空所の底に生じた高温プラズマのヒートシンク（ｈ
ｅａｔ　５ｉｎｋ　）として作用する働きによる。こう
した状況の下で、この相対温度の低い壁材料は放射Ｘ線
の一部を吸収する作用がある。実験的には、１回かまた
はそれ以上の回数にわたってレーザパルスの焦点を合わ
せて形成した、０．３ミリから０．８ミリの空所の深さ
の範囲が、円錐角度４２の範囲内で充分な強度のＸ線を
放出することが判明した。

再び第１図を参照する。角度４２で囲まれた円錐内でＸ
線の強度が大きくなる現象を利用するために、窓２８、
マスク３０および暴露される半導体ウェハ３２の部分す
べてがＸ線強度の大きい臨界角度４２の円錐内に配置さ
れるように、レーザ１２とレンズ１６とはｌｔｌされる
。このように設置するには、レンズ１６をＷ１２８に近
接して配置する必要がある。このため、反射鏡を用いる
必要がある。反射鏡を用いれば、ウェハ取り扱い装置３
６が暴露を行なう多数の位置にウェハを移動させる際に
、レーザ１２がこのウェハ取り扱い装置３６の邪魔にな
ることがない。

マスク３０と暴露しようとするウェハ３２の領域とを角
度４２で形成される円錐内に配置することにより、大き
な利点が得られる。先ず、出力の小さいレーザ１２を用
いて必要な強度のＸ線を作り、Ｘ線レジスト３４を暴露
処理できる。しかも、大きな強度のＸ線を用いるため、
様々な種類のＸ線レジスト材料を使用することができる
。また同一地点に複数回にねたりレーザパルスを送れる
ため、標的１８を移動したり交換しなくても繰り返して
暴露作業を行なえる。

第３図を参照する。構造の異なる標的が示されている。

この標的は機械的に動かされて、多くの回数にわたるＸ
Ｉｍ暴露作業を簡単且つ自動的に行なうことができ、標
的を物理的に変える必要がない。第３図にも第１図と同
じ構成要素が示されており、これら構成要素には同じ参
照番号が付されている。第３図において、Ｘ線リソグラ
フ装置４４はＩ！４６を備えている。この鏡はレーザ１
２から送られてきたレーザ光線１４をレンズ１６を通じ
て送り出すことができる。第１図に示した標的１８に対
するその他の相違点は、標的装置４８で置き換えられて
いることである。標的装置４８は、標的として利用でき
る適当な材料で構成したシリンダ状のドラム５０を備え
ている。そうした標的の材料には、前述したようなアル
ミニウムやステンレスが行える。シリンダ５ｏの側部に
は、シャフト５２とねじロッド５４とが取り付けられて
いる。モータ５６がシャフト５２に取り付けられ、ドラ
ム５０を回転するこのシャフト５２を駆動することがで
きる。モータ５６はレール５８に載っているシリンダ５
ｏの外側側部に取り付けられたねじロッド５４は、ねじ
室６ｏに嵌まっている。モータ５６はシャフト５２とシ
リンダ状のドラム５０とを回転するにつれ、ねじロッド
５４はねじ室６０内に進入していく。その結果、標的装
置４８の全体が横方向に移動される。この運動に際し、
モータ５６はレール５８に沿って走行する。

操作に際し、シリンダ状のドラム５０は、レ−ザ光線１
４が最初に当該ドラムの一方の端部に照射されるように
配置される。適当な数のレーザ光線１４のパルスがドラ
ム５ｏの特定の地点に照射された後、ドラム５０は僅か
に回転される。この動作により、先にレーザパルスが照
射されていた以前の地点に隣接した地点で、新たに一連
のパルスを照射することができる。繰り返して僅かづつ
ドラム５０は回転を続け、螺旋状の経路に沿って標的地
点が形成される。ドラムの回転される量は、第２Ｂ図、
第２Ｃ図および第２Ｄ図に示した空所の直径により決定
される。空所４ｏが、０．５ミリかあるいはそれ以下の
値の非常にサイズの小さなものであるため、ドラムを回
転する毎に形成できる空所の数は膨大である。もちろん
のこと、ドラム５ｏのサイズは、空所を形成することの
できる地点の実際の数を決定している。しかも回転当た
りの横方向の移動量は極めて僅かである。ドラム５０の
実際のサイズは、多数の標的位置を確保できるように選
択することができる。こうしたことを検討することによ
り、交換を要するまでに長期間にわたって標的を使用す
ることができる。

第４図を参照する。標的装置６２の変更例が示されてい
る。この標的装置によっても同じように多数の標的区域
が得られる。標的装置６２は長い標的ストリップ６４を
備えている。この標的ストリップは最初に供給リール６
６の廻りに巻き付けられていて、そして巻き取りリール
６８に先がつながっている。巻き取りリール６８はモー
タ７０により駆動され、ストリップ６４をレーザ光線１
４の焦点の合わされる通過地点３８を漸進的に少しずつ
移動されていく。標的装置６２は、取り外し交換を容易
にするためにカセット７４として作ることができる。カ
セット７４を横方向に移動させても、利用できる標的地
点の数を増やすこともできる。これとは別に、鏡４０に
連動した手段によりストリップ６４の移動経路に直交し
た所定の地点にレーザ光線１４のパルスを当てることが
できる。

第３図に示した長寿命の標的装置４８、および第４図に
示した装置６２それぞれを使用する際、標的上に初期空
所４０を形成する必要がある。この操作は、ドラム５ｏ
またはストリップ６４に開始レーザパルスを照射する一
方で、窓２８からマスク３０にＸ線が到達するのを遮断
することにより行なうことかできる。この遮断操作は、
窓２８にシャッタ７２を設けることにより行なうことが
できる。シャッタ７２はＸ線吸収材料から構成すること
ができ、空所４０を形成する際には窓２８を横切って収
納される。これとは別に、最初に高エネルギのレーザ光
線パルスを用いて、室２４の全域に強力なＸ線を発生さ
せることもできる。こうしておいてから、低エネルギの
レーザ光線１４が使われる。標的５ｏまたは６４に照射
される８各のレーザパルスのエネルギを制御することに
より、窓２８を通り抜けるＸ線の強度を調節することが
できる。またチップ取り扱い手段３６がチップを所定位
置まで動かす以前に初期空所のすべてを形成しておく開
始処置を採ることもできる。そうした処置を利用する場
合、初期の位置に標的を合わせ、開始処置を採った後に
、でき上っている空所にレーザパルスを当てるための手
段が必要とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、固定標的を用いたＸ線リソグラフ装置を示し
ている。第２Ａ図、第２Ｂ図、第２Ｃ図および第２Ｄ図は、何回
かにわたって標的にレーザパルスを照射する過程で、標
的にできる空所の変化を示している。第３図は、第１の形式の可動標的機構を持つＸ線リソグ
ラフ装置を示している。第４図は、第２の形式の可動標的機構を持つＸ線リソグ
ラフ装置を示している。１ｏ・・・Ｘ線すソグラフ装Ｍ　　１２・・・レーザ（
発生器）　１４・・・レーザ光線　１６・・・レンズ１
６・・・標的２０・・・プラズマ　２２・・・Ｘ線２４
・・・室　２６・・・真空ポンプ　２８・・・窓３ｏ・
・・マスク　３２・・・半導体ウェハ　３４・・・フォ
トレジスト（材料）　３６・・・ウェハ取り扱い手段（
装δ）　３８・・・地点４ｏ・・・空所　４２・・・角
度図面の、争書こ内容に変更なし）ヘダＵ　へ外？Ｊ−１１り・ＺＣ・　Ａり・忽手続補正
書（方式）昭和２／年き月Ｎシフ日１、事件の表示昭和／ρ年特許願第ｉ５−ρ９９７　号２、発明の名称Ｘ妻軸折＃−券燻絢３、補正をする者事件との関係　特許出願人４、代理人５、補正命令の日付昭和乙１年　／月五β日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｘ線発生装置にして、所定の経路に沿つて設けられた所定の出力の励起ビーム
と、前記所定の経路に交差する、少なくとも第１および第２
の区域を持つ所定の材料からなり、この所定の材料並び
に前記所定の出力が、前記ビームが衝突する際にＸ線を
放出するプラズマを作り出すように選択されているよう
な標的と、前記経路並びに当該標的の間に所定の相対運動を行なわ
せることのできる手段とを有し、その結果、前記経路が
前記第１の区域に交差し、次いで前記第２の区域に交差
するＸ線発生装置。
（２）前記相対運動が前記標的を動かすことにより行な
われる特許請求の範囲第１項に記載のＸ線発生装置。
（３）前記標的が回転されるシリンダである特許請求の
範囲第１項に記載のＸ線発生装置。
（４）前記シリンダは、回転されている間に縦方向軸線
に沿つて移動する特許請求の範囲第３項に記載のＸ線発
生装置。
（５）前記標的は供給スプールに収容されたストリップ
であり、当該ストリップが受け取りスプールに向けて移
動される特許請求の範囲第１項に記載のＸ線発生装置。
（６）前記ビームとストリップとの交差部が、ストリッ
プの運動に直交して移動される特許請求の範囲第５項に
記載のＸ線発生装置。
（７）前記所定の相対運動は、前記第１および第２の区
域が互いに隣接するように行なわれる特許請求の範囲第
１項に記載のＸ線発生装置。
（８）前記所定の相対運動は、前記所定の経路と標的と
の交差部が当該標的上の所定の経路に沿つて移動するよ
うに行なわれる特許請求の範囲第１項に記載のＸ線発生
装置。
（９）前記相対運動が前記標的を動かすことにより行な
われる特許請求の範囲第８項に記載のＸ線発生装置。
（１０）前記標的が回転されるシリンダである特許請求
の範囲第８項に記載のＸ線発生装置。
（１１）前記シリンダは、回転しながら縦方向軸線に沿
つて移動し、その結果、前記所定の経路が前記シリンダ
の廻りで螺旋状をなしている特許請求の範囲第１０項に
記載のＸ線発生装置。
（１２）前記標的は供給スプールに収容されたストリッ
プであり、当該ストリップが受け取りスプールに向けて
移動される特許請求の範囲第８項に記載のＸ線発生装置
。
（１３）前記ビームとストリップとの交差部が、ストリ
ップの運動に直交して移動される特許請求の範囲第１２
項に記載のＸ線発生装置。
（１４）複数の励起ビームのパルスを送るための手段と
、標的手段と、標的に向けて前記パルスを送りＸ線を放
出するプラズマを送り出すための手段と、Ｘ線のレジス
トの被覆された物体を前記放出Ｘ線の経路内でＸ線の照
射を受けるように移動させることのできる手段とを備え
ているＸ線リソグラフ装置において、選択されたビームパルスを送る合間に前記標的を移動さ
せることのできる手段を有しているＸ線リソグラフ装置
。
（１５）前記標的がシリンダの形状をしていて、前記移
動手段が標的を回転運動させる特許請求の範囲第１４項
に記載のＸ線リソグラフ装置。
（１６）前記移動手段が、さらに、前記標的を縦方向に
運動させる特許請求の範囲第１５項に記載のＸ線リソグ
ラフ装置。
（１７）前記標的が長いストリップであり、前記移動手
段が当該ストリップを運動させる特許請求の範囲第１４
項に記載のＸ線リソグラフ装置。
（１８）前記標的が、さらに、前記ストリップが最初か
ら巻き付けられている供給リールと、当該ストリップの
一方の端が連結されている巻き取りリールとを備え、前
記移動手段が当該巻き取りリールを回転する特許請求の
範囲第１７項に記載のＸ線リソグラフ装置。
（１９）前記供給リール、巻き取りリールおよびストリ
ップが、カセットを形成している容器内にある特許請求
の範囲第１８項に記載のＸ線リソグラフ装置。
（２０）前記標的は当該標的に形成された複数の空所を
備え、当該空所がこの標的を広げる領域を形成している
特許請求の範囲第１５項に記載のＸ線リソグラフ装置。