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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Plasmaröntgenquelle zur Erzeugung von weicher Röntgenstrahlung hoher
Leistung und hoher Stabilität, die in einem Belichtungsgerät zur
Vervielfältigung eines feinen Musters verwendet werden soll, um
bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen oder
anderen verwendet zu werden.
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Mit dem Trend zu höherer Integrationsdichte bei
integrierten Schaltungen ist eine feine und hochgradig genaue
Vervielfältigungstechnik notwendig geworden. Eine derartige Technik
schließt ein Röntgenlithographieverfahren ein. Die
Röntgenstrahlungsquelle eines Röntgenlithographiegeräts hat früher ein
Elektronenstoßsystem verwendet, das durch Beschuß eines
Festkörpers, wie Aluminium, Silizium oder Palladium, mit
Elektronenstrahlen Röntgenstrahlung erzeugt. Dies hat jedoch das
Problem solch geringer Ergiebigkeit aufgeworfen, daß keine hohe
Ausbeute an Röntgenstrahlung bei einem niedrigen
Röntgenstrahlungserzeugungsgrad der Größenordnung von 10&supmin;&sup4; erhalten werden
kann. Eine Röntgenstrahlungsquelle, die dieses Problem löst,
ist eine Plasmaröntgenquelle, von der erwartet werden kann, daß
sie Röntgenstrahlung mit einer hohen Ausbeute bei einem höheren
Röntgenstrahlungserzeugungsgrad, verglichen mit der
Elektronenstoß-Röntgenstrahlungsquelle, erzeugt. Plasmaröntgenquellen
umfassen diejenigen des Kapillarentladungs-, Plasmafokus- und
Gasinjektionsentladungstyps. Bei der Plasmaröntgenquelle des
Kapillarentladungstyps bildet verdampftes Polyethylen ein
Plasma hoher Dichte, das lediglich Röntgenstrahlung langer
Wellenlänge erzeugt. Somit ist sie nicht für Röntgenlithographie
geeignet. Andererseits bringt die Röntgenstrahlungsquelle des
Plasmafokusentladungstyps das Problem der geringen
Ausgangsstabilität der Röntgenstrahlung aufgrund der Kontamination einer
Isolatoroberfläche mit sich, die anfangs Entladung erzeugt. Im
Gegensatz zu diesen Plasmaröntgenquellen liefert die
Röntgenstrahlungsquelle des Gasinjektionsentladungstyps Wellenlängen,
die für Röntgenlithographie geeignet sind und sie besitzt eine
gutem Röntgenstrahlungserzeugungsstabilität.
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Stallings et al. beschreiben die Röntgenstrahlungsemission
von einem implodierenden Argonplasma ("Imploding argon plasma
experiments", Appl. Phys. Lett. 35(7), 1979, S. 524-526). Okada
et al. beschrieben eine Röntgenstrahlungsquelle, bei der
Röntgenstrahlung in der axialen Richtung eines eingeschnürten
Plasmas extrahiert wird, und ein Röntgenlithographieverfahren, das
eine derartige Röntgenstrahlungsquelle verwendet ("X-ray source
and X-ray lithography method", United States Serial Nr.
699,402, eingereicht am 7. Februar 1985, Europäische
Patentanmeldung Nr. 85101451.4, eingereicht am 11. Februar 1985).
Perlman et al. und Bailey et al. beschrieben Röntgenlithographie,
bei der Röntgenstrahlung in radialer Richtung eines
eingeschnürten Plasmas extrahiert wird, jeweils ("X-ray lithography
using a pulsed plasma source", J. Vac. Sci. Technol. 19(4),
Nov./Dez 1981, S. 1190-1193) und ("Evaluation of the gas puff
Z pinch as an X-ray lithography and microscopy source", Appl.
Phys. Lett. 40(1), 1. Januar 1982, S. 33-35).
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Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen
Röntgenlithographiegeräts, bei dem Röntgenstrahlung in radialer
Richtung eines Plasmas unter Verwendung einer Plasmaröntgenquelle
des Gasinjektionsentladungstyps extrahiert wird, und das ein
Vakuumgehäuse 1, eine Vakuumkammer 2, eine Vakuumpumpe 3 und
eine obere Elektrode 4 und einen Flansch 4B umfaßt, um der
oberen Elektrode 4 elektrischen Strom zuzuführen. Eine
Gasdurchführung 4C ist in der oberen Elektrode 4 vorgesehen. Der
Flansch 4B umfaßt ein schnell ansprechendes Ausblasventil 5,
das aus einem Gasraum 5A und einem Kolben 5B besteht. Der
Gasraum 5A ist über eine Gasdurchführung 5C mit der oberen
Gasdurchführung 4C in der oberen Elektrode 4 verbunden. Die
Veranschaulichung einer Einrichtung zum Antreiben des Kolbens 5B ist
in der Figur weggelassen. Eine untere Elektrode 6 besitzt ein
Gitter oder eine Öffnung 6A, die der oberen Elektrode 4
gegenübersteht, und Öffnungen 6C zur Gasevakuierung. Das
Bezugszeichen
6B ist ein Flansch, der der unteren Elektrode 6
elektrischen Strom zuführt. Fig. 1 umfaßt ferner einen Gasstrahl 7,
der von der Gasdurchführung 4C ausgestoßen wird, ein
eingeschnürtes Plasma 8, erzeugte Röntgenstrahlung 9, einen
Teilchenstrahl 10, ein Röntgenstrahlungsextraktionsfenster 11, eine
Maske 12, einen Wafer 13, eine Ablenkeinrichtung für geladene
Teilchen 14, die zwei Permanentmagneten aufweist, und einen
Isolator 15, um die Flansche 4B und 6B zu isolieren, und ein
Vakuumgehäuse 1. Der Flansch 6B ist über einen Bleidraht 18 mit
einem Kondensator 16 verbunden. Der Flansch 4B ist mit einer
Seite eines Entladeschalters 17 verbunden, dessen andere Seite
mit dem Kondensator 16 verbunden ist.
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Gasinjektionsentladung wird wie folgt durchgeführt. Die
Vakuumkammer 2 wird mit einer Vakuumpumpe 3 auf etwa 1.33 bis
0.133 mPa (10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;&sup6; Torr) evakuiert, während ein
Entladegas, wie etwa Neon oder Krypton, von einer Gasflasche 19 in das
schnell ansprechende Ausblasventil 5 eingeführt wird. Nach dem
Aufladen des Kondensators 16 mit einer Aufladungsstromquelle
20, wird eine Stromquelle 22 für das schnell ansprechende
Ausblasventil 5 als Antwort auf ein Signal von einem
Signalgenerator 21 in Betrieb gesetzt, um das schnell ansprechende
Ausblasventil 5 zu betreiben. Somit bildet sich zwischen der oberen
Elektrode 4, an die eine hohe Spannung angelegt wird, und der
gegenüberstehenden unteren Elektrode 6 ein Gasstrahl aus,
während gleichzeitig über eine Verzögerungseinheit 23 von dem
Signalgenerator 21 ein Signal in einen Hochspannungspulsgenerator
24 eingegeben wird, das so eingestellt ist, daß der Zeitpunkt
der Injektion des Entladegases zwischen die obere Elektrode 4
und die untere Elektrode 6 mit der Zeit des Entladebeginns
übereinstimmt. Der Entladeschalter 17 wird durch einen
Hochspannungspuls in Betrieb gesetzt, um über die obere Elektrode 4
und die untere Elektrode 6, die durch den Isolator 15
veranschaulicht sind, eine Hochspannung zur Ionisation des
Gasstrahls 7 anzulegen. Somit wird ein zylindrisches Plasma
gebildet. Das Plasma wird durch die Wechselwirkung des Magnetfeldes,
das durch einen elektrischen Strom, der entlang der Richtung
der Mittelachse des zylindrischen Plasmas (nachstehend als
"Richtung der Plasmaachse" bezeichnet) fließt, gebildet wird,
mit den Ionen und Elektronen in dem Plasma zusammengehalten.
Somit wird das Plasma komprimiert, um ein Plasma 8 hoher
Temperatur und hoher Dichte zu bilden. Röntgenstrahlung 9 wird durch
die Wechselwirkung der Ionen und Elektronen in dem Plasma 8
hoher Temperatur und hoher Dichte erzeugt. Außer der
Röntgenstrahlung wird ein Teilchenstrahl 10, der aus geladenen
Teilchen, wie etwa Ionen und Elektronen, und einem Gas hoher
Temperatur besteht, emittiert. Eine grobe Menge eines
hochenergetischen Teilchenstrahls 10 wird in Richtung der Mittelachse der
Elektrode ausgestrahlt.
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Im Fall der Belichtung in Richtung der Plasmaachse, die
aufgrund des kleinen Durchmessers der Röntgenstrahlungsquelle
zur Vervielfältigung feiner Muster geeignet ist, nimmt die
Beschädigung des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters 11 aufgrund
der sich in Richtung der Plasmaachse bewegenden Teilchen und
Licht hoher Energie bedeutend zu. Um während der Belichtung die
Beschädigung aufgrund der geladenen Teilchen in Richtung der
Plasmaachse zu vermeiden, ist früher ein Verfahren verwendet
worden, bei dem die Ablenkeinrichtung für geladene Teilchen 14
mit einander gegenüberstehenden Magneten zwischen das
eingeschnürte Plasma 8 und das Röntgenstrahlungsextraktionsfenster
11 eingesetzt wird, wie in Fig. 1 gezeigt ist, um die geladenen
Teilchen durch das Magnetfeld der Ablenkeinrichtung für
geladene Teilchen zu entfernen. Bei diesem Verfahren werden
jedoch nahezu alle geladenen Teilchen, die von der oberen
Elektrode mit einer Gasinjektionsdurchführung reflektiert werden,
in Richtung des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters
ausgestrahlt. Und die Menge der geladenen Teilchen in Richtung des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters steigt beträchtlich an, so
daß die geladenen Teilchen durch die Ablenkeinrichtung für
geladene Teilchen allein nicht vollkommen entfernt werden können.
Ebenso ist ein verbessertes Verfahren verwendet worden, bei dem
eine Plasmareflexionsplatte mit einem
Röntgenstrahlungsdurchgangsloch in deren Mitte als eine Plasmaablenkeinrichtung in
dem Magnetfeld der Ablenkeinrichtung für geladene Teilchen 14
angeordnet wird, um die geladenen Teilchen, das Gas hoher
Temperatur, etc., nicht nur aufgrund des Effekts der Ablenkung der
geladenen Teilchen durch das Magnetfeld, sondern auch der
Reflexion des Plasmas durch die Plasmareflexionsplatte zu
entfernen. Ihre Entfernung kann jedoch immer noch nicht vollkommen
sein. In Hinblick darauf ist ein
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster verwendet worden, das aus einem dicken Berylliumfilm
bestand, um zu verhindern, daß das
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster 11 beschädigt wird. Dies vergrößert jedoch die
Abschwächung der Röntgenstrahlung und schafft eine derart geringe
Effizienz der Röntgenstrahlungsextraktion, daß die für die
Röntgenlithographie benötigte Zeitperiode verlängert wird, was
somit zu einem Problem der Durchsatzverringerung führt.
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Um eine ungleichmäßige Belichtung zu vermeiden, werden 10
bis 20 Entladungsstöße bei einer Feldbelichtung wiederholt.
Wiederholte Entladung beinhaltet die Wiederholung von
Evakuierung, Gasinjektion und Entladung. Bei herkömmlichen Geräten hat
jedoch ein Anstieg der Geschwindigkeit der
Entladungswiederholung eine derart ungenügende Gasevakuierung um die
Entladungselektroden 4 und 6 zur Folge, daß in anderen Abschnitten als in
der Nähe der Elektroden 4 und 6 anormale Entladung leicht
auftreten kann, was zur Verringerung der Röntgenstrahlungsausbeute
führt. Deshalb muß eine Wiederholungsfrequenz von etwa 1 Hz
eingeführt werden, um eine stabile Röntgenstrahlungsausbeute zu
sichern. Somit kann kein verbesserter Durchsatz erwartet
werden.
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Wenn ein Plasma eingeschnürt und kollabiert ist, wird ein
Gas, das mit der oberen Elektrode zusammenstößt und von der
oberen Elektrode reflektiert wird, in Richtung des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters ausgestrahlt. Dies führt zu
derart ungenügender Absaugung des während hochfrequenter
Wiederholung der Entladung in Richtung des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters anwesenden Gases, daß die in Richtung des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters laufende Röntgenstrahlung
durch das Gas abgeschwächt wird. Wie in Fig. 2 gezeigt ist,
wird die Ausbeute von Röntgenstrahlung mit einer Wellenlänge
von 1.2 nm (12 Å) um etwa 1/2 herabgesetzt, wenn ein Neongas
mit 9.3 kPa (70 Torr) in einer Schicht von etwa 1 bis 2 cm um
die Mitte der unteren Elektrode anwesend ist.
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Da ein Plasma hoher Temperatur und hoher Dichte in
Richtung der Plasmaachse ausgestrahlt wird, geht der
Mittelabschnitt
der oberen Elektrode größtenteils verloren und die
geschmolzene Elektrodensubstanz wird verstreut, so daß das
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster kontaminiert wird.
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Fig. 3 zeigt ein anderes herkömmliches
Röntgenlithographiegerät. Um den Einfluß eines Teilchenstrahls aus
geladenen Teilchen, einem Gas hoher Temperatur, etc., zu
vermeiden, nutzt dieses Gerät die Erscheinung aus, daß die
Strahlungsdosis des Teilchenstrahls 10 in radialer Richtung des
Plasmas 1/100 bis 1/1000 derjenigen in Richtung der Plasmaachse
beträgt. Insbesondere sind das
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster 11, die Maske 12, ein Wafer, etc., in der radialen
Richtung des eingeschnürten Plasmas 8 angeordnet, um zur
Ausführung der Belichtung Röntgenstrahlung durch ein in der
Elektrode 6 vorgesehenes Loch 6D und das
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster 11 zu extrahieren. Die Veranschaulichung eines
Entladegaszufuhrsystems und eines elektrischen Systems zur
Entladung ist in Fig. 3 weggelassen. Fig. 4 ist eine von der
radialen Richtung der Röntgenstrahlungsquelle aus
photographierte Röntgenstrahlungsquelle, in welcher Richtung eine
Röntgenstrahlungsmaske gemäß der Röntgenlochkamera-Photographie
angeordnet ist. Im Fall derartiger Belichtung in radialer
Richtung, wenn die Proximity-Lithographie bei einem Masken-Wafer-
Zwischenraum von 10 bis 20 um durchgeführt wird, steigt die
Unschärfe des Halbschattens δ = ds/D, die, wie in Fig. 5 gezeigt,
durch die Länge d eines eingeschnürten Plasmas, nämlich einer
Röntgenstrahlungsquelle, den Abstand D zur
Röntgenstrahlungsquelle und den Abstand s zwischen der Maske und dem Wafer
bestimmt ist, so an, daß Vervielfältigung feiner Muster nicht
durchgeführt werden kann.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Röntgenstrahlungsquelle hoher Lebensdauer bereitzustellen, deren
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster und Elektroden zur Bildung
eines Plasmas weniger Beschädigungen unterzogen sind, und die
die Mängel herkömmlicher Röntgenstrahlungsquellen verhindert.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
eine Röntgenstrahlungsquelle bereitzustellen, die in der Lage
ist, eine Hochleistungsausbeute von Röntgenstrahlung aus einem
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster zu extrahieren und mit
einer
hohen Wiederholungsfrequenz ohne anormale Entladung zu
entladen.
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Eine Röntgenstrahlungsquelle gemäß der vorliegenden
Erfindung wird in den Patentansprüchen bestimmt.
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Die obigen und andere Aufgaben, Effekte, Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung
mit den zugehörigen Zeichnungen.
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die ein
Röntgenlithographiegerät unter Verwendung einer herkömmlichen
Röntgenstrahlungsquelle zeigt;
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Fig. 2 ist ein Diagramm, das mit dem Neongasdruck als
Parameter eine Beziehung zwischen dem Abstand der
Röntgenstrahlungsübertragung durch ein Neongas und dem
Röntgenstrahlungsdurchlaßgrad bei einer Wellenlänge von 1.2 nm (12 Å) zeigt;
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Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die ein anderes
Röntgenlithographiegerät unter Verwendung einer herkömmlichen
Plasmaröntgenquelle zeigt;
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Fig. 4 veranschaulicht ein
Röntgenstrahlungs-Lochkamerabild des in Fig. 3 gezeigten herkömmlichen Geräts;
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Fig. 5 veranschaulicht die Unschärfe des Halbschattens bei
dem in Fig. 3 gezeigten herkömmlichen Gerät;
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Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die ein
Röntgenlithographiegerät zeigt, bei dem ein Beispiel der
Röntgenstrahlungsquelle der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
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Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X
in Fig. 6;
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Fig. 8 ist eine schematische Ansicht, die noch ein anderes
Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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die Fig. 9A und 9B sind jeweils charakteristische Kurven,
die die durch die Ionen erzeugte Faraday-Käfigspannung zur
Veranschaulichung der Wirkung des Durchgangslochs zeigen;
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Fig. 10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem
Verhältnis der Röntgenstrahlungsausbeute und der Frequenz der
Entladungswiederholung zeigt;
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die Fig 11A und 11B sind Querschnittsansichten, die
jeweils die Zustände einer herkömmlichen Elektrode und einer
Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung nach 1000
Entladungsstößen zeigen;
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Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Form
eines in einer Entladungselektrode vorgesehenen
Durchgangslochs;
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Fig. 13 ist eine schematische Ansicht, die ein
Röntgenlithographiegerät zeigt, bei dem ein anderes Beispiel der
Röntgenstrahlungsquelle der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
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Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der
Struktur der oberen Elektrode zeigt; und
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Fig. 15 betrifft eine Ausführungsform, bei der
Gasinjektion von der Seite der unteren Elektrode durchgeführt wird;
die Fig. 16 und 17 betreffen Ausführungsformen, bei denen
eine Entladungselektrode, die ein Durchgangsloch besitzt, mit
einem Röntgenstrahlungsextraktionsfenster, das eine dreifache
Fensterstruktur besitzt, kombiniert sind;
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Fig. 18 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel
eines Röntgenlithographiegeräts zeigt;
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Fig. 19 ist eine vergrößerte Ansicht der
Entladungselektrode auf Fig. 18;
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Fig. 20 veranschaulicht den Beschädigungszustand, der
durch einen Teilchenstrahl erzeugt wird, der von einem Plasma
in Richtung der Plasmaachse ausgelöst wird;
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Fig. 21 veranschaulicht eine Unschärfe des Halbschattens ö
bei der Röntgenlithographie;
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Fig. 22 veranschaulicht eine Beziehung zwischen dem
Röntgenstrahlungsextraktionswinkel, der Unschärfe des Halbschattens
und der ankommenden Ionendosis;
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Fig. 23 ist eine Teilquerschnittsansicht eines anderen
Beispiels eines Röntgenlithographiegeräts;
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die Fig. 24 und 25 betreffen Ausführungsformen, bei denen
eine Entladungselektrode ein Durchgangsloch besitzt und die
Mitte des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters leicht gegenüber
der axialen Richtung des Plasmas verschoben ist; und
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Fig. 26 betrifft eine Ausführungsform, bei der eine
Entladungselektrode ein Durchgangsloch besitzt und die Mitte des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters leicht gegenüber der
axialen
Richtung des Plasmas verschoben ist und das Fenster eine
dreifache Fensterstruktur besitzt.
Ausführungsform 1
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Fig. 6 zeigt ein Beispiel eines Röntgenlithographiegeräts
unter Verwendung einer Ausführungsform der
Röntgenstrahlungsquelle gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen verbesserten
Aufbau einer oberen Elektrode aufweist. Die gleichen Teile in
Fig. 6 sind wie bei dem in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Gerät
mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verbunden, und
Beschreibungen von ihnen werden weggelassen werden. Der
bemerkenswerteste Unterschied dieser Ausführungsform zu
herkömmlichen Röntgenstrahlungsquellen besteht darin, daß die obere
Elektrode 4 ein Durchgangsloch 31 mit einem offenen Ende an der
Vorderseite, die einer unteren Elektrode 6 gegenübersteht, und
dem anderen offenen Ende an der Seite gegenüber des Flansches
4B besitzt. Die obere Elektrode 4 und der Flansch 4B sind so
tief in die Vakuumkammer 2 eingesetzt, daß beide offenen Enden
des Durchgangslochs 31 vollständig in der Vakuumkammer liegen.
Die Form der unteren Elektrode ist der oberen Elektrode 4
angepaßt. Ein Raum zwischen der oberen Elektrode 4 und der unteren
Elektrode 6 wird über Löcher 6C durch eine Vakuumpumpe 3
evakuiert. Fig. 7 zeigt die Querschnittsansicht des Flansches 4B
der in Fig. 6 gezeigten oberen Elektrode 4 entlang der Linie X-
X. In dieser Figur ist ein Beispiel gezeigt, bei dem das
Durchgangsloch 31 nach oben in den Mittelabschnitt der oberen
Elektrode 4 ausgedehnt ist, im Inneren des Flansches 4B in drei
Richtungen verzweigt und an drei Abschnitten der Seitenansicht
des Flansches 4B geöffnet ist. Die Verzweigung ist jedoch nicht
auf drei Richtungen begrenzt. Außerdem ist auch keine
Verzweigung möglich. Ein Gasraum 5A ist in der oberen Elektrode 4
durch eine Gasdurchführung 5C mit einer Gasdurchführung 4C
verbunden. Obwohl Fig. 7 die Anordnung mehrerer kreisförmiger
Rohrdurchführungen als Gasdurchführungen 5C (4C)
veranschaulicht, können im Querschnitt mehrere Kreisbögen der
Durchführungen als Gasdurchführung 5C (4C) angeordnet werden. Im Fall
eines nichtverzweigten Durchgangslochs kann die
Querschnittsansicht der Gasdurchführung ringförmig sein.
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Die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform wird auf die
gleiche Weise wie das herkömmliche Gerät in Betrieb gesetzt, wie
vorstehend beschrieben ist. Insbesondere wird die Vakuumkammer
2 auf etwa 1.33 bis 0.133 mPa (10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;&sup6; Torr) evakuiert.
Zwischen die Elektroden 4 und 6 wird ein Gas eingeleitet, um
einen Gasstrahl 7 zu bilden. Eine Hochspannung wird über beide
Elektroden angelegt, um Entladung zu bewirken. Somit wird ein
Plasma 8 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung gebildet. Zum
Beispiel wird für die Elektroden 4 und 6 Kupfer, eine
Kupfer-Wolfram-Legierung oder dergleichen verwendet. Die Dauer der
Röntgenstrahlungserzeugung pro Einzelentladevorgang beträgt maximal
1 us oder weniger. Der Belichtungsvorgang wird durch sich
wiederholende Zyklen
Evakuierung-Gasinjektion-Entladung-Röntgenstrahlungserzeugung bewirkt.
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Außer der Röntgenstrahlung 9 wird ein Teilchenstrahl 10,
zusammengesetzt aus Ionen, Elektronen, einem Gas hoher
Temperatur, etc., der während des Kollapses eines Plasmas hoher Dichte
erzeugt wird, von dem zwischen den Elektroden eingeschnürten
Plasma emittiert. Röntgenstrahlung wird von allen Punkten des
Plasmas in alle Richtungen isotrop ausgestrahlt, während die
Ionen, die Elektronen, das Gas hoher Temperatur, etc.,
hauptsächlich in axialer Richtung des Plasmas emittiert werden. Da
auch die obere Elektrode 4 in axialer Richtung des Plasmas auf
der Seite der Gasinjektion ein Durchgangsloch 31 besitzt, wird
die Absorption des von dem eingeschnürten Plasma 8 emittierten
Teilchenstrahls zusätzlich zu der Richtung des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters 11 sogar auf der Seite der oberen
Elektrode 4 vorgenommen. Deshalb wird die Dosis des gegen das
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster fliegenden Teilchenstrahls
so herabgesetzt, daß die Beschädigung des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters so verringert werden kann, daß die Dicke
des Fenstermaterials verringert werden kann.
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Ausführungsform 2
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Fig. 8 zeigt noch eine andere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Das Gerät dieser Ausführungsform umfaßt
zusätzlich eine Ablenkeinrichtung für geladene Teilchen 14 im
Aufbau der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform. Die
Ablenkeinrichtung für geladene Teilchen 14 besteht aus einem Paar
einander gegenüberstehender Permanentmagneten, die die einfallenden
geladenen Teilchen durch ihre Magnetfelder ablenken, um sie zu
entfernen. Sogar wenn eine derartige Ablenkeinrichtung für
geladene Teilchen in einem herkömmlichen Gerät vorgesehen ist,
können geladene Teilchen nicht vollständig entfernt werden. Im
Gegensatz dazu, wenn die Ablenkeinrichtung für geladene
Teilchen mit einer oberen Elektrode mit einem Durchgangsloch gemäß
der vorliegenden Erfindung kombiniert wird, kann ein
beachtlicher Effekt dabei erzielt werden, die Beschädigung eines
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters aufgrund der geladenen
Teilchen zu verhindern.
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Die Fig. 9A und 9B zeigen die Ergebnisse von Messungen
der elektromotorischen Kraft, die durch die Ionen hervorgerufen
wird, die in Richtung des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters
durch einen an der Stelle einer Maske 12 angeordneten Faraday-
Käfig in einem Lithographiegerät emittiert werden, wie in Fig.
8 gezeigt ist. Fig. 9A betrifft den Fall, wenn herkömmliche
Elektroden verwendet werden, während Fig. 9B den Fall betrifft,
wenn eine obere Elektrode 4 mit einem Durchgangsloch 31 gemäß
der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 8 gezeigt ist,
verwendet wird. Es wird offensichtlich verstanden werden, daß bei dem
letzteren Fall, wenn die Elektrode mit Durchgangsloch 31
verwendet wird, die Dosis der Ionen, die als eine Komponente eines
Teilchenstrahls zu dem Röntgenstrahlungsextraktionsfenster
gelangen, geringer ist. Von zwei Peaks in Fig. 9A ist der erste
Peak P&sub1; den Ionen zuzuschreiben, die direkt von einem Plasma
geflogen kommen, der zweite Peak P&sub2; ist den Ionen
zuzuschreiben, die zwischen der oberen und unteren Elektrode verbleiben
und durch ein elektrisches Feld beschleunigt werden, das
zwischen den Elektroden erzeugt wird, nachdem das Plasma
eingeschnürt ist. In Fig. 9B ist der erste Peak P&sub1; kleiner, was
anzeigt,
daß ein Teil der geladenen Teilchen durch das
Durchgangsloch 31 evakuiert wird, während der zweite Peak P&sub2; im
wesentlichen verschwindet, was anzeigt, daß die Dosis der an
dem Röntgenstrahlungsextraktionsfenster 11 ankommenden
geladenen Teilchen deutlich herabgesetzt ist. Wie in Fig. 9B
gezeigt ist, wird die Dosis des Teilchenstrahls, der in Richtung
des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters fliegt, so
herabgesetzt, daß die Beschädigung des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters 11 verringert wird. Dementsprechend wird die
Verringerung der Filmdicke des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters
möglich. Dies kann eine höhere Effizienz der
Röntgenstrahlungsextraktion schaffen, was zu einer Durchsatzsteigerung führt.
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Wie vorstehend beschrieben ist, muß für
Röntgenlithographie ein zwischen die Elektroden eingeleitetes Gas während
wiederholter Entladung schnell abgesaugt werden. Ungenügende
Gasabsaugung kann leicht zu anormaler Entladung führen, was
eine Verringerung der Röntgenstrahlungsausbeute zur Folge hat.
Fig. 10 zeigt das Ergebnis der Untersuchung der Beziehung
zwischen der Frequenz wiederholter Entladung und der
Röntgenstrahlungsausbeute. In Fig. 10 betrifft die Kurve (a) den Fall, wenn
herkömmliche Elektroden verwendet werden, während die Kurve (b)
den Fall betrifft, wenn eine Röntgenstrahlungsquelle mit einer
oberen Elektrode 4 mit einem Durchgangsloch 31 gemäß der
vorliegenden Erfindung verwendet wird. Wenn bei der herkömmlichen
Röntgenstrahlungsquelle die wiederholte Entladung mit 3 Hz
durchgeführt wird, wird die Röntgenstrahlungsausbeute gegenüber
der bei 1 Hz um etwa 80% herabgesetzt. Im Gegensatz dazu tritt
in dem Fall der Röntgenstrahlungsquelle der vorliegenden
Erfindung, sogar wenn sie bei einer so hohen Frequenz wie 3 Hz
betrieben wird, keine anormale Entladung auf, so daß die gleiche
Röntgenstrahlungsausbeute wie bei 1 Hz konstant sichergestellt
wird. Der Grund dafür ist wie folgt. Da die obere Elektrode 4
das Durchgangsloch 31 besitzt, das mit einer Öffnung an der
Seite gegenüber der unteren Elektrode versehen ist, wird ein
eingeschnürtes Plasma ohne Zusammenstoß mit der oberen
Elektrode und Reflexion an der oberen Elektrode abgesaugt. Deshalb
wird die Gasabsaugung um die Elektrode herum schnell bewirkt,
was zu dem oben erwähnten Vorteil führt.
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Außerdem ist die Röntgenstrahlungsquelle dieses Beispiels
weniger der Beschädigung deren oberer Elektrode ausgesetzt. Die
Fig. 11A und 11B sind Querschnittsansichten, die die obere
Elektrode aus Kupfer nach 1000 Entladungsstößen
veranschaulichen. Fig. 11A betrifft ein herkömmliches Gerät, während Fig.
11B eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung
betrifft. In dem Fall des herkömmlichen Geräts ist der mittlere
Abschnitt der Entladungselektrode 4 geschmolzen und verloren,
wie mit 4D bezeichnet ist. Im Gegensatz dazu wird in dem Fall
der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in
Fig. 11B gezeigt ist, der Verlust der Elektrode lediglich bis
zu einem derartigen Maß bewirkt, daß der Oberflächenabschnitt
der Elektrode leicht verschwindet, da der mittlere Abschnitt
der Elektrode eine Öffnung besitzt, um den lokalisierten
Zusammenstoß eines Plasmas hoher Temperatur und hoher Dichte mit der
Elektrode zu vermeiden.
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Fig. 12 zeigt eine andere Form des Durchgangslochs 31. Bei
diesem Beispiel ist ein Ende des Durchgangslochs 31 zur Seite
der Entladungselektrode 4, die dem Gitter oder Loch 6A der
Entladungselektrode 6 gegenübersteht, geöffnet, während das andere
Ende zur Seite der Entladungselektrode 4 geöffnet ist. Eine
derartige Form der Entladungselektrode 4 wird leicht gefertigt,
indem ein äußerer Zylinder 4E und ein innerer Zylinder 4F
kombiniert werden, wie in der Figur gezeigt ist.
Ausführungsform 3
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Fig. 13 zeigt noch eine andere Ausführungsform gemäß der
vorliegenden Erfindung. In der Figur ist die Veranschaulichung
eines Entladegaszufuhrsystems und eines elektrischen
Entladesystems weggelassen. Bei dieser Ausführungsform ist ein
Durchgangsloch 31 einer oberen Elektrode 4 mit einer anderen
Evakuierungseinrichtung verbunden, die eine Vakuumpumpe 32, wie
etwa eine Turbomolekularpumpe, und ein Rohrsystem 33 aufweist,
das das Durchgangsloch 31 der oberen Elektrode mit der Pumpe
verbindet. Ein, wenn das Plasma eingeschnürt ist, in axialer
Richtung des Plasmas erzeugter Teilchenstrahl 10 wird durch das
Durchgangsloch 31 der oberen Elektrode 4 und das Rohrsystem 33
mittels der Vakuumpumpe 32 abgesaugt. Deshalb wird die Dosis
des Teilchenstrahls 10, der in Richtung eines
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters 11 fliegt, gering. Dies ermöglicht es,
die Filmdicke des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters zu
verringern, was zu einer Effizienzsteigerung der
Röntgenstrahlungsextraktion führt.
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Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht, die noch eine andere
Form der oberen Elektrode 4 veranschaulicht. Ein eingeleitetes
Gas wird um die Mitte der Elektrode herum durch ein gebogenes
Ende eines äußeren Zylinders 4E der oberen Elektrode 4 so
konzentriert, daß die Evakuierung durch das Durchgangsloch 31
zusätzlich effektiv bewirkt werden kann.
Ausführungsform 4
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Fig. 15 zeigt noch eine andere Ausführungsform gemäß der
vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird ein Gas
von der Seite einer unteren Elektrode 6 eingeleitet. In Fig. 15
ist die Veranschaulichung eines Entladegaszufuhrsystems und
eines elektrischen Systems außerhalb einer Vakuumkammer
weggelassen. Obwohl ein Entladegas durch eine Gasdurchführung 6E von
der Seite der unteren Elektrode eingeleitet wird, wird die
Bildung eines Plasmas und die Erzeugung von Röntgenstrahlung in
der gleichen Weise wie in den in den Fig. 6 und 13 gezeigten
Beispielen bewirkt. Bei dieser Ausführungsform ist die obere
Elektrode 4 zylindrisch und besitzt in ihrem Mittelabschnitt
ein Durchgangsloch 31. Da der Teilchenstrahl 10 durch das
Durchgangsloch 31 in Richtung des oberen Abschnitts der
Vakuumkammer abgesaugt wird, wird die Emission des Strahls in
Richtung des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters 11 verringert.
Wenn ein hitzebeständiger Block 34 an einer Stelle gerade
oberhalb des Durchgangslochs 31 in der Vakuumkammer 1 vorgesehen
ist, um den Teilchenstrahl 10 in die seitliche Richtung zu
reflektieren, ist die Beschädigung des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters gering, sogar wenn die Höhe der Vakuumkammer
gering ist, während zur gleichen Zeit die Absaugung des
Teilchenstrahls geeignet erreicht wird.
Ausführungsform 5
-
Fig. 16 zeigt noch eine andere Ausführungsform gemäß der
vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform umfaßt ein
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster einen ersten Film 11A und
einen zweiten Film 11B, die voneinander getrennt sind, und
einen dritten Film 11C auf einer unteren Seite. Außer diesem
Merkmal ist der Aufbau dieses Beispiels der gleiche wie in Fig.
6.
-
Obwohl das meiste des Teilchenstrahls durch das
Durchgangsloch 31 abgesaugt wird, wird einiges von ihm in Richtung
des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters emittiert. Der erste
Film 11A ist zur Abschirmung von Gasmolekülen hoher Temperatur
und geladenen Teilchen und zur Absorption von sichtbaren und
ultravioletten Strahlen, etc., vorgesehen. Bevorzugte Beispiele
des ersten Films umfassen dünne Metallfilme aus Beryllium,
Aluminium, Titan, etc., die relativ hitzebeständig sind und
Röntgenstrahlung gut durchlassen; anorganische Filme aus
Kohlenstoff, Si-N, SiN&sub4;, SiC, BN, etc.; organische Filme aus
Polyimid, etc.; und aus ihnen zusammengesetzte Filme. Der
zweite Film IIB ist zum Erhalt des Vakuums vorgesehen.
Bevorzugte Beispiele des zweiten Films umfassen dünne Metallfilme
aus Beryllium, Aluminium, Titan, etc.; anorganische Filme aus
Kohlenstoff, Si-N, SiN&sub4;, SiC, BN, etc.; organische Filme aus
Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyimid, etc.; und aus
ihnen zusammengesetzte Filme. Der zweite Film kann durch
Metallgitter, Kohlenstoffgitter, Siliziumgitter oder dergleichen
versteift werden. Wenn das Röntgenstrahlungsextraktionsfenster
11 aus zwei voneinander getrennten Filmen besteht, nämlich dem
ersten Film 11A, der gegen Teilchen und Wärmeenergie beständig
ist, die von dem Plasma emittiert werden, und dem zweiten Film
11B, der in der Lage ist, eine Druckdifferenz zwischen der
Vakuumkammer 1 und der Atmosphäre auszuhalten, kann die Summe der
Dicken der zwei Filme 11A und 11B dünner als die Dicke des
herkömmlichen aus einem einzigen Film bestehenden
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters gemacht werden. Dementsprechend kann
ein Röntgenstrahlungsextraktionsfenster mit einem hohen
Röntgenstrahlungsdurchlaßgrad und einer langen Lebensdauer
verwirklicht
werden. Zum Beispiel ist die Lebensdauer eines
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters mit einem ersten Film 11A aus 7
um Be und einem zweiten Film 11B aus 10 um Be höher als die
eines herkömmlichen Röntgenstrahlungsextraktionsfensters, das aus
einem einzigen Be-Film mit 20 um besteht.
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Eine Maske und ein Wafer oder dergleichen sind unter einem
dritten Film 11C angeordnet. Im allgemeinen ist ein Teil eines
Ausrichtgeräts zwischen einem
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster und einer Maske angeordnet, so daß das
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster und die Maske nicht dicht aneinander
gebracht werden können. Wenn von dem
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster extrahierte Röntgenstrahlung durch Luft läuft und
den Wafer erreicht, wird die Intensität der Röntgenstrahlung
abgeschwächt. In Hinblick auf dies ist es erwünscht, daß ein
Zwischenraum zwischen dem Röntgenstrahlungsextraktionsfenster
und der Maske mit einem Gas mit einem hohen
Röntgenstrahlungsdurchlaßgrad gefüllt wird. Bei dieser Ausführungsform wird ein
Gas mit einem hohen Röntgenstrahlungsdurchlaßgrad, wie etwa
Helium, von einem Gaseinlaß 35A in eine
Röntgenstrahlungsextraktionskammer 35 eingeleitet und von einem Gasauslaß 35B
abgesaugt. Der dritte Film 11C dient als Film, der die
Röntgenstrahlungsextraktionskammer und die Atmosphäre trennt. Die
Maske und der Wafer sind nahe an dem dritten Film angeordnet.
Da der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Film gering ist
und der Zwischenraum zwischen dem zweiten und dritten Film mit
Helium gefüllt ist, wird die Intensität der Röntgenstrahlung
sogar in einer derartigen Dreifachfilmstruktur weniger
abgeschwächt. Irgendein Film kann als dritter Film verwendet
werden, soweit der Röntgenstrahlungsdurchlaßgrad des Films hoch
ist. Brauchbare Beispiele für den dritten Film umfassen dünne
Metallfilme aus Beryllium, Aluminium, Titan, etc.; anorganische
Filme aus Kohlenstoff, Si-N, SiN&sub4;, SiC, BN, etc.; organische
Filme aus Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyimid,
etc.; und aus ihnen zusammengesetzte Filme. Ein Film von
maximal 1 um Dicke oder weniger kann verwendet werden.
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Da die einzelnen Filme dünn sein können, kann der
Röntgenstrahlungsdurchlaßgrad als ganzes in einer derartigen
Dreifachfilmstruktur des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters erhöht
werden. Außerdem, wenn eine obere Elektrode mit einem
Durchgangsloch 31 verwendet wird, ist die in Richtung des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters emittierte Dosis des
Teilchenstrahls gering. Dementsprechend kann der erste Film dünn
gemacht werden, so daß die Intensität der extrahierten
Röntgenstrahlung erhöht werden kann.
Ausführungsform 6
-
Fig. 17 zeigt noch eine andere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform umfaßt das Gerät
zusätzlich eine Ablenkeinrichtung für geladene Teilchen 14 des
Aufbaus des in Fig. 16 gezeigten Beispiels. Aufgrund einer
Kombination einer oberen Elektrode 4 mit einem Durchgangsloch 31
und der Ablenkeinrichtung für geladene Teilchen 14 mit einem
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster 11, das eine
Mehrfachfilmstruktur besitzt, kann die Beschädigung des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters verringert werden, kann die Materialdicke
des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters verringert werden und
kann die-Intensität der extrahierten Röntgenstrahlung angehoben
werden.
Beispiel eines Röntgenlithographiegeräts
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Fig. 18 veranschaulicht ein Röntgenlithographiegerät,
während Fig. 19 eine vergrößerte Querschnittsansicht der
Entladungselektroden des Geräts zeigt. Die gleichen Teile in den
Fig. 18 und 19 wie in dem in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen
Gerät sind den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 zugehörig
und die Beschreibungen von ihnen werden weggelassen werden. Das
Gerät umfaßt ein Röntgenstrahlungsbelichtungsrohr 25 und ein
Ausrichtgerät 26 zur Ausrichtung einer Maske 12 mit einem Wafer
13. Die Mittelachse eines Satzes von Elektroden zur Bildung
eines Plasmas ist relativ zur Normalenrichtung eines
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters so geneigt, daß die
Mittelstellung des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters entfernt von der
Ausdehnungslinie in axialer Richtung des Plasmas angeordnet
ist. In der gleichen Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen
herkömmlichen Gerät wird die Vakuumkammer 2 evakuiert und ein
Gas zwischen beide Entladungselektroden 4 und 6 eingeleitet,
über die dann ein hohes elektrisches Feld angelegt wird, um aus
dem eingeleiteten Gas ein Plasma zu bilden. Das eingeschnürte
Plasma emittiert Röntgenstrahlung. Außer Röntgenstrahlung 9
werden Ionen, Elektronen, ein Gas hoher Temperatur, etc., die
während des Kollapses eines Plasmas hoher Dichte erzeugt
werden, von dem zwischen den Elektroden eingeschnürten Plasma 8
freigesetzt. Die Röntgenstrahlung wird von allen Punkten des
Plasmas in Richtungen der Umgebung im wesentlichen isotrop
ausgesendet, wohingegen ein aus den Ionen, den Elektronen, dem Gas
hoher Temperatur, etc., zusammengesetzter Teilchenstrahl 10
hauptsächlich in axialer Richtung des Plasmas emittiert wird,
so daß er kaum das Röntgenstrahlungsextraktionsfenster 11
erreichen kann.
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Fig. 20 zeigt denjenigen Beschädigungszustand einer
Aluminiumfolie, die an einer Position etwa 15 cm entfernt von der
unteren Elektrode, die dem von dem Plasma emittierten
Teilchenstrahl ausgesetzt ist, angebracht ist. Wie in Fig. 20 gezeigt
ist, ist die Beschädigung der Aluminiumfolie um den
Mittelabschnitt der Folie konzentriert, während die Beschädigung in
einem Abschnitt 2 bis 3 cm entfernt von dem Mittelabschnitt der
Folie merklich abnimmt. Bei diesem Beispiel ist die
Beschädigung des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters 11 aufgrund des
Teilchenstrahls im wesentlichen vernachlässigbar, da das
Fenster strukturell unter einem gegebenen Winkel zur axialen
Richtung des Plasmas 8 angeordnet ist.
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Andererseits, wie in Fig. 21 gezeigt ist, wird die
Unschärfe des Halbschattens 8 = 2rs/D der
Röntgenstrahlungsbelichtung bedingt, wobei 2r der Durchmesser der
Röntgenstrahlungsquelle ist, s der Abstand eines Wafers von der Maske ist
und D der Abstand der Maske von der Röntgenstrahlungsquelle
ist. Der Durchmesser der Röntgenstrahlungsquelle nimmt zu, da
die Quelle elliptisch wird, wenn die Quelle von dem mit einem
gegebenen Winkel zur axialen Richtung des Plasmas angeordneten
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster aus betrachtet wird. Der
wirkliche Durchmesser der Röntgenstrahlungsquelle beträgt
aufgrund einer Röntgenstrahlungsintensitätsverteilung mit hohen
Intensitäten um den Mittelabschnitt der Quelle herum etwa 3 mm
oder weniger. In diesem Fall ist die Unschärfe des
Halbschattens 8 = 0.15 um oder kleiner, was im Vergleich mit derjenigen
des herkömmlichen Geräts, das eine
Elektronenstoß-Röntgenstrahlungsquelle verwendet, nicht grob ist. Dieses stellt überhaupt
kein Hindernis dar, das Gerät dieses Beispiels als
Röntgenlithographiegerät zur Vervielfältigung eines 0.5 um-Musters zu
verwenden.
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Fig. 22 zeigt eine Beziehung zwischen dem
Röntgenstrahlungsextraktionswinkel, nämlich dem Winkel der Normalenrichtung
des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters mit der axialen
Richtung des Plasmas, der Unschärfe des Halbschattens (Kurve A) und
der ankommenden Ionendosis (Kurve B). Der Abstand zwischen der
Röntgenstrahlungsquelle und der Maske beträgt 24 cm. Die
Unschärfe des Halbschattens wurde aus einer Zwischenraumlänge
(Abstand zwischen dem Wafer und der Maske) von 10 um oder 15 um
berechnet. Die ankommende Ionendosis wurde mit einem Faraday-
Käfig gemessen, der in dem Mittelabschnitt des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters angeordnet war. Die ankommende
Ionendosis nimmt mit zunehmendem Röntgenstrahlungsextraktionswinkel
ab. Wenn die Röntgenstrahlungsextraktionswinkel 5º , 10º und 15º
betragen, nimmt die ankommende Ionendosis jeweils auf etwa 50%,
20% und 5% des Werts bei einem
Röntgenstrahlungsextraktionswinkel von 0º ab, nämlich dem Wert bei dem herkömmlichen Gerät.
Somit kann die Beschädigung des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters durch die Extraktion von Röntgenstrahlung mit einer
vorgegebenen Neigung relativ zur axialen Richtung des Plasmas
bedeutend verringert werden. Andererseits nimmt die Unschärfe
des Halbschattens mit zunehmendem
Röntgenstrahlungsextraktionswinkel zu. In dem Fall einer Zwischenraumlänge von 15 um als
Wert in der Praxis beträgt die Unschärfe des Halbschattens etwa
0.2 um, 0.3 um und 0.35 um bei einem jeweiligen
Röntgenstrahlungsextraktionswinkel von 10º, 15º und 20º. Mit anderen
Worten, der beschädigungsvorbeugende Effekt zeigt sich sogar bei
einem Röntgenstrahlungsextraktionswinkel von 5º, während der
Wert der Unschärfe des Halbschattens praktisch in einem Bereich
bis 20º zulässig ist. Es ist eine Selbstverständlichkeit, daß
die Begrenzungsflächen des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters, der
Maske und des Wafers in symmetrischer Beziehung
relativ zur Röntgenstrahlungsquelle gehalten werden, um
ungleichmäßige Belichtung und Musterverschiebung zu verhindern.
Beispiel eines Röntgenlithographiegeräts
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Fig. 23 zeigt ein anderes Beispiel eines
Röntgenlithographiegeräts. Dieses Gerät besitzt einen Aufbau mit mehreren
Röntgenstrahlungsextraktionsfenstern, von denen jedes anstelle
der Neigung der Röntgenstrahlungsquelle in einer Richtung mit
einem gegebenen Winkel zur Achse eines Plasmas geneigt ist, und
bei dem ein Wafer und eine Maske auf der Verlängerungslinie
dieser Richtung eingesetzt werden können. Mehrere Gitter oder
Löcher 6A sind in einer unteren Elektrode 6 angeordnet, die der
oberen Elektroden 4 gegenübersteht. Röntgenstrahlung wird von
mehreren Röntgenstrahlungsextraktionsfenstern 11 extrahiert,
und ein Wafer 13 wird durch eine Maske 12 mit der
Röntgenstrahlung bestrahlt. Da ein von einem eingeschnürten Plasma 8
emittierter Teilchenstrahl 9 nahezu in axialer Richtung des Plasmas
konzentriert ist, wird die Beschädigung des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters 11 gering, verglichen mit derjenigen
irgendeines Röntgenstrahlungsextraktionsfensters, das in axialer
Richtung des Plasmas angeordnet ist. Somit ist es möglich, die
Dicke des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters, das aus
Beryllium oder dergleichen besteht, zu verringern. Außerdem können
aufgrund der Anwesenheit mehrerer
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster mehrere Wafer in einem einzigen Belichtungsvorgang
belichtet werden. Bei diesem Gerät besitzt die untere Elektrode
kein Loch in axialer Richtung des Plasmas. Auch wenn ein Loch
in axialer Richtung des Plasmas vorgesehen ist, kann natürlich
der gleiche Effekt wie bei diesem Beispiel erhalten werden.
Ausführungsform 6
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Fig. 24 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. In der Figur sind lediglich die Entladungselektroden
und ein Röntgenstrahlungsextraktionsfenster gezeigt. Diese
Ausführungsform ist eine Kombination der in Fig. 6 gezeigten
Elektrodenstruktur
und der Weise der in den Fig. 18 und 19
gezeigten Röntgenstrahlungsextraktion. Insbesondere bestehen die
charakteristischen Merkmale dieser Ausführungsform darin, daß ein
Durchgangsloch 31 in einer oberen Elektrode 4 vorgesehen ist,
und die Richtung der Röntgenstrahlungsextraktion relativ zur
axialen Richtung eines zu bildenden Plasmas 8 geneigt ist, und
die Mittelstellung des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters 11
deshalb abseits von der Ausdehnungslinie in der axialen
Richtung des Plasmas 8 ist. Der gleiche Effekt des Durchgangslochs
31, wie in den vorangehenden Ausführungsformen beschrieben,
wird auch bei dieser Ausführungsform gezeigt. Von dem
eingeschnürten Plasma 8 erzeugte Röntgenstrahlung 9 wird von allen
Punkten des Plasmas in Richtungen der Umgebung isotrop
ausgestrahlt, während Ionen, Elektronen, ein Gas hoher Temperatur,
etc., hauptsächlich in axialer Richtung des Plasmas emittiert
werden. Bei der Röntgenstrahlungsquelle mit dem in Fig. 24
gezeigten Aufbau wird das Röntgenstrahlungsextraktionsfenster 11
mit Röntgenstrahlung 9 bestrahlt, während der Teilchenstrahl
10, der in Richtung einer unteren Elektrode 6 emittiert wird,
ohne durch das Durchgangsloch 31 abgesaugt zu werden, fast
nicht mit dem Röntgenstrahlungsextraktionsfenster 11
zusammenstößt. Der gleiche Effekt durch Bereitstellung eines Winkels
der Mittelachse der oberen und unteren Elektrode, d. h. der
axialen Richtung des Plasmas mit der Richtung der
Röntgenstrahlungsextraktion, wie in Bezug auf Fig. 22 beschrieben ist, wird
auch bei dieser Ausführungsform gezeigt. Bei dem
Röntgenlithographiegerät, das diese Ausführungsform verwendet, kann die
Beschädigung des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters weiterhin
durch den Effekt, wie er gerade vorstehend erwähnt wurde, in
Verbindung mit dem Effekt des Durchgangslochs 31 verringert
werden. Folglich kann nicht nur ein dünner Film als
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster verwendet werden, sondern auch der
Abstand des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters zu der
Röntgenstrahlungsquelle verkürzt werden, was zu hoher Effizienz bei
der Verwendung der von dem Plasma erzeugten Röntgenstrahlung
führt.
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Eine Ablenkeinrichtung für geladene Teilchen 14, wie in
Fig. 8 gezeigt, oder eine Plasmaablenkeinrichtung, die nicht
nur eine Ablenkeinrichtung für geladene Teilchen, sondern auch
eine Plasmareflexionsplatte besitzt, können bei dem
Röntgenlithographiegerät zusätzlich vorgesehen sein, wie in Fig. 24
gezeigt ist. In diesem Fall kann die Effizienz der
Röntgenstrahlungsextraktion weiterhin verbessert werden.
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Wie in Fig. 25 gezeigt, kann ein
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster 11 mit einer Dreifachfilmstruktur, die die Filme
11A, 11B und 11C umfaßt, so vorgesehen sein, daß dessen Normale
relativ zur Mittelachse der Elektroden, einschließlich einer
oberen Elektrode 4 mit einem Durchgangsloch 31 geneigt ist. In
den in Fig. 25 gezeigten Aufbauten sind der Effekt des
Durchgangslochs 31, der Effekt des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters mit einer Dreifachfilmstruktur und der Effekt der Neigung
der Mittelachse der Entladungselektroden relativ zur Richtung
der Röntgenstrahlungsextraktion zusammenwirkend gezeigt.
Deshalb kann Röntgenstrahlung, die von dem Plasma emittiert wird,
hoch effizient genutzt werden, was zur Durchsatzsteigerung
führt.
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Zusätzlich wird angemerkt, daß in dem Fall, wenn nicht nur
eine Entladungselektrode mit einem Durchgangsloch und ein
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster mit einer Dreifachfilmstruktur
kombiniert werden, sondern auch zusätzlich zu der oben
erwähnten Kombination die Neigung der Mittelachse der
Entladungselektroden relativ zur Richtung der Röntgenstrahlungsextraktion
kombiniert werden, die Form des Durchgangslochs nicht auf
diejenigen der Ausführungsformen, wie in den Fig. 16, 24 und 25
gezeigt, beschränkt ist, was überflüssig zu erwähnen ist. Ein
Gasraum 5A und ein Kolben 5b zur Gasinjektion sind vorzugsweise
innerhalb eines Flansches unter dem Gesichtspunkt der schnellen
Gasinjektion angeordnet. Andererseits können sie jedoch
außerhalb des Flansches angeordnet sein, während innerhalb der
Elektrode lediglich eine Gasdurchführung angeordnet ist.
Ausführungsform 7
-
Fig. 26 zeigt eine Querschnittsansicht einer
außerordentlich synthetischen Ausführungsform der Röntgenstrahlungsquelle
gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Figur umfaßt eine
Zylinderspule
5C zum Treiben des Kolbens 5b eines schnell
ansprechenden Ausblasventils 5. Ein Gasstrahl 7 wird durch das
schnell ansprechende Ausblasventil zwischen die Elektroden 4
und 6 eingeleitet, worauf die Bildung eines Plasmas erfolgt. Da
ein Durchgangsloch 31 in der oberen Elektrode 4 vorgesehen ist,
wird ein Teilchenstrahl 10 aus geladenen Teilchen, einem Gas
hoher Temperatur, etc., durch das Durchgangsloch 31 abgesaugt,
so daß die Dosis des Teilchenstrahls, der in Richtung des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters 11 fliegt, herabgesetzt wird.
Da die Normalenrichtung der Elektroden 4 und 6 (nämlich die
axiale Richtung des Plasmas) relativ zur Richtung der
Röntgenstrahlungsextraktion geneigt ist, wird die Dosis des
Teilchenstrahls, der in Richtung des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters fliegt, nochmals herabgesetzt. Eine
Teilchenstrahlablenkeinrichtung 15 mit einer Teilchenstrahlreflexionsplatte 15A,
die in einem durch ein Paar einander gegenüberstehender
Permanentmagneten oder Elektromagneten gebildeten Magnetfeld in
einer Ablenkeinrichtung für geladene Teilchen, wie vorstehend
erwähnt ist, vorgesehen ist, ist unter der unteren Elektrode 6
angeordnet. In dieser Figur wird angenommen, daß die Magneten
so angeordnet sind, daß sie ein Magnetfeld in einer Richtung
senkrecht zur Papierebene, die die Figur enthält, bilden. Somit
erscheinen sie in der Figur nicht. Die
Teilchenstrahlreflexionsplatte 15A besitzt ein Röntgenstrahlungsdurchlaßloch 15B
in deren Mitte und ist relativ zur Plasmaachse geneigt
angeordnet. Geladene Teilchen, die in die
Teilchenstrahlablenkeinrichtung 15 fliegen, werden durch das von den Magneten gebildete
Magnetfeld abgelenkt, während ungeladene Teilchen ebenso wie
geringfügig abgelenkte geladene Teilchen gegen die
Teilchenstrahlreflexionsplatte 15A stoßen, um von ihr reflektiert zu
werden. Folglich wird die Dosis des Teilchenstrahls aus
geladenen Teilchen und einem Gas hoher Temperatur, etc., der
durch des Röntgenstrahlungsdurchlaßloch 15B das
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster 11 erreicht, merklich herabgesetzt.
Demgemäß kann die Dicke des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters verringert werden, um die Effizienz der
Röntgenstrahlungsextraktion anzuheben, und somit zu ermöglichen, daß die
Röntgenstrahlung mit einer hohen Ausbeute extrahiert wird.
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Überdies besteht bei dieser Ausführungsform das
Röntgenstrahlungsextraktionsfenster aus voneinander getrennten Filmen, d. h.
aus einem ersten Film 11A, der gegen Lichtenergie
einschließlich sichtbarer und ultravioletter Strahlung beständig ist, und
einem zweiten Film 11B, der eine Druckdifferenz zwischen der
Vakuumkammer 2 und der Atmosphäre aushält. Dies ermöglicht es,
daß die Dicke des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters weiter
verringert wird. Ein He-Gas mit einem hohen
Röntgenstrahlungsdurchlaßgrad wird zwischen den zweiten Film 11B und einen
dritten Film 11C durch einen Gaseinlaß 35A in eine
Röntgenstrahlungsextraktionskammer 35 eingeleitet und von einem Gasauslaß
35B abgesaugt, um darin den gleichen Druck wie Atmosphärendruck
zu schaffen. Dies ermöglicht es, daß der dritte Film 11C dünn
ist. Deshalb wird Röntgenstrahlung, die in eine Atmosphäre mit
dem gleichen Druck wie Atmosphärendruck extrahiert wird,
lediglich mit leichter Schwächung ihrer Intensität auf eine Maske 12
eingestrahlt.
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Bei dieser Ausführungsform könnte ein Maskenmuster von 0.3
um Breite auf einen Wafer vervielfältigt werden, wenn die
Plasmaachse hinter einem Winkel von 10º gegenüber der
Normalenrichtung des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters geneigt war und
der Abstand zwischen der Maske und dem Wafer auf 15 um gesetzt
war.
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Wie oben beschrieben, können gemäß der vorliegenden
Erfindung folgende Vorteile erhalten werden.
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Die Reflexion hochenergetischer Teilchen von der oberen
Elektrode während des Kollapses des Plasmas wird durch
Verwendung der Hohlelektrode verringert, so daß eine hohe Effizienz
der Röntgenstrahlungsextraktion und eine verlängerte
Lebensdauer des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters erhalten werden
können. Der Elektrodenverlust kann durch Verwendung eines
Paares von Hohlelektroden verringert werden. Da die Absaugung
eines Überschußgases nach der Entladung durch Verwendung des
hohlen Abschnitts der Hohlelektrode durchgeführt werden kann,
kann die Entladungsstabilität während eines
Hochfrequenzbetriebs verbessert werden.
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Die Beschädigung des Röntgenstrahlungsextraktionsfensters
kann weitgehend verringert werden, indem die Mittelachse dem
Plasmas relativ zur senkrechten Richtung geneigt wird, während
Röntgenstrahlung senkrecht nach unten extrahiert werden.
Demgemäß kann ein Röntgenstrahlungsextraktionsfenster mit einer
groben Fläche und einem hohen Röntgenstrahlungsdurchlaßgrad
verwendet werden.
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Die Dreifachfilmstruktur des
Röntgenstrahlungsextraktionsfensters ermöglicht es, daß die Dicke der Filme aufgrund von
jeweils von ihnen geleisteten Funktionen dünn ist, so daß
Röntgenstrahlung effektiv extrahiert werden kann.
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Die Vervielfältigung von Mustern in der Größenordnung von
Submikrons ist möglich, da Röntgenstrahlung von einer
Röntgenstrahlungsquelle mit einem kleinen Durchmesser extrahiert
werden kann.
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Die Röntgenstrahlungsquelle des Gasinjektionstyps wird
dank der vorliegenden Erfindung in der Praxis verwendbar. Somit
kann ein mindestens 10 mal so hoher Durchsatz wie derjenige
bei der herkömmlichen Röntgenstrahlungsquelle des
Elektronenanregungstyps erlangt werden.
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Die Röntgenstrahlungsquelle gemäß der vorliegenden
Erfindung kann nicht nur in einem Röntgenlithographiegerät zur
Herstellung integrierter Schaltkreise, sondern auch in einem
Röntgenstrahlungsanalysator, einem Röntgenmikroskop, einem
chemischen Reaktor, der Röntgenstrahlungsanregung verwendet, einem
Filmbildungsgerät, das Röntgenstrahlungsanregung verwendet, und
einem Ätzgerät, das Röntgenstrahlungsanregung verwendet, um
Miniaturisierung jedes Geräts oder Förderung irgendeiner
Reaktion zu erhalten, verwendet werden.