JPS61163547A - Ｘ線取り出し窓 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、真空中でプラズマを形成し、このプラズマか
ら発生する軟Ｘ線を所望の雰囲気中に取りだすＸ線取り
出し窓に関するものである。

〔従来の技術〕

従来からよく知られている軟Ｘ線を利用した加工技術と
して、微細、高精度なパターンを軟Ｘ線を利用して転写
するＸ線露光法がある。軟Ｘ線を放出するＸ線露光装置
のＸ線源としては、アルミニウム、　ｉＰＩ、モリブデ
ン、シリコン、パラジウム等の金属に電子線を照射して
Ｘ線を発生させる電子線励起方式が用いられていたが、
Ｘ線発生効率が０．０１％程度と低く、Ｘ線源の高出力
化が望めないため、生産性が低いという問題があった。

、これに比べＸｖＡ発生効率が高く高出力のＸ線が得ら
れるプラズマＸ線源が注目されている。プラズマＸ線源
には、細管放電、レーザ励起、プラズマフォーカス、ガ
ス注入型放電等によるものかあり、Ｘ線発生効率、出力
安定性等からガス注入型放電が有力である。

第９図に従来のＸ線取り出し窓を適用したガス注入型放
電装置を示す。第９図において、１は真空室、２は真空
ポンプ、３はガス溜め、４はピストン、５は上部電極、
６は下部電極、７はピンチしたプラズマ、８は発生した
ＸｖＡ、９は粒子群、１０はＸ線取り出し窓、１）はマ
スク、１２はウェハ、１３はコンデンサ、１４は放電ス
イッチ、■５は高速開閉ガスバルブ、１６はガス塊、１
７は絶縁体である。

次に、このように構成された装置の動作について説明す
る。ガス注入放電を起こすには、まず、高速ガスバルブ
１５中のピストン４を高速に駆動し、瞬時にガス溜め３
のガスを真空中に噴射して真空中に対向した上部電極５
と下部電極６との間にガス塊１６を形成する。つぎに放
電スイッチ１４を閉じて、充電されたコンデンサ１３に
より電極５，６間に電圧を印加し、ガス塊１６を放電で
電離し、円柱状のプラズマを生成させる。さらに円柱状
プラズマの中心軸方向に沿って流れる電流の作る磁場の
圧力で、上記のプラズマを自己収束させ、プラズマを圧
縮して高温、高密度のプラズマを生成する。この高密度
プラズマ中のイオンと電子の相互作用でＸ線を発生させ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような高温、高密度プラズマからはＸ線のほかに光
等の電磁波、イオン、電子、高温ガス等が放出され、ベ
リリウム等を材料とするＸ線取り出し窓１０に損傷を与
える。とくに、ガス塊１６がプラズマ化され、電極５，
６の中心軸のプラズマ７が形成されるとき、プラズマの
中心軸方向には、高エネルギーのイオン、電子等の粒子
群９が大量に放射される。この粒子群９の影響を避ける
ため、Ｘ線取り出し窓１０．マスク１）．ウェハ１２等
はピンチしたプラズマ７の径方向へ設置してパターン転
写を行なっていた。第１Ｏ図にＸ線源の径方向から見た
Ｘ線ピンホール写真を図形化したものを示す。このよう
な径方向でマスク１）、ウェハ１２の間隙を１０〜２０
μｍとしてプロキシミイティ露光を行なった場合、Ｘ線
源形状が直線状であるため、半影ぼけが大きくなり、微
細パターン転写は不可能であった。

軸方向露光については、Ｘ′４１Ａ源径が小さく半影ぼ
けが小さくなり、微細パターン転写に適するが、軸方向
に飛来する大きなエネルギーを持った粒子、光等による
Ｘ線取り出し窓１０の材料の損傷が大きい。このため、
Ｘ線取り出し窓１０の孔径を限定し、しかも、厚い取り
出し窓材を使用する必要があった。それゆえ、Ｘ線照射
領域が小さく、また、Ｘ線減衰も大きく、大面積での短
時間露光が困難であった。

〔問題点を解決するための手段〕

このような問題点を解決するために本発明は、Ｘ線透過
率の高い第１の膜を真空室中に設け、真空室とＸ線取り
出し室との圧力差に耐え得る第２の膜を真空室とＸ線取
り出し室とを隔てるように設け、Ｘ線取り出し室と使用
雰囲気との圧力差に耐え得るＸ線透過率が高い第３の膜
をＸ線取り出し室と使用雰囲気とを隔てるように設ける
こととしたものである。

〔作用〕

本発明においては、Ｘ線透過率の高い第１の膜は殆んど
圧力差を受けない。

〔実施例〕

本発明に係わるＸ線取り出し窓の一実施例をＸ線露光装
置に適用した場合を第１図に示す。第１図において、１
８はガスボンベ、１９は荷電粒子除去器、２０は磁界、
２１．２２および２３は第１、第２および第３の膜、２
４はＸ線取り出し室、５０は前取ってコンデンサ１３を
充電する充電電源、５１は放電スイッチ１４を制御する
高電圧パルス発生装置、５２は入力信号を遅延する遅延
パルサ、５３はプラズマの発生を制御する信号発生装置
、５４は高速開閉ガスバルブ１５のピストン４を駆動す
る電源であり、第１の膜２１．第２の膜２２および第３
の膜２３はＸ線取り出し窓を構成する。第１図において
第９図と同一部分又は相当部分には同一符号が付しであ
る。

このように構成された装置の動作について説明する。ま
ず、真空室１を真空ポンプ２により１０−４〜１（Ｉ’
Ｔｏｒｒ程度まで排気し、ガスボンベ１８からネオンや
クリプトン等の放電ガスを高速開閉ガスバルブ１５へ導
入しておく。つぎに充電電源５０によりコンデンサ１３
を充電した後、信号発生装Ｗ、５３の信号により高速開
閉ガスバルブ１５の電源５４を動作させ、高速開閉ガス
バルブ１５のピストン４を駆動し、高電圧が印加される
上部電極５と対向する下部電極６との間にガス塊１６を
形成する。同時に、信号発生装置５３の信号は、電極５
．６間に放電ガスが注入される時間と放電開始の時間と
が一致するように設定された遅延パルサ５２を通って、
高電圧パルス発生装置５Ｉに入力され、高電圧パルスで
放電スイッチ１４を動作させ、絶縁体１７で絶縁されて
いる電極５．６間に高電圧を印加し、ガス塊１６によっ
て放電させる。ガスは放電によりプラズマ化し、プラズ
マを流れる電流が作る磁場とプラズマ中のイオン、電子
の相互作用によりプラズマの中心方向へ収束し、電極５
．６の中心軸上で高温、高密度プラズマとなり、Ｘ線８
が放射される。

パターン転写を行なうには、プラズマから放射されるＸ
線８をプラズマの中心軸方向に設けられた荷電粒子除去
器１９．荷電粒子除去器１９から漏れてくる中性粒子を
除去する第１の膜２１．真空を保持する第２の膜２２．
ヘリウム等のガスで満たされたＸ線取り出し室２４．Ｘ
線取り出し室２４と大気とを隔てる第３の膜２３を通っ
て大気中に取り出し、大気中の所定の位置に設置された
マスク１）を通してレジストを塗布したウェハ１２に照
射する。

第２図は電極５，６周辺の詳細図である。電極５．６間
でピンチしたプラズマからはＸ線８の他に高密度プラズ
マの崩壊過程で生ずるイオン、電子、高温ガス等が発生
する。とくにプラズマの中心軸方向には、大きなエネル
ギーをもったイオンや電子が放出される。

第３図はＸ線取り出し室２４周辺の詳細図である。第３
図において、２５はガス導入孔、２６はガス排気孔、２
７はフランジ、２８は０リング、２９は水冷パイプであ
る。プラズマの中心軸方向に放出されたイオンや電子、
すなわち、粒子群９は荷電粒子除去器１９により形成さ
れる磁界２０の磁力作用により曲げられる。

第３図に示すＸｗＡ取り出し室２４は真空室１にねじｌ
ヒめ固定され、他方の端は、厚さ１μｍのポリプロピレ
ン膜から成る第３の膜２３が接着されている。Ｘ＆１）
取り出し室２４の第３の膜２３近傍には１〜数個のガス
排気孔２６があり、さらに、真空室ｌの取付部側にはガ
ス導入孔２５を有している。Ｘ線取り出し室２４には、
フランジ２７が備えられており、０リング２８を用いて
真空室１に取りつけることができる。したがって、ｘｖ
Ａ取り出し室２４は独立した空間となる。この状態でガ
ス導入孔２５からＸ線透過率の高いヘリウムガスをＸ線
取り出し室２４内に導入する。導入ガスの圧力とＸ線取
り出し室２４内の圧力差に応じて、導入ガスと空気の混
合物がガス排気孔２６から排出される。ヘリウムガスの
比重は空気の比重よりモ小すイノテ、ヘリウムガスは、
Ｘ線取り出し室２４の上部から徐々に空気と置き換わり
、最終的にはＸ線取り出し室２４の内部は純度の高いヘ
リウムガスで満たされる。このようにＸ線取り出し室２
４には空気より軽いヘリウムガスを少量づつ注入でき、
ガス注入した体積の余分なガスは排出される構造となっ
ているため、特別の装置をもちいることなく、容易に室
内に高純度のガスを充填できると同時に室内と大気とを
仕切る第３の膜２３へ作用する圧力をほとんど零にでき
るので、１μｍ以下の非常に薄い膜にすることが可能で
ある。

第４図は、プラズマの中心軸方向にファラデーカップを
置いたときに発生する起電力から荷電粒子除去器１９の
設置効果を調べたものである。第４図（ａｌは荷電粒子
除去器１９のない場合、（ｂ）、は荷電粒子除去器１９
のある場合である。荷電粒子除去器１９のない場合は多
量の電子が計測されているが、荷電粒子除去器１９を設
置することにより殆んど除去されている。しかし、プラ
ズマからは磁界の影響を受けない中性粒子や真空紫外光
が発生しており、これらがＸ線取り出し窓に当たって窓
に損傷を与えることは十分考えられる。とくに、単層の
Ｘ線取り出し窓では、真空室と大気との圧力差が窓材に
圧力として加わった状態となるので、プラズマからの中
性粒子等が当たると損傷が起こりやすくなる。そこで、
プラズマからの中性粒子群を除く第１の膜２１と真空シ
ールをする第２のＷ！２２とを分離し、中性粒子群を除
く膜には比較的耐熱性の高い膜を使用し、全体としてＸ
線透過率の高いｘＳｓ取り出し窓としている。

第５図は第１の膜２１．第２の膜２２周辺の詳細図であ
る。第５図において、３０は第１の膜２１を固定するた
めのシリコンフレーム、３１はシリコンフレーム３０を
固定する固定板、３２は中性粒子を除去する第１の膜２
１が取り付けであるシリコンフレーム３０と固定板３１
を真空室１に固定する固定金具である。中性粒子群を除
去するためのＳｉＣから成る第１の膜２１は、シリコン
基板上にプラズマ付着法により膜厚１〜２μｍを形成し
、シリコン基板の裏面を水酸化カリウムなどのエツチン
グ液で除去して１〜２μｍ程度の薄膜を形成することに
より作られる。ＳｉＣ膜は、引張強度が３５０ｋｇ／ｍ
ｍ”以上と強く、融点も２０００℃以上であるため、プ
ラズマからの熱的なダメージに対しても強く、波長１２
人の軟Ｘ線に対し厚さ１μｍでＸｗＡ透過透過率６稈ら
れる。さらに、第６図に示すように、波長２μｍ以下で
の光の透過率が急激に減少しているため、プラズマから
発生する紫外光についてもほとんど第１の膜２１で除去
され、真空保持用の第２の膜２２に影響を及ぼすことは
少ない。また第３図に示すように、第１の膜２１のごく
近傍に水冷パイプ２９を設けており、第１の膜２１に当
たる粒子群９１強力な紫外光等による第１の膜２１の温
度上昇を緩和する。第５図に示すように、固定板３１に
は幅１ｍｍ，深さ１ｍｍ程度の真空排気溝３３があり、
第１の膜２１と真空保持用の第２の膜２２の空間を真空
に引ける構造になっている。本実施例では第１の膜とし
てＳｉＣを使用したが、ベリリウム、アルミニウム、チ
タン等の金属膜、炭素，Ｓｉ−Ｎ，Ｓｉ＊Ｎｎ，ＳｉＣ
，ＢＮ等の無機膜、ポリイミド等の有機膜、あるいは、
これらの複合膜でもよい。

第５図に示す厚さ１０μｍのへリリウムから成る真空保
持用筆２の膜２２は、円環３４．メツシュ３５に接着等
により気密固定されている。真空保持用の第２の膜２２
は、円環３４ヒに張られた太さ５０μｍの金属線から成
るメツシュ３５で補強されており、円環３４は接着等で
固定金具３２に気密固定されている。このように補強さ
れた真空保持用の第２の膜２２は１気圧の圧力差に十分
耐え得る。メツシュ３５による影は、ピンチプラズマ７
、すなわち、Ｘ線源からメソシュ３５までの距離りとメ
ツシュ３５からウェハ１２までの距離Ｓの比が比較的大
きいためにＸ線源径を２ｒとした半影ぼけδ＝２ｒＳ／
Ｄが大きくなり、はとんど無視することができる。本実
施例では真空保持用の第２の膜２２にベリリウム膜を用
いたが、アルミニウム、チタン等の金属薄膜、炭素，Ｓ
ｉ−　Ｎ　、　　Ｓ　ｉ　：ｌ　Ｎ　ａ　、　　Ｓ　ｉ
　Ｃ　、　Ｂ　Ｎ等の無機膜、ポリプロピレン、マイラ
ー、ポリイミド等の有機膜、・あるいは、これらの複合
膜でも十分使用できる。

このように真空保持用の第２の膜２２はメソシュ３５に
より補強されているため、膜を薄膜化できると同時に大
面積化することが可能である。

第７図に第１の膜の他の実施例を示す。これは、水冷機
構を除いて膜に移動機構を設けた場合の例である。第７
図において、４０は厚さ１μｍのテープ状のアルミニウ
ムから成る第１の膜、４１は第１の膜４０が巻かれたボ
ビン、４２は第１の膜４０を巻き取る巻き取り用ボビン
、４３は巻き取り用ボビン４２を回転させる駆動棒、４
４は駆動棒４３を回転させる駆動用モータである。これ
を動作させるためには、あらかじめボビン４１に膜４０
を巻いておき、その他端を巻き取り用ボビン４２に巻き
、モータ４４により駆動棒４３を回転させ巻き取ること
により膜４０を移動させる。駆動棒４３を軸シールを用
いて真空室外に取り出せば、外部から駆動することもで
きる。この実施例はこのような構造になっているため、
プラズマからの強力な光、中性粒子等でわずかづつ撰傷
を受けたり、電極５，６からの飛散物が膜４０上に付着
しても、膜４０を巻き取り移動させることにより、新し
い膜面が得られるため、Ｘ線透過率を変化させることな
く、安定したＸ線が得られる。

また、第８図に示すように、シリコン基板４５上にプラ
ズマ付着法で第１の膜としてのＳｉＣ膜４６を形成し、
複数個の窓を持つようにしてシリコン基板４５の裏面を
水酸化カリウムなどのエツチング液で除去する。このよ
うにして１枚のシリコン基板４５上に複数個のＳｉＣ膜
を形成する。

このＳｉＣ膜を、第７図に示す第１の膜４０の場合と同
様に、移動機構を設けて移動するようにし、電極５．６
からの飛散物が膜上に付着したときに別のＳｉＣ膜に移
動して使用するようにすれば、膜面ば常に良好な状態に
保たれるので、ＸＮＩＡ透過率を変化させることなく、
安定したＸ線が得られる。

以上説明したような三重構造のＸ線取り出し窓を採用す
ることにより、中性粒子除去用の第１の膜２１．真空保
持用の第２の膜２２．第３の膜２３が薄膜化できるため
、結果的にＸ線透過率を高くすることができる。たとえ
ば、本実施例において、ネオンガス放電により得られる
波長９〜１３人の軟Ｘ線のＸｖＡ透過率は、第１の膜厚
を５ｉＣ１μｍ、第２の膜厚１０μｍ、ヘリウムガス４
ｃｍ、第３の膜厚１μｍとすれば、１８％であり、露光
面積も２０ｍｍＸ　２Ｑｍｍ以上が得られ、ベリリウム
膜の厚さ２５μｍの単一のＸ線取り出し窓のＸ線透過率
８％より高いＸ線透過率が得られる。本実施例において
は、プラズマの中心軸方向に三重構造のＸ線取り出し窓
を設けたが、プラズマの中心軸方向と一定の角度をもっ
て設置することもできる。また、本発明はプラズマＸ線
源を対象に説明したが、電子線励起Ｘ線源に本発明のＸ
線取り出し窓を取りつけることが可能であり、プラズマ
Ｘ線源の場合と同様の効果が得られる。このほか、本発
明のＸ線取り出し窓は、大面積で高効率にＸ線取り出し
を必要とするＸ線分析装置。

Ｘ線顕微鏡、Ｘ線励起による化学反応装置、　ｘｖＡ励
起を利用する膜形成装置、ならびにＸ線励起を利用する
エツチング装置に適用しても同様な効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、Ｘ線透過率の高い第１の
膜を真空室中に設け、真空室とＸ線取り出し室との圧力
差に耐え得る第２の膜を真空室とＸ線取り出し室とを隔
てるように設け、Ｘ線取り出し室と使用雰囲気との圧力
差に耐え得るＸ線透過率が高い第３の膜をＸ線取り出し
室と使用雰囲気とを隔てるように設けて三重構造のＸ線
取り出し窓とすることにより、中性粒子や強力な紫外光
を第１の膜により完全に除去できるようにしたので、Ｘ
線透過率の高いＸ線取り出し窓が得られ、ｘＢ源の小さ
いプラズマの中心軸方向のプロキシイミティ露光で高速
かつ大面積のサブミクロン転写が可能となる効果がある
。また、第２の膜と第３の膜との間にヘリウムガスを満
たすことができ、長波長のＸ線源でも大気中露光が可能
となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるＸ線取り出し窓の一実施例を適
用したＸ線露光装置を示す構造図、第２図、第３図はそ
の一部拡大図、第４図は荷電粒子除去器の効果を説明す
るための特性図、第５図はＸ線取り出し窓の構造を説明
するための一部拡大図、第６図は第１の膜の透過率を示
す特性図、第７図は第１の膜の他の実施例を示す構造図
、第８図は第１の膜のさらに他の実施例を示す平面図、
第９図は従来のＸｖＡ取り出し窓が適用されたガス注入
型放電装置を示す構造図、第１Ｏ図はそのＸ線投射図で
ある。 １・・・・真空室、２・・・・真空ポンプ、３・・・・
ガス溜め、４・・・・ピストン、５・・・・上部電極、
６・・・・下部電極、７・・・・プラズマ、８・・・・
Ｘ線、９・・・・粒子群、１０・・・・ＸｖＡ取り出し
窓、１）・・・・マスク、１２・・・・ウェハ、１３・
・・・コンデンサ、１４・・・・放電スイッチ、１５・
・・・高速開閉ガスバルブ、１６・・・・ガス塊、１７
・・・・絶縁体、１８・・・・ガスボンベ、１９・・・
・荷電粒子除去器、２０・・・・磁界、２１．４０．４
６・・・・第１の膜、２２・・・・第２の膜、２３・・
・・第３の膜、２４・・・・Ｘ線取り出し室、２５・・
・・ガス導入孔、２６・・・・ガス排気孔、２７・・・
・フランジ、２８・・・・Ｏリング、２９・・・・水冷
パイプ、３０・・・・シリコンフレーム、３１・・・・
固定板、３２・・・・固定金具、３３・・・・真空排気
溝、３４・・・・円環、３５・・・・メツシュ、４１・
・・・ボビン、４２・・・・巻き取り用ボビン、４３・
・・・駆動棒、４４・・・・モータ、５０・・・・充電
電源、５１・・・・高電圧パルス発生装置、５２・・・
・遅延パルサ、５３・・・・信号発生装置、５４・・・
・電源。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空室中でプラズマを形成し、このプラズマから
   発生するＸ線を使用雰囲気中に取り出すＸ線取り出し窓
   において、Ｘ線透過率の高い第１の膜を前記真空室中に
   設け、Ｘ線透過率の高い気体を満たしたＸ線取り出し室
   と前記真空室との圧力差に耐え得る第２の膜を前記真空
   室とＸ線取り出し室とを隔てるように設け、前記Ｘ線取
   り出し室と使用雰囲気との圧力差に耐え得るＸ線透過率
   が高い第３の膜を前記Ｘ線取り出し室と使用雰囲気とを
   隔てるように設けて三重構造としたことを特徴とするＸ
   線取り出し窓。
2. （２）第１の膜は、水冷パイプにより冷却されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線取り出し窓
   。
3. （３）第１の膜は、ベリリウム、アルミニウム、チタン
   等の金属薄膜、炭素、Ｓｉ−Ｎ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、Ｓｉ
   Ｃ、ＢＮ等の無機膜、ポリイミド等の有機膜、あるいは
   、これらの複合膜であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のＸ線取り出し窓。
4. （４）第２の膜は、ベリリウム、アルミニウム、チタン
   等の金属薄膜、炭素、Ｓｉ−Ｎ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、Ｓｉ
   Ｃ、ＢＮ等の無機膜、ポリプロピレン、マイラー、ポリ
   イミド等の有機膜、あるいは、これらの複合膜であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線取り出
   し窓。
5. （５）第２の膜は、金属メッシュ、炭素メッシュ、シリ
   コンメッシュ等の補強材を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のＸ線取り出し窓。
6. （６）第３の膜は、ベリリウム、アルミニウム、チタン
   等の金属薄膜、炭素、Ｓｉ−Ｎ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、Ｓｉ
   Ｃ、ＢＮ等の無機膜、ポリプロピレン、マイラー、ポリ
   イミド等の有機膜、あるいは、これらの複合膜であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線取り出
   し窓。
7. （７）第１の膜は、移動するテープであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のＸ線取り出し窓。