JPH0125221B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、１ミクロン程度の微細パターンを複
写できるＸ線リングラフイの分野における軟Ｘ線
露光装置に関するものである。

1972年に発行された刊行物エレクトロニクス・
レターズ（ELECTRONICS LETTERS）第８
巻、第４号、102頁〜104頁に軟Ｘ線を用いた高解
像度パターンの複写についての報告以来、Ｘ線リ
ソグラフイに関する研究開発がなされてきた。そ
の従来技術に概略を第１図に示す。例えば1975年
に発行された刊行物アイトリプルイー・トランザ
クシヨンズ・オン・エレクトロン・デバイツイズ
（IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON
DEVICES）、第ED‐22巻、第７号、429頁〜433
頁に、または特許出願公告昭51−41551軟Ｘ線リ
ソグラフイの方法及びその装置に同様の図が載つ
ている。金属の固定あるいは回転ターゲツト１１
に電子ムービ１２を当てて、例えば下方に励起さ
れた軟Ｘ線１３がマスク１４及びレジストの塗布
された基板１５より成る試料に当たりマスク上の
パターンを基板上に複写する。10^-6Torr程度の
高真空の管球部１６と10^-2Torr程度の低真空ま
たは軟Ｘ線の滅衰の少ないHeガス1Torr程度の
試料室１７とは窓部１８で分離されている。１９
は管球部の高真空排気、２０は試料室の低真空排
気あるいはHeガス置換を示している。

Ｘ線リソグラフイは、１）用いられる波長が数
〜数十オングストロームのいわゆる軟Ｘ線の領域
であるため、本質的に回折、反射の問題がなく、
１ミクロン程度の微細パターンの作成に適してい
る、２）マスクまたは基板上のごみやほこりをＸ
線が透過するため、これらの影響がない、３）Ｘ
線露光システムとしては構造的に単純であり、電
子ビーム露光システムと比べて比較的廉化である
等の特徴を有している。このような種々長所を有
していながら、軟Ｘ線露光装置としての研究開発
の状況は今一つ渋滞の感を免れ難い。この点に関
する一つの重要な要因は、比較的廉化で容易に入
手できる実用的な軟Ｘ線源がないことにある。初
期のころ基礎研究用として固定の金属ターゲツト
に電子ビームを照射し軟Ｘ線を発生させる方法が
用いられたが、この方法では固定金属ターゲツト
の冷却効率が悪く励起電子ビーム出力を大きく出
来ないので得られる軟Ｘ線の強度は極めて小さく
実用的ではない。ここ数年、水冷回転ターゲツト
を用いた10〜20KWの高出力軟Ｘ線源が開発され
用いられている。ところが回転ターゲツトは１分
間に6000回転以上の高速回転をするため、モータ
ーなどの回転子によつて引き起こされる振動が大
きく、設置されたマスク及び基板の位置ずれある
いは複写パターンの精度に強く影響を与えるマス
クと基板の間隙の変動を生じる懸念がある。また
10KWの水冷回転ターゲツトの使用の経験から、
１）回転ターゲツトの回転部はオイルシールによ
つて高真空密閉が施されているが、高速回転のた
めオイルシール部分が摩耗、破損しやすい、２）
管球内部へのオイルガスの混入等によつて引き起
こされる管球内部の真空の清浄度の低下によつて
異常放電が発生しやすい、３）ターゲツト表面の
微小焦点に極めて高出力な電子ビームが照射され
るため表面汚染、ガスの空沸等が生じやすく、結
果として異常放電が発生しやすい等の問題があ
る。通常の装置では管球内部で異常放電が起こる
と保安機構が働いて電源停止となり、その場合例
えば電圧20KV、電流500mAの再設定には数十分
の時間を要する。また一度異常放電が起こると放
電癖がつきやすく、その場合管球部の分解、清浄
化あるいは部品交換等の保守が必要である。この
ように水冷回転ターゲツトを用いれば高強度の軟
Ｘ線を得ることは出来るが、該回転ターゲツトは
長時間の安定動作に対して不安定であり、また保
守整備に要する労力が多く実用的には不向きであ
る。極めて高強度で平行性の高い軟Ｘ線が得られ
る装置としてシンクロトロン放射からのＸ線の放
射を利用することが考えられるが、当該装置は極
めて高価なので到底実用的ではない。

そこで本発明の目的は静止型の面軟Ｘ線源を特
徴とする実用的な軟Ｘ線露光装置を考え、その際
線源の構造上から生じる複写パターンの幾何学的
ひずみの解消法を提案することである。

本発明の特徴は、電子ビームを金属箔ターゲツ
トの裏型より照射して表側に透過してくる軟Ｘ線
でマスク及び基板から成る試料を露光し、前記試
料と前記金属箔ターゲツトとの間隔を数十〜数ミ
リメートルとし、前記金属箔ターゲツトは複数個
の軟Ｘ線源から成る静止型の面源である軟Ｘ線露
光装置において、前記試料は前記金属箔ターゲツ
トに内包される大きさとし、かつ該試料が該金属
箔ターゲツトに対して互いに直角方向の二方向に
移動する機構を設けたことである。次に本発明の
構成を図をもつて詳しく説明する。

本発明による一実施例が第２図に示されてい
る。電子ビーム発生部２１から発生したほぼ平行
な電子ビーム２２を金属箔ターゲツト２３の片側
（便宜上裏側とする）に照射する。前記ターゲツ
トの反対側（便宜上表側とする）に透過してくる
軟Ｘ線２４を使つてマスク２５及び基板２６から
成る試料を露光して、該マスク上の例えばAuの
吸収体パターン２７を該基板上のレジスト膜２８
に複写する。レジスト膜に入射する軟Ｘ線の強度
を増加するために、前記試料を前記ターゲツトに
数十〜数ミリメートルと出来るだけ接近させる構
成をとる。２９は電子ビーム発生のための高真空
排気を示している。仮に金属箔ターゲツト全面か
ら発生する軟Ｘ線が試料全面に入射するようにす
ると、極めて大きな斜め成分ガス入射して複写パ
ターンに大きな半影ぼけ及び幾何学的みずみが生
じるから適当な軟Ｘ線しやへい構造３０を設け
る。ぼけ及びひずみについて原理図第３図を用い
て説明する。例えばしやへい構造の開口の大きさ
をＧセンチメートル角、長さをｌセンチメート
ル、マスクと基板との間隙を５ミクロンとする
と、幾何学的ひずみ△ミクロン△＝ｓＧ／2lの程度 まで減少できる。またしやへい構造の開口の大き
さより小さな焦点を設ける。例えば一つの焦点の
大きさをｄセンチメートル角（ｄ＜Ｇ）とすると
半影ぼけδミクロンは線源と試料との距離をＤセ
ンチメートルとしてδ＝ｓｄ／Ｄ程度まで減少でき る。このような構造にした場合、金属箔ターゲツ
トは第４図のように複数個の軟Ｘ線発生源４１か
ら成る。

ぼけδ及びひずみ△についてさらに考察する。
第３図から分かるようにぼけδは各個軟Ｘ線発生
源の焦点の大きさが同じで試料を線源に接近させ
て置いた場合、試料のどの位置でも同じ値とな
る。ところがひずみ△は一つのＧセンチメートル
角の軟Ｘ線発生源を単位として周期的に変動する
値をとる。例えばＧ＝２cm、ｌ＝2.5cm、ｓ＝
0.5μmとすると一つのＧセンチメートル角のなか
での△の最大値は△＝ｓＧ／2l＝0.2μmであり、△ の値の範囲は０△0.2μmである。これが前記
各軟Ｘ線発生源の直近下の試料の複写パターンに
繰返し発生する。1μm程度あるいは1μm以下の微
細パターンの複写において、この幾何学的ひずみ
△の２センチメートル角程度の小区画内での周期
的発生は特に多数の目合わせ工程を含むデバイス
の製作において重要な問題である。

そこで本発明ではマスク及び基板から成る試料
を透過型金属箔ターゲツトに対して互いに直角方
向の二方向に移動する機構をもたせる。再び第３
図を用いて説明する。該図で仮に前記試料をｘ方
向に移動すると△＝ｓｘ／2lのｘが０ｘＧの範 囲で変動し、平均的に△は零にすることができ
る。ｘ方向の試料の移動で△のｘ方向成分を解消
できるから、さらにｘ方向に対して直角をなすｙ
方向にも試料を移動すれば、△のｙ方向成分も解
消できることになり、結局△をすべて解消できる
ことになる。このとき重要なことは試料が各個軟
Ｘ線発生源の焦点部の真下を通過することであ
り、この意味で本発明の面源の場合試料の移動に
よつて何回となく焦点部の下を容易に通過するこ
とができる。また当該面源は、広範囲の面積にお
いて軟Ｘ線の強度分布がほぼ一様であると言うこ
とができ前述のような試料の移動機構を設けるの
により容易かつ有利な線源であると言える。

第５図は本発明の一実施例である。透過型面源
５１に対してｘ方向に並んだ試料５２を△ｘ→△
ｙ→△ｘ→△ｙと交互にステツプ移動で動かす。
ｃの状態になつたら△ｙの方向を逆にして同様の
ことを繰返す。このようにすれば連続的にひずみ
△を解消しながら試料の連続的処理が可能であ
る。移動の際重要なことは試料をｘ方向、ｙ方向
同時に連続移動してはならないということであ
る。このようにすると結局試料は斜一方向に移動
してしまいすべての方向の△を解消することはで
きない。第５図で試料の大きさが面源の大きさよ
り小さいが、このことは本発明の一つの要点であ
る。すなわち試料の大きさを面源に内包される大
きさにすることによつて、試料全面への露光を断
続しながら試料を互いに直角をなす二方向への移
動が可能であり、また大面積の面源の特徴を有利
に利用することができる。第５図で試料を移動す
るかわりに面源すなわち線源系全体を動かしても
効果は同じである。試料の移動と相対的な線源の
移動は本発明の範囲内であり、後述の実施例でも
同様である。

本発明の効果について述べる。第一に本発明は
静止型の面軟Ｘ線源に試料を接近させて軟Ｘ線の
強度を増加させることを一つの特徴としており、
この意味で回転ターゲツト使用にまつわる種々の
保守整備は不用であり実用的装置と言える。第二
に本発明の試料の面源に対する互いに直角方向の
二方向への移動機構の具備によつて線源の構造上
から生じる複写パターンの幾何学的ひずみを解消
でき、１ミクロン程度あるいは１ミクロン以下の
微細パターンの複写さらに最も重要な多数の目合
わせ工程を含むデバイスの製作に有利である。第
三に本発明の試料の大きさを面源に内包される大
きさにしたことにより、試料の多数枚連続処理が
可能となり、このことは微細パターン複写システ
ムにとつて最も重要な課題である生産性の向上に
つながる。第四に通常の点源としての回転ターゲ
ツト使用の場合より露光時間の意味でより効率を
上げることができる。第四の点に関して具体的に
説明する。初めに本発明における基板面積１平方
センチメートル当りの軟Ｘ線の入射エネルギーを
求める。20センチメートル角の面源において、厚
さ３ミクロンのA₁膜と厚さ25ミクロンのBe箔の
二層構造ターゲツト考える。第３図で、Ｇ＝2.0
cm、ｌ＝2.5cm、ｄ＝1.12cm、Ｄ＝2.8cm、ｓ＝
0.5μm、面源全面積への全電子ビーム出力を5kW
（加速電圧20kV、ビーム電流250mA）とする。
1975年に発行された刊行物アイトリプルイー・ト
ランザクシヨンズ・オン・エレクトロン・デバイ
ツイズ（IEEE TRANSACTIONS ON
ELECTRON DEVICES）、第ED‐22巻、第７
号、421頁〜428頁によると加速電圧20kVのとき
のA₁ターゲツトからの単位入力1W当り、単位立
体角当り特性Ｘ線（波長8.34オングストローム）
の放射出力は58×10^-6Wである。この値に、面源
の一開口（２センチメートル角）当りの電子ビー
ム出力50W、３ミクロン厚のA₁膜において１ミ
クロン位電子ビームが浸透するとして１ミクロン
厚のA₁膜での透過率0.9，25ミクロン厚での透過
率で0.4、３ミクロン厚のポリイミドマスクでの
透過率0.708、電子ビームが一開口の焦点部に照
射される割合0.314＝（＝（ｄ／Ｇ）²）、基板１平方セ ンチメートルの占める立体角0.128（＝１／（2.8）²）
、 及び軟Ｘ線が約１気圧、長さ2.8センチメートル
のHeガス中を通過する際の透過率0.985を掛ける
と、基板の単位面積当りの照射入力約30μW／cm²
が得られる。次に通常の回転ターゲツトを用いた
場合について考察する。有効軟Ｘ線照射域として
20センチメートル角相当の大口径領域る得ること
が条件である。直径４ミリメートルの点源から７
センチメートルの位置に厚さ50ミクロン、直径
3.5センチメートルのBe窓（１気圧程度の耐圧強
度を有する直径3.5センチメートルの大口径窓の
場合、実用的には50ミクロン位の厚さが必要であ
る）を設ければ、点源からの距離45センチメート
ル位の位置で直径20センチメートルの有効径を得
ることができる。この位置に基板を置いた場合の
基板の単位面積当りの軟Ｘ線の入射エネルギーを
求める。前述の58×10^-6Wの値に、電子ビーム出
力5kW、Be窓での透過率0.164、３ミクロン厚ポ
リイミドマスクでの透過率0.708、基板１平方セ
ンチメートルの占める立体角4.94×10^-4（＝
１／（45）²）、及び38センチメートルのHeガス中を通 過する際の透過率0.815を掛けると、基板の単位
面積当りの照射入力約14μW／cm²が得られる。従
つて面源の場合の方が２倍強の値を示している。
露光時間は照射入力に反比例するから、面源使用
の場合の方が点源としての回転ターゲツト使用の
場合より露光時間の意味で効率を上げることがで
きる。

第６図は本発明の他の実施例である。透過型面
源６１に対してｘ方向に二列に並んだ試料を最初
ｙ方向に連続移動する。次に試料６２を90゜回転
させ逆ｙ方向に連続移動する。このようにするこ
とによつて等価的に試料を面源に対して互いに直
角の二方向に移動することと同じ効果が得られ
る。しかもこの場合は面源の全面積を有効に利用
できることになり、生産性の一層の向上が期待で
きる。第６図において試料を移動するかわりに面
源すなわち線源系全体をｙ方向に上下移動しても
効果は同じである。

第７図は本発明の他の実施例である。透過型面
源７１に対してｙ方向に一列に並んだ試料７２を
往路上ｙ方向に連続移動して、復路にもどすとき
試料を90゜回転して逆ｙ方向に連続移動する。こ
のようにすることによつて第６図で述べたことと
同様の効果が得られる。

以上説明したように、本発明によれば実用的な
静止型の透過型面軟Ｘ線源を用い、複写パターン
を幾何学的ひずみを解消でき、生産性の向上を実
現でき、さらに高効率な軟Ｘ線露光装置を得るこ
とができる。なお以上の説明においてターゲツト
材質はA₁の場合について説明したが、他の材質
例えばCu，Si，Mo，Rh，Pd等のＸ線リソグラ
フイ用のターゲツト材質についても本発明は同等
の効果を発揮する。また面源に対する試料の移動
は互いに直角をなす任意の二方向でも効果は同じ
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方式による軟Ｘ線露装置の構式図
であり、同図において、１１……固定あるいは回
転ターゲツト、１２……電子ビーム、１３……軟
Ｘ線、１４……マスク、１５……基板、１６……
管球部、１７……試料室、１８……窓部、１９…
…高真空排気部、２０……低真空排気部あるいは
He置換部である。 第２図は本発明による軟Ｘ線露光装置の一実施
例を示す模式図であり、同図において、２１……
電子ビーム発生部、２２……平行電子ビーム、２
３……金属箔ターゲツト、２４……軟Ｘ線、２５
……マスク、２６……基板、２７……吸収体パタ
ーン、２８……レジスト膜、２９……高真空排気
部、３０……軟Ｘ線しやへい構造である。 第３図は半影ぼけδ、幾何学的ひずみ△の原理
図である。 第４図は透過型面源の模式図（上面図）であり
同図において、４１……軟Ｘ線発生源である。 第５図は本発明の一実施例であり、同図におい
て、５１……透過型面源、５２……試料である。 第６図は本発明の他の実施例であり、同図にお
いて、６１……透過型面源、６２……試料であ
る。 第７図は本発明の他の実施例であり、同図にお
いて、７１……透過型面源、７２……試料であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子ビーム発生部、金属箔ターゲツト及び真
   空排気系とを含み、前記電子ビーム発生部から発
   生した電子ビームを前記金属箔ターゲツトの裏側
   より照射して表側に透過してくる軟Ｘ線でマスク
   及び基板から成る試料を露光し、前記試料と前記
   金属箔ターゲツトとの間隔を数十〜数ミリメート
   ルとし、前記金属箔ターゲツトは軟Ｘ線しやへい
   構造を有する複数個の軟Ｘ線発生源を有し、前記
   金属箔ターゲツトの裏側のほぼ全面に電子ビーム
   を照射して表側のほぼ全面から放射される軟Ｘ線
   を利用する面源を有する軟Ｘ線露光装置であつ
   て、前記試料は前記金属箔ターゲツトに内包され
   る大きさを有し、かつ該試料が該金属箔ターゲツ
   トに対して互いに直角方向の二方向それぞれ時間
   的に重ならないように相対的に移動する機構を有
   することを特徴とする軟Ｘ線露光装置。