JPS62231197A - Ｘ線分光結像用結晶素子 - 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】 イ、産業上の利用分野 本発明は、Ｘ線集光素子の製ｆｔ方法に関する。

ロ、従来の技術 従来ＬＳＩの製造過程において、レジストパターンの形
成には一般に光転写方式が用いられてきた。しかし、光
転写方式では０．５μｍが限界と言われており、又フレ
ネル回折のＩ／Ｂ’や焦点深度が小さい為に、１μｍ以
下の微細パターンを形成する為には、多層レジスト法や
ＣＥＬ法等のプロセス技術を用いなくてはならない。そ
の為に工程が複雑になり歩留まりの低下の原因となり、
近い将来限界に達すると思われる。これに変わる手段と
して電子ビーム直接１ム１画やＸ線リソグラフィーが考
えられている。しかし、電子ビーム直接描画方式ではス
ループットやステージのつなぎ合わせ精度、更には高ア
スペクト比を達成するために、多層レジストを使わねば
ならないなどの難点がある。これに対して、Ｘ線リソグ
ラフィーは転写工程であるため大量生産に向いているこ
とがら特に有望視されており、波長放入〜数十大の光線
用いる為、実用上回折の影響は無視できる程度であり、
０．１μｍ程度までの解程度が期待できる。

Ｘ線リソグラフィーは大別して２つの方法が考えられる
。一つは現在用いられている方法でＸ線マスクとウェハ
ーの間隔を１０μｍ前後に近接させてＸ線を照射し、ア
スクのパターンを転写する、いわゆるプロキシミティー
法であり、もう一つはＸ線結像素子を使ってマスクの投
影像を転写する投影露光法である。

本発明は主に投影露光法に使用されるＸ！！集光素子で
、Ｘ線分光用にも用い得るＸ線分光結晶素子に関するも
のであるが、従来においては、Ｘ線分光結晶素子をＸ線
集光素子として用いる場合は、均一照射の点で問題があ
り、またＸ線反射マスクの基板としての素子もなかった
し、そのような横、忠も存在しなかった。

ハ１発明が解決しようとする問題点 本発明は、Ｘ＃ｊＪ、投影露光或はＸ線分光等に用いら
れるためのＸ線集光機能を有するＸ線反射基板を提供す
ることを主目的としたもので、その為に必要な結晶素子
の提供することをを目的とする。

二１問題点解決のための手段 第１図Ａに示すように基板に表面と結晶内のＸ線回折に
関与する格子面ｄとの傾きが、特定波長のＸ８Ｕのブラ
ッグ角θをなすように分光結晶から切り出した基板Ｋを
、第１図Ｂに示すように回折Ｘ線に対して集光作用を持
たせるように湾曲させた。

ホ、１？：用 本発明は湾曲結晶によるＸ線回折を利用するもので、第
１［２１Ａで基板面に２θの入射角で入射する特定波長
のＸ線は基板法線Ｎの方向にブラッグ反射するから、Ｘ
線源を点源とし、基板Ｋを第１図Ｂのように曲げること
により、基板面の各点入射したＸ線が全て基板面に垂直
に反射されて一点に集光することになる。

へ、実施例 第１（２１に本発明の製作過程時のＸ線反射結晶素子Ｉ
ぐの格子面ｄを模式的に示したものである。第１図Ａは
分光結晶の格子面ｄと素子に表面が特定波長のＸ線に対
するブラッグ角をなすように切り出した時の素子にの断
面図、第１１２１Ｂは同素子に表面が適当な曲率になる
ようにベンディング加工した時の素子に断面図、第１１
１２ＩＣはベンディング加工した素子にの表面を平面加
工した時の素子Ｉくの断面図である。

本発明素子の集光原理を説明する為の前段附として、湾
曲結晶から斜めに平板状の基板を切り出　　−した場合
のＸ線集光作用を第２図で説明する。第２図において、
Ｋは格子定数ｄの湾曲結晶から切り出した基板で、格子
面Ｃｆ！：Ｒｏ点を曲率中心として湾曲させた湾曲結晶
から斜めに切り出した平板であって、０は基板表面の中
心点、Ｃは湾曲結晶の格子面でＲはその曲率半径、ｉは
Ｘ線の入射角で、ＳはＸ線光源、ＦはＸ線集光点である
。波長λのＸ線を考える。Ｑ、Ｕは基板の端の−Ｌの点
でブラッグの条件を満足するＸｔｔが点０を通ってブラ
ッグの条件を満足する中心Ｘ線と交わる点、Ｐ、Ｔは基
板の曲端の＋Ｌの点を通ってブラッグの条ｆ士を満足す
るＸ線が点０を通ってブラッグの条ｆ′ｉを満足する中
心Ｘ線（光軸Ａ）と交わる点、Ｒｏは湾曲結晶の曲率中
心、Ｊ、Ｎは−Ｌの点から直線ＯＲｏ、ＯＵに下ろした
垂線の足とすると、±Ｌ点及び０点におけるＸ線入射角
１反射角は全て算しいから、点０．−Ｌ、Ｕ、ＲＯ、Ｑ
は同一円周ｒ上にあり、又点り、Ｏ，Ｔ、ＲＯ，Ｐも同
一円周ｒ′上にある。

格子定数ｄの結晶格子面Ｃに、その法線ＯＲ。

に対して角ｉで入射した波長λのＸ線はブラッグの式 ２ｄｃｏｓ　ｉ＝λ（回折次数は１）・・・・・・■を
満たす入射角と等しい角ｉの方向で強め合い、他方向で
は弱め合うので、反射角ｉ方向のみに反射しているよう
な形となる。

今、１３Ｐ面の曲率半径Ｒの湾曲結晶から第２図のよう
に基板表面が基板面の中心を通る格子面と１の角度をな
すように切り出した場合を考えると、Ｌ７Ｊ［１７ｉ’
）’面（基［表面）の中心における法線は格子面の法線
とｉの角度をなすから、Ｘ縁線′ＪｒＡＳを格子面の法
線ＯＲｏに対して切断平面の中心における法線と対称な
線上に設けると、基板平面の中心における法線は上記の
ブラッグの条１′１・式■を満足する波長λのＸ線回折
方向即ち結像光学系の光軸Ａと一致する。

紙面上の線束において、基板面の中心から距門工ｗＪｉ
れたーＬの点においてブラッグの条件を満足する回折Ｘ
線と光軸との角度をαとすると、αは−Ｌ点における格
子Ｃの法線と０点における格子Ｃの法線との角となるか
ら、 ｔａｎ　α＝ＬＪ／Ｒ（、Ｊ ＝ｗ　−ｃｏｓ　　ｉ　／　（Ｒ−ｗ　−ｓｉｎ　　ｉ
　）■ＯＱ＝ｗ／　　ｔａｎα ＝　　（Ｒ−ｗ　−ｓｉｎ　　ｉ　）　／ｃｏｓ　　Ｌ
　　　　　■０Ｕ＝ＵＮ＋Ｎ□ ＝ＵＬｃｏｓ　　α＋ｗ−ｓｉｎ　　２　１＝ＱＬｃｏ
ｓ　　：２ｉ−ｃｏｓ　　ａ＋ｗ−ｓｉｎ　　２ｉとこ
ろがＱＬ、＝ＯＱ／ｃｏｓ　ａ 、’、０Ｕ＝ｃｏｓ　　２　ｉ　　（Ｒ−ｗ−ｓｉｎ　
　ｉ　）　／ｃｏｓ　　ｉ＋ｗ−ｓｉｎ２ｉ ＝　　（２Ｒｃｏｓ　　１　＋ｗ−ｓｉｎ　　１−Ｒ）
／ｃｏｓｉ・・・・・・・・・・・・■同様にして ＯＰ＝　（Ｒ＋ｗ　−ｓｉｎ　ｉ　）　／ｃｏｓ　ｉ　
−−−−・−−−■０Ｔ＝ｃｏｓ　２　ｉ　（Ｒ＋ｗ−
ｓｉｎ　ｉ　）　／ｃｏｓ　ｉ　）−ｗ−ｓｉｎ２ｉ ＝　（２Ｒｃｏｓ　１−ｗ−５ｉｎ　１−Ｒ）／ｃｏｓ
ｉ・・・・・・・・・・・・・・■となり、基板面の中
心０から±Ｌの点においてブラッグの条件を満足するＸ
線が、０点においてブラッグの条ｆ′ｔ−を満足するＸ
線と交わる点の中間点を基鵡として収差を考えると、物
点、程点側とも同じ値で、 ±Ｗ・ｔａｎ　　ｉ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・■になる。故に、Ｘ線集光点を基板から Ｒ／ｃｏｓｉ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・■の距離の光軸上に、Ｘ線源Ｓを光軸と基板の
中心０の格子面の法線に関して対称な線上において、基
板の中心点から （２Ｒｃｏｓ　１−Ｒ）　／ｃｏｓ　ｉ　−−−−−−
−・■の距離に設置すれば良い。

しかし、実際にはこのような素子を製作するには、非常
に厚い結晶が必要になり、又そのような厚い結晶を格子
面が必要な曲率の曲面になるように曲げることは非常に
困難である。そこで本発明は、第１図にしめしたような
製（ｆ＝方法、即ち結晶格子面（」とブラッグ角θをな
す薄い平行平面の結晶板Ｋを切り出した後で、結晶板を
必要な曲率を有する素子となるようにベンディング加工
を行って上記の原理を満足する素子を［ヤ成するもので
ある。

そのように１ヤ成した素子の断面図を第３図に示す、第
３図に示す素子は、点線で示すような曲率中心Ｆにおい
て曲率半径Ｒで湾曲させた基板Ｋを、実線で示すように
表面を基板中心０に対する法線ＯＦに垂直になるように
研麿した素子である。

平面に研磨するのは、素子を投影露光法のＸ線リソグラ
フィーにおけるマスク支持体として使用する場合、素子
を平板にすることにより、その表面にパターニングされ
たマスクパターンの縮小像を結像させることが可能にな
るためであり、素子を分光用素子として用いるときは表
面を湾曲させたままである方が無収差であって良いので
ある。この実施例の場合、素子の格子面は、湾曲する前
は表面と格子面の傾きがｉに設定しであるから、素子を
第３図のように湾曲した場合は表面の法線が湾曲中心Ｆ
に向いているから、格子面は素子の全ての回折点におい
てＦから回折点に引いた直線と９０’＋ｉの角度をなす
、従って、基板にの中心点０及び中心点０よりｘＭれた
Ａ、Ｂ点において、ＯＦ、ＡＦ、ＢＦからｉの傾きで引
いた直線０Ｒｏ　、ＡＲｏ　、ＢＲｏと格子面とは垂直
になる。

中心点０及びＡ点において、ＯＦ、ＡＰ、ＢＦから２１
の傾きで直線ＱＣ，ＡＣ，ＢＤを引き、直線ＯＣとＡＣ
の交点をＣ１直線ＯＣとＢＤの交点をり、ＡからＯＣに
下ろした垂線の足をＨと置けば、同図における点Ａ、Ｏ
，Ｆ、ＲＯ，Ｃと第２図におけるＷ、Ｏ，Ｑ、Ｒｏ、Ｕ
は同じ条件となるから、０Ａ＝ｘ、０Ｆ＝Ｒ１／ＢＦｏ
＝αとおくと、 ｏ　ｃ　＝　ＣＨ＋　ＩＩ　０ ＝ＡＣｃｏｓ　ａ　（−ＯＡｓ１ｎ２ｉ＝ＡＦｃｏｓ２
ｉ　Ｘｃｏｓ　ａ　＋ｘｓｉｎ２ｉ＝　（ＯＦ／ｃｏｓ
　α）ｃｏｓ２ｉＸｃｏｓ　ａ＋　ｘ　５ｉｎ２１ ＝Ｒｃｏｓ２ｉ　＋ｘｓｉｎ２ｉ　−−−−＠ｒ同様に
して ０Ｄ＝Ｒｃｏｓ２ｉ　−ｘｓｉｎ２ｉ−−−・−−−＠
となり、最大収差は、 ２ｗ＝２ｘｓｉｎ２ｉ・・・・・・・・・・・・・・・
・＠となり、第３図の場合は線源の位置のみに収差が発
生するから、基板面の中心０から±Ｗの点においてブラ
ッグの条件を満足するＸ線が、０点においてブラッグの
条件を満足するＸ線と交わる点の中間点を基準として収
差を考えると、物点の値は±ｗ−ｓｉｎ２ｉ・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・０になる。故に、Ｘ線
源Ｓを光軸と基板の中心０の格子面の法線に間して対称
な線上において、基板の中心点から、 Ｒｃｏｓ２　ｉ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・［相］の距漏に設置すれば良く、Ｘ線の集
光点は基板中心の垂線上基板からＲの距離の位置になる
。

一実施例として、Ｘ線波長λ＝５．４０６Ａ、湾曲結晶
として、格子定数ｄ−３，２５Ａ、１＝３３．７°のＧ
ｅの（１１１）面を用い、結晶基板は大きさ５０ｍｍＸ
　５０ｗｎ、　ｗ＝±２５ｍｍ、基板表面中心から結像
素子Ｆまでの距離Ｒを６００■とした場合を考えてみる
。

線源を縦方向収差の中間に設置するとすれば、線源の位
置Ｙは、上記の式０より、 Ｙ　＝　Ｒｃｏｓ２１ ＝２３０．６　　（ｍｍ） 最大収差２Ｗ・ｔａＩｌｌは ２ｗ−５ｉｎ２ｉ＝２Ｘ２５Ｘｓｉｎ　　６７、　４＝
４６．　２　　（ｍｍ） となるが、この程度の収差は実際上は問題ないので、こ
のような湾曲結晶を用いて、Ｘ線を集光させることは可
能であり、湾曲結晶の表面にＸ線吸収３膜をパターンニ
ングすることにより削られた反射型Ｘ線マスクを利用し
て、マスクの縮小をウェハ上に投影することが可能であ
る。

第４　［Ｊに本発明のＸ！！反射マスクを使用した具体
例の構成図を示す、ＳはＸ線線源、Ｋは本発明のＸ線反
射基板、Ｍは基板に上にパターンニングされたマスク、
Ｃは格子面、ＮはマスクＭの中心点における格子面法線
、ＦはＸ線結偶素子であるフレネル・ゾーンプレー１・
、Ｗはマスクの像を枯山させるウェハーである。

この構成において、Ｘ線線源Ｓから照射されたＸ線はＸ
線マスクに当たった後、基板に上にバタンニングされた
マスクＭ即ちＸ線吸収３Ｗ：ｉがない部分に照射された
Ｘ線だけが、マスク基板にの結晶格子によって回折され
、Ｘ線結像素子Ｆ上に集光するようにされており、Ｘ線
マスクの像はＸ線結像素子ＦによってウェハーＷ上に結
ばれる。この時に、光軸がマスクＭの表面に対して垂直
になるように設定されているので、ウェハー上に結ばれ
る像は、Ｘ線マスクの縮小像になる。

ト、効果 本発明によれば、Ｘ線集光機能を持つＸ線反射基板を容
易に製作できるようになり、投影露光方式のＸ線リソグ
ラフィー装置を実現することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の製作工程図、第２図は基本
的素子の集光機能の説明図、第３図は本発明素子の集光
機能の説明図、第４図は本発明素子を利用した具体例の
構成図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板表面と結晶内のＸ線回折に関与する格子面との傾き
   が、特定波長のＸ線のブラッグ角をなすように分光結晶
   から切り出した基板を、回折Ｘ線に対して集光作用を持
   たせるように湾曲させたことを特徴とするＸ線分光結像
   用結晶素子。