JPS63148626A - Ｘ線リソグラフイ装置 - 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】 ［発明の属する分野］ 本発明はＸ線リソグラフィ装置に関し、特にＸ線の作用
範囲内に蛍光体を含む開口板を設けることによりパター
ン形成成分以外の余分なＸ線をカットするとともに、カ
ットしたＸ線を蛍光体により蛍光線すなわち紫外線およ
び可視光線に変換することによって同時補助露光を行な
い、レジスト等の感光性物質の実効感度の増強を計らし
めるものである。

［従来技術］ Ｘ線リソグラフィは直進性、非干渉性および低回折性等
のＸ線固有の性質に基づき、これまでの可視光や紫外光
によるリソグラフィと較べて−多くのより優れた点を有
している。そのため、近年ではサブミクロンリソグラフ
ィやククオーターミクロンリソグラフィの有力な手段と
して注目されてきている。しかし、Ｘ線リソグラフィは
可視光や紫外光によるリソグラフィに比較して多くの優
位点を持ちながらも、Ｘ線源のパワー不足、レジストの
低感度、アライメントの困難さ、マスク材料の選定およ
び加工方法の困難さ等から生産性が低く、従ってコスト
が高いという欠点があり実用化が遅れている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、これまでリソグラフィに関する文献等におい
て紹介されたものの中で最も実績のある実用レジストと
してはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）が挙げら
れる。このレジストはエレクトロンビーム用レジストと
しても実績があり、特に、０．１μｍ以下に対応できる
ものとして他に競合できるものは見当らない。しかしな
がら、Ｘ線リソグラフィにおいて大きな問題として残っ
ているのは、感度の問題である。通常、Ｘ線リソグラフ
ィにおけるレジストのＸ線利用効率は０．３％以下とい
われており、これが感度の低下を来たしている。例えば
ＰＭＭＡの場合、Ｘ線としてＰｄＫａ線を使用すると実
効感度は１０００〜２０００ａ＋Ｊ／ｃｍ’といわれて
いる。ここで、感度は露光時のＸ線照射量で示している
。すなわち、照射量が低い程高感度である。高感度の実
用レジストとしてはクロロメチル化ポリスチレン（ＣＭ
Ｓ、東洋ソーダ製）があるが、上述と同様の条件での実
効感度は約１００　ｍＪ／　ｃｍ’である。Ｘ線リソグ
ラフィが実用化される条件の１つとして、Ｘ線レジスト
の実効感度を１０１１ＩＪ／ｃ１１２以下にすることが
望まれており、そのようなＸ線レジストの出現が待たれ
ている。

現在各方面で線源のパワーアップ、透過性の良いＸ線マ
スク、高感度レジストの３方向から生産性を上げるため
の研究が進められてきているが、数多くの制限要因から
大きな発展は早急には望めそうもない。しかし、この中
でもレジストの感度の向上はＸ線がデバイスに与えるダ
メージから見ても必要な条件である。これは、今後、マ
スクおよび線源の性能がたとえ上ったとしても必要であ
り欠くべからざることであることは云うまでもない。

本発明は上述従来形の問題点等に鑑み、Ｘ線照射エネル
ギーとともに蛍光（紫外）線を照射することにより、レ
ジスト等の感光性物質の実効感度を増加せしめるＸ線リ
ソグラフィ装置を提供し、もって良好なりソグラフィを
実施することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、上記目的は、Ｘ線リソグラフィ用感光
性材料の分光感度域に対応した波長域の蛍光線を発する
蛍光物質を含む開口板をＸ線作用範囲内に設け、Ｘ線に
より蛍光線を発光させることにより達成される。

さらに具体的に述べれば、本発明は、Ｘ線リソグラフィ
用マスクすなわちパターン化されたＸ線吸収体が設置さ
れた膜体上に照射されるＸ線の照射域に、蛍光物質を含
む開口板を設けるものである。そしてこの開口板は、蛍
光物質を含む板状体に適当な形状の孔、例えば円形、角
形、長方形等の孔をあけた開孔板、または蛍光物質を含
む長方形等の形状の板状体を２枚並べてスリットを形成
したもの等が用いられる（例を第２図（ａ）〜（ｄ）に
示す）。また、この開口部（開孔部やスリット等）はＸ
線を妨げないという意味での開口であるから、実際に孔
がおいておらず開口部がＸ線透過膜等で構成されていて
もよい。すなわち、Ｘ線源からのパターン形成Ｘ線ビー
ムの光路は妨げないような開口部を有し、その開口部の
周囲に蛍光物質が配されているようなものは、すべて本
発明で用いる開口板の範囲である。

この開口板はパターン形成Ｘ線ビームの光路を妨げない
ことが重要であり、そのためその開口部はパターン形成
用Ｘ線ビーム域よりも太き目に設定する。また、開口部
の周囲に配される蛍光物質（層）は、Ｘ線源からのＸ線
照射により発光する蛍光線が、パターン化された吸収体
をもつ膜体上で均一になるように、設定場所を決定する
。さらに、蛍光物質の保持体としてはガラス板（Ｃｏｒ
ｎｉｎｇ　９８６３．　Ｐｙｒｅｘ化学用等）、石英板
等の紫外線透過性の無機物質、そしてアクリル、スチロ
ール等の有機のポリマーシート材料を用いることができ
る。また、ＣａＦ等のそれ自体で開孔板に加工できまた
はスリットを形成できるものも使用できる。

以上の構成を用いることにより、感光性材料にはＸ線と
膜体透過後の蛍光線とが同時に照射されることになる。

本発明のりソグラフィ装置で用いる感光性材料としては
、Ｘ線等の主線に感光し、しかも開口板に配するＸ線で
発光する蛍光物質の蛍光線の波長域に感光性を持つリソ
グラフィ用感光性材料であれば使用可能である。

例えば主線としてＸ線を用いる場合は、Ｘ線と共に可視
光線または紫外線に感度を有するものが適用可能である
。レジストポリマー自体の固有吸収域が上記適用範囲外
であっても、波長増感剤によって吸収域を広げることに
よって本発明に適用可能となる。

本発明で使用可能な感光性材料として代表的なものとし
ては、キノンアジド・フェノールノボラック系レジスト
、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）系レジスト、
ポリメチルイソプロペニルケトン（ＰＭＩＰＫ）系レジ
スト、ポリケイ皮酸（ＰＶＡＣ）系レジスト、環化ゴム
・ビスアジド系レジスト、クロロメチル化ポリスチレン
（ＣＭＳ）系レジスト、ポリビニルカルバゾール（Ｐｖ
Ｋ）系レジスト、重クロム酸（ＤＣ）水溶性樹脂系レジ
スト等が挙げられる。

本発明において用いられる蛍光物質の代表例としては次
のものが挙げられる。

ＺｎＳ　　：　　八ｇ、　　　　　　　　　　　　Ｚｎ
Ｓ　　：Ｃｕ　　、＾交、Ｚｎ２５ｉｎ４：　　Ｍｎ　
、　　　ＣａＷＯ４、Ｃａ２ＭｇＳｉ２０．　：　　Ｃ
ｅ　、　　ＺｎＯ：　Ｚｎ。

ＺｎＳ　　：　　Ｃｕ、　　　　　　　　　　Ｙ２Ｏ２
５：　Ｔｂ。

Ｙ２ＳｉＯ５：　　Ｃｅ％　　　　　　　ＹＡｌＯ３：
　Ｃｅ、Ａｇ。

ＺｎＳ　　：　Ａｇ、Ｇａ、ＣＱ、　　ＺｎＳ　　：　
Ｚｎ＋　Ｉｎ２Ｏ３、Ｂａ５ｔ２０．　　：　Ｐｂ、　
　　　　　（Ｓｒ、Ｃａ）Ｂ４０．　　：　Ｅｕ２°　
、Ｃａ、Ｂ５０．Ｃｕ　　：　Ｅｕ”、　　５ｒ４Ｓ１
３０６ＣＪ２４　：　Ｅｕ”、ＢａＭｇＡＱ＋４０ｚ３
　：Ｅｕ”、ＢａＯ・６Ａ１２０．：　Ｍｎ。

ＢａＳＯ４，：　Ｐｂ％　　　　　　　ＢａＦＣｌ　　
：　Ｅｕ”、Ｌａ２Ｏ２Ｓ　：　　Ｔｂ、　　　　　　
　　Ｇｄ２θ２Ｓ：Ｔｂ。

ＭｇＢ４（１７：　　Ｔｂ、　　　　　　　　Ｌｉ２Ｂ
４０ｙ　　：　　Ｃｕ。

Ｂａ２Ｓ１２０ｓ　：　Ｐｂ％　　　　　　ＮａＩ　　
：　ＴＱｓＣａＦ２：　　Ｅｕ、　　　　　　　　　　
ＭｇＦ２　：　　Ｅｕ。

にＣ１：Ｔｕ、　　　　　　　　ＣａＳ：Ｂｉ。

ａ　Ｃａ５ｉＯｓ　：　Ｐｂ、　　　　　　　βＣａｂ
ｉｎ、：　Ｐｂ。

ＢａＳｉ２Ｏ５：　Ｐｂ、　　　　　　Ｚｎ１ＳｉＯ４
：　Ｔｉ。

ＣａＯ・Ｍｇ０・２Ｓｉ０２　　：　Ｔｉ％　　Ｃａ５
（ＰＯ２）ｚ　　：　Ｃｅ５Ｇａ３（ＰＱ４’Ｊｘ　　
：　Ｃｅ−Ｍｎ　　ｓ　　Ｇａ５（Ｐｏ４ｎｔ　　：　
ＴΩ、ｇＷ０４ これらは単独で用いてもよいし、二種以上の混合物とし
て用いてもよい。なお、前記蛍光体材料の化学式中のコ
ロンは、コロンの右側の元素またはイオンが添加的であ
ることを示すための記号である。

本発明で利用できる照射エネルギーとしてはＸ線が挙げ
られるが、さらにＳＯＲ光への対応も可能である。また
、特にＸ線の波長域には制限がないが、感光性材料の分
光感度域に対応した波長域の蛍光線を発する蛍光物質を
選択する必要がある。一般にはＸ線リソグラフィ用とし
てのＸ線波長は１〜４００人が好ましく、特に４〜２０
人の範囲の波長域が望まれる。

［作　用］ 次に、本発明の作用について述べる。

本発明のＸ線リソグラフィ用装置において、感光性物質
（レジスト等）にマスクパターンを投ｉするのはあくま
でもＸ線であり、蛍光線は感光性物質の実効感度を増強
せしめる役割を果たすにすぎない。いいかえれば蛍光線
はレーレス則（Ｓ＝０．６１λ／Ｎ、Ａ、　：　Ｓは解
像度、λは使用波長、Ｎ、＾。

は開口数）に従った使用波長と解像度の関係には関与せ
ず、Ｘ線の波長に依存した解像度が得られることになる
。

すなわち本発明は、感光性物質が閾値以下の照射エネル
ギーの照射量ではほとんど現像できず（感光せず）閾値
を越えたところから現像が可能になる（感光が始まる）
という感光性物質の特性に基づき、蛍光線量はこの閾値
を越えない程度に抑える必要がある。従って本発明にお
いては、パターンを投影するためのＸ線の強度は、本来
のＸ線のみの露光時に必要とした強度に比べて弱いもの
で足り、照射Ｘ線量を減少させることができる。すなわ
ち増感を計ることができるのである。

なお、この閾値は、感光性物質の種類、特に分子量、側
鎖の活性種の比率、また感光性物質の厚さ、そして感光
性物質のベーキング等により異なるため一義的には決め
られないが、以上の条件等が定まれば実験的考案により
求めることができる。

［実施例］ 次に、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るＸ線リソグラフィ装
置を示す模式図である。

同図において、１はＸ線源、２は開口板を形成する蛍光
物質、３は蛍光物質保持板（例えばガラス、石英等）で
ある。蛍光物’［２が配された開口板は図に示した通り
、パターン形成に関与するＸ線ビームの進路を妨げない
ように設ける。４はマスク枠、５はマスク材保持薄暎で
ありマイラー等の紫外線およびＸ線を透過する膜よりな
る。６は金、白金、タングステン等により形成されたマ
スクパターンである。７は感光性物質で、８はクエへで
ある。９はＸ線により蛍光物質２から発光した蛍光線を
示す。感光性物′Ｊｌｔ、７に対しては、Ｘ線源（ター
ゲット）１から発生したＸ線がマスクパターン６を介し
て照射され、それと同時に蛍光線９もマスクパターン６
を介して照射される。そして上述した通り、あくまでＸ
線を主線としたパターンの投影が計られる。

次に、上記構成において開口板の形状や蛍光物質等に種
々のものを使用して動作させた場合につき具体的に説明
する。

Ｋｍ　ｆＨユ 開口板に配された蛍光物質２としてＺｎＳ　：Ａｇを用
い、　ＺｎＳ　：　Ａｇをターゲットとするスパッタ蒸
着法により蛍光物質保持板３に５μｍの厚さに蒸着した
。蛍光物質保持板３には石英板を用い、その形状は第２
図（ａ）　に示すドーナツ型で厚さ２．０ｍｍのものを
使用した。以上の構造から成り立つ蛍光体層をＸ線源（
固定ターゲットＰｄＬ　　４．４人）α から１０ｃｍの位置に配置し、そしてＸ線透過膜５との
ギャップを２０ｃｍとした。

なお、感光性材料７としては環化ゴム・ビスアジド系レ
ジスト（ＯＭＲ−８３：東京応化製）を用いた。このレ
ジストの処理法は、まずシリコン基板上にスピンナーに
より１μｍ厚さに塗布する。

その後、８５℃で２５分間のブリベータ後、この装置を
用いてＸ線露光を行なった。ＯＭＲ−８３のＸ線のみで
の感度は７００ＩＩＩＪ　７ｃｍ２であるが、本装置を
用いると２００ｍＪ　７ｃｍ２となり４倍の増感が得ら
れた。

実施例２ 開孔（スリット）蛍光物質保持板３の材質をパイレック
スガラスとし、その形状を第２図（ｂ）　とした。蛍光
物質２としてはＢａＳｉ、０．　：　Ｐｂを用い、ＰＶ
ＡをバインダーとしてＢａ５ｉ２０ａ　：　Ｐｂ微粒子
を分散させた。蛍光物質保持板３にＰ’ＶＡ（ポリビニ
ルアルコール）中を分散するＢａＳｉ２０．　：　Ｐｂ
微粒子からなる溶液を１０μｍ厚さに塗布し、その後水
分を蒸発させるために　１００℃で１時間乾燥器中に保
管して、できあがった蛍光層を実施例１と同様の位置に
セットした。

感光性材料７にはポリケイ皮酸系レジスト（ＴＰＲＬＯ
Ｉ：東京応化製）を用いた。このレジストをシリコン基
板上にスピンナーにより１μｍ厚さに塗布した後、８０
℃のブリベータを２０分間行なった。その後、第１図の
装置に基づいて露光を開始したところ、３倍の増感かえ
られた。

Ｋλ璽旦 蛍光物質２と蛍光物質保持板３とを兼ね備えた材料とし
て、ＣａＦ２　：　Ｅｕが挙げられる。ＣａＦ２：　Ｅ
ｕを開孔板状に研摩加工し、ここでは第２図（ａ）のよ
うなドーナツ型の形状を選択して、厚さ１　ｍｍのＣａ
Ｆ２　：　Ｅｕ板を作った。この開孔を有する蛍光層を
第１図のように実施例１と同様の条件に従ってセットし
た。ここで使用した感光性材料７は環化ゴム・ビスアジ
ド系レジスト（ＯＭＲ−８５：東京応化製）を用いた。

この処理法は実施例１のレジスト処理法と同様にした。

その処理後、本装置を用いて露光したが、Ｘ線源はＲｈ
Ｌ　　　４．８人を使用α した。その結果、７００ｍＪ　７ｃｍ２である感度が１
７０ＩＩＪ／ｃｍ２となり約４倍の増感が得られた。

五」１吐Ａ 開口板を、ポリマー高分子中に蛍光物質を分散させて作
成した。すなわち、アクリル樹脂の板状体の中に、キャ
スティング金型により第２図（ｄ）のような形にＹＡＵ
Ｏｓ　二Ｃｅの微粒子を分散させて１ｍｍ厚に成形した
。この蛍光物質層を実施例１と同様の位置にセットし、
Ｘ線源をＰｄＬ　　　４．４人とα して感光性材料であるポリケイ皮酸系レジスト（ＫＰＲ
：に□ｄａｋ製）に照射したところ３倍の増感が得られ
た。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のＸ線リソグラフィ装置を
用いてリソグラフィを行なえば、補助照射線すなわち照
射エネルギーの一部として蛍光線を利用しているので、
単独にＸ線のみを照射して露光するよりも感光性物質の
実効感度を上げることが可能である。すなわち、蛍光線
とＸ線の両方によりて感光性物質を感光するので、実質
上の感光性物質の感度が向上し、良好なりソグラフィを
実施することができる。

また、Ｘ線リソグラフィ上で大きな問題であるマスク材
保持薄膜のＸ線透過率の厳しい条件を緩和するりソグラ
フィを実施することができる。

さらに、本発明の特徴は不必要なＸ線成分を利用して蛍
光線を発せしめている点である。蛍光物質を発光させる
上で強度的に問題となるＸ線量を損なうことなく、実質
上のＸ線量を保持できることは大きなメリットとなる。

また、従来の方式ではＸ線マスクホルダー等のパターン
形成域以外の場所にもＸ線が照射されるためにその部分
の温度の上昇や二次線の放出等がみられ、実際にリソグ
ラフィを行なうに当って悪影晋を及ぼしてきた。本発明
はこのような問題に対しても、蛍光体を配した開口板を
用いることによりＸ線を遮断（カット）し改善すること
ができる。

蛍光物質の形状は蛍光物質とＸ線透過膜との間の適切な
ギャップにより蛍光線の均一化を計ることができるため
問題視されず、装置に見合ったものが選択できるという
メリットをもつ。

以上のように本発明は従来法と比較して極めて優れたＸ
線リソグラフィ法と言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るＸ線リソグラフィ装
置の模式図、 第２図は、蛍光物質保持板の主な形状を例として示した
図である。 １：Ｘ線源、 ２：蛍光物質、 ３：蛍光物質保持板、 ４：マスク枠、 ５：Ｘ線透過膜、 ６：マスクパターン、 ７；感光性物質、 ８；ウェハ、 ９：蛍光線。 特許出願人　　　キャノン株式会社 代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄 代理人　弁理士　　　伊　東　哲　也 （ａ） 第 （ｂ） ２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 膜体上にパターン化されたＸ線吸収体を設けたマスクを
   用いてＸ線で該パターンを投影するＸ線リソグラフィ装
   置の、Ｘ線源とマスクとの間のＸ線作用域内に、蛍光体
   を含む開口板を設けることを特徴とするＸ線リソグラフ
   ィ装置。