DE69031897T2

DE69031897T2 - Röntgenbelichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69031897T2
Application number: DE69031897T
Authority: DE
Inventors: Ryuichi C/O Canon Kabushiki Kaisha Ohta-Ku Tokyo Ebinuma; Yasuaki C/O Canon Kabushiki Kaisha Ohta-Ku Tokyo Fukuda; Noritaka C/O Canon Kabushiki Kaish Ohta-Ku Tokyo Mochizuki; Shinichiro C/O Canon Kabushiki Kaisha Ohta-Ku Tokyo Uno; Yutaka C/O Canon Kabushiki Kaisha Ohta-Ku Tokyo Watanabe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-10-19
Filing date: 1990-10-18
Publication date: 1998-05-07
Anticipated expiration: 2010-10-19
Also published as: EP0424134A2; EP0424134B1; EP0424134A3; DE69031897D1; US5123036A

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenbelichtungsvorrichtung zur Herstellung von Halbleiterelementen und zur Übertragung eines mit Muster versehenen Originals z.B. in Form eines Retikels auf ein Halbleitersubstrat z.B. in Form eines Wafers durch Verwendung einer Röntgenstrahlenquelle z.B. in Form einer Synchrotronumlaufquelle.
Bei einer solchen Röntgenbelichtungsvorrichtung, bei welcher eine Synchrotronumlaufquelle als Röntgenquelle verwendet wird, kann nur ein begrenzter Bereich des Originals belichtet werden, da das von der Synchrotronumlaufquelle emittierte Licht aus blattähnlichen, elektromagnetischen Wellen besteht, welche in Richtung parallel zur Elektronenumlaufebene einen großen Divergenzwinkel, dagegen in Richtung senkrecht zur Elektronenumlaufebene einen kleinen Divergenzwinkel haben, wenn das von der Synchrotronumlaufquelle emittierte Licht bezüglich der erwähnten senkrechten Richtung direkt auf ein Original gerichtet wird. Wenn eine Röntgenbelichtungsvorrichtung mit einer solchen Synchrotronumlaufquelle als Röntgenquelle verwendet wird, machen sich deshalb Maßnahmen zum Auseinanderziehen des Synchrotronlichtes (Röntgenstrahlen) in der senkrechten Richtung erforderlich.
Ein Beispiel zeigt Figur 1A, bei welchem ein Spiegel mit streifendem Einfall (Flachspiegel) 21 zwischen einer Synchrotronumlaufquelle und der Belichtungsfläche eines Wafers 22 angeordnet ist und der Spiegel 21 um einen Winkel von nur wenigen Millirad zum Schwingen gebracht wird, um das von der Synchrotronquelle emittierte Licht auseinanderzuziehen, wie im J.Vac.Sci Technol., B1 (4), 1983, S. 1271-1275 beschrieben. Ein zweites Beispiel zeigt Figur 1B, wobei der Spiegel 23, dessen Sektionsform durch eine Exponentialgleichung ausgedrückt werden kann, das von einer Synchrotronquelle emittierte Licht mit Gaußscher Verteilung bezüglich der senkrechten Richtung auseinanderzieht und auch die Intensitätsverteilung gleichmäßig macht, wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 60-226122 offenbart. Bei dem in Figur 1A dargestellten ersten Beispiel zeigt das rechts dargestellte Diagramm die Intensitätsverteilung der Röntgenstrahlen, die von dem auf einen Wafer aufgebrachten Resist absorbiert wurden. Bei dem in Figur 1B dargestellten zweiten Beispiel zeigt das rechts dargestellte Diagramm die Intensitätsverteilung der Röntgenstrahlen auf der Maskenoberfläche.
Bei dem beschriebenen ersten Verfahren wird in einem bestimmten Moment nur ein Teil der Maske belichtet. Demzufolge besteht die große Wahrscheinlichkeit einer örtlichen Wärmeausdehnung der Maske während des Belichtungsvorgangs, welche zu einer Verzerrung bei der Musterübertragung führt. Um die Wirkung einer solchen Wärmeausdehnung zu verhindern, muß die Schwingperiode des Spiegels 21 hinreichend kurz sein und das erfordert eine große Antriebsleistung für die Schwingbewegung des Spiegels 21. Auch der erforderliche Antriebsmechanismus für den Spiegel ist kompliziert, so daß dieses Verfahren sich in der Praxis als ungeeignet erweist.
Bei dem beschriebenen zweiten Verfahren kann die Ungleichmäßigkeit in der Intensität des Synchrotronlichtes durch die mit dem Spiegel 23 erzielte Reflexion verringert werden. Da aber das Synchrotronlicht, welches die Maske durchdringt, vom Resist absorbiert wird, zeigt die Absorptionsrate des Resists Wellenlängenabhängigkeit und im allgemeinen ist Synchrotronlicht kein monochromatisches Licht. Demzufolge tritt im Resist selbst Ungleichförmigkeit in der Belichtung auf. Außerdem ist der Spiegel 23 nur mit einer solchen Reflexionsfläche ausgestattet, welche der Hälfte einer zylindrischen Oberfläche auf einer Seite vom obersten Punkt des Spiegels entspricht. Daraus resultiert, daß nur ein Teil des auf der Oberseite oder Unterseite der Elektronenumlaufebene vorhandenen Synchrotronlichtes genutzt werden kann. Demzufolge ergibt sich ein schlechter Wirkungsgrad.
Die Verwendung eines zylindrischen, konvexen Spiegels in einer Röntgenbelichtungsvorrichtung zum Auseinanderziehen der Winkelintensitätsverteilung der von einer Synchrotronquelle emittierten Röntgenstrahlen ist in dem von E.E. Koch verfaßten "Handbook on Synchrotron Radiation" (Band 1B North-Holland Publishing Company, NL, 1983, Kapitel 13 von W.R. Grobman, Seiten 1133-1137) beschrieben. Die erzeugte Röntgenstrahlenintensitätsverteilung ist jedoch nicht gleichmäßig, wie Figur 3 und die nachfolgende Erläuterung zeigen.
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist demzufolge die Bereitstellung einer Röntgenbelichtungsvorrichtung, durch die ein Resist auf einem Substrat bei geringem Energieverlust und ohne Ungleichmäßigkeit in der Intensität gleichmäßig belichtet werden kann.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Röntgenbelichtungsvorrichtung zum Belichten eines Substrats mit dem Muster eines Originals bereitgestellt, welche einen Röntgenspiegel einschließt, der zum Auseinanderziehen der Winkelintensitätsverteilung von Röntgenstrahlen eine besondere Form hat, wobei die von einer Röntgenquelle emittierten Röntgenstrahlen auf den konvexen Spiegel mit reflektierender Oberfläche treffen und zum Belichten des Substrats verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Oberfläche des Spiegels einen Scheitel hat und der Abschnitt der gekrümmten Reflexionsfläche, welcher bei Verwendung der Vorrichtung näher an der Röntgenquelle liegt, einen kleineren Krümmungsradius hat als die auf der anderen Seite des Scheitels liegende gekrümmte Reflexionsfläche.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die reflektierende Oberfläche des Belichtungsspiegels so geformt, daß ein peripherer Abschnitt (der von der optischen Achse entfernt und in einem bestimmten Abstand zum obersten Punkt liegender Abschnitt) einen größeren Krümmungsradius hat als der in unmittelbarer Nähe des obersten Punktes liegende Abschnitt (der an die optische Achse grenzende Abschnitt). Daraus resultiert, daß ein Strahl des peripheren Teiles des Röntgenstrahlenbündels, welcher auf den peripheren Spiegelabschnitt trifft, mit einer hohen Effektivität auf das Original und das Substrat gerichtet werden kann. Mit anderen Worten, ein solcher peripherer Teilstrahl, welcher in einer Anordnung, bei der eine einfache zylindrische Reflexionsfläche zum Reflektieren der Röntgenstrahlen auf ein Original und ein Substrat verwendet wird, zum Belichten nicht genutzt werden kann, ist bei der vorliegenden Erfindung zum Belichten nutzbar.
Was den Aufbau eines solchen Spiegels betrifft, kann ein Substrat aus SiC, SiO&sub2; oder SiO&sub2; mit Au-Beschichtung oder alternativ ein Substrat aus SiO&sub2; mit Pt-Beschichtung verwendet werden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird es möglich, das Resist auf einem Substrat gleichmäßig zu belichten, dabei den Verlust an Röntgenstrahlenenergle zu reduzieren und somit das Muster eines Originals genau auf das Resist des Substrats zu übertragen. Außerdem ist eine Verringerung der Belichtungszeit möglich.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Die Figuren 1A und 1B zeigen bekannte Beispiele für ein Röntgenbelichtungssystem.
Figur 2A zeigt schematisch und in perspektivischer Darstellung eine Röntgenbelichtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 2B zeigt die Schnittansicht der in Figur 2A dargestellten Belichtungsvorrichtung.
Figur 3 zeigt im Diagramm die Verteilung der vom Resist auf einem Wafer absorbierten Röntgenstrahlen bei Verwendung der in Figur 2A dargestellten Belichtungsvorrichtung und die Verteilung der vom Resist auf einem Wafer absorbierten Röntgenstrahlen bei Verwendung einer Belichtungsvorrichtung mit zylindrischer Reflexionsoberfläche.
Figur 4 zeigt im Diagramm die Reflexionsflächenform des Spiegels, welcher in der in Figur 2A dargestellten Belichtungsvorrichtung verwendet wurde, und die Reflexionsflächenform eines zylindrischen Belichtungsspiegels.
Figur 5 zeigt im Diagramm das Verhältnis zwischen dem Krümmungsradius in der Nähe des obersten Punktes auf dem Belichtungsspiegel, welcher in der in Figur 2A dargestellten Belichtungsvorrichtung verwendet wurde, und dem Krümmungsradius an jedem von der optischen Achse entfernt liegenden Punkt.
Figur 6 zeigt im Diagramm die Röntgenstrahlenabsorptionsverteilung bei einem anderen in der Belichtungsvorrichtung gemäß Bild 2A verwendeten Resist.
Figur 7 zeigt im Diagramm die in Figur 6 dargestellte Röntgenstrahlenabsoptionsverteilung und die Röntgenstrahlenabsorptionsverteilung bei dem gleichen Resist gemäß Figur 6, welches aber in einer Belichtungsvorrichtung, deren Spiegel eine zylindrische Reflexionsfläche hat, verwendet wurde.
Figur 8 zeigt im Diagramm die Verteilung der von einem Resist absorbierten Röntgenstrahlen bei unterschiedlichen Reflexionsflächenformen des Spiegels, welcher bei der in Figur 2A dargestellten Belichtungsvorrichtung verwendet wurde.
Bei dem in den Figuren 2A und 2B gezeigten Röntgenbelichtungsvorrichtungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kennzeichnet das Bezugszeichen 1 ein Synchrotron, welches entsprechend angepaßt ist, um Synchrotronstrahlungslicht zu emittieren. Das Synchrotron 1 hat eine horizontale, parallel zur X-Y-Ebene verlaufende Umlaufebene. Das Synchrotron 1 emittiert auf einen Spiegel 2 ein blattähnliches Bündel Röntgenstrahlen mit einer kleinen Breite bezüglich der Z-Richtung und einer großen Breite bezüglich der parallel zur X-Y-Ebene verlaufenden Richtung. Der Spiegel 2 ist ein Konvexspiegel, dessen Reflexionsfläche eine asphärische Oberflächenform hat und auf einer zylindrischen Form basiert, worauf nachfolgend näher eingegangen wird. Die Erzeugungslinie des Spiegels 2 erstreckt sich in X- Richtung. Die zum obersten Punkt (Scheitel) der Reflexionsfläche des spiegels 2 gerichtete Senkrechte erstreckt sich in Z-Richtung. Im Abschnitt entlang der Z-Y-Ebene hat der Spiegel 2 eine Form, welche etwas von der Zylinderform abweicht. Genauer ausgedrückt, bezüglich des obersten Punktes der Reflexionsfläche haben die zum Synchrotron 1 gerichtete Seite und die in entgegengesetzte Richtung (d.h. zur Maske 3) zeigende Seite asymmetrische Form. Außerdem ist in der Umgebung des obersten Punktes der Krümmungsradius auf der Synchrotronseite kleiner als auf der Maskenseite.
Die Reflexionsfläche des Spiegels 2 reflektiert die Röntgenstrahlen 6 vom Synchrotron 1 und richtet diese auf die Maske 3 bei gleichzeitiger Erweiterung des Strahldurchmessers und Umwandlung der sektionellen Intensitätsverteilung des Strahls in eine vorausbestimmte Intensitätsverteilung. Die vom Spiegel 2 reflektierten Röntgenstrahlen 6 passieren einen Verschluß 5 und belichten das Schaltungsmuster der Maske 3. Die das Schaltungsmuster der Maske durchdringenden Röntgenstrahlen treffen auf einen Wafer 4. Von diesen Röntgenstrahlen 6 wird ein auf der Oberfläche des Wafers 4 aufgetragenes Resist in Übereinstimmung mit dem Schaltungsmuster der Maske 3 belichtet. Die Oberfläche des Verschlusses 5, der Maske 3 und des Wafers 4, auf welche die Röntgenstrahlen treffen, sind im wesentlichen parallel zur Z-Y-Ebene ausgerichtet. Der Spiegel 2 weist entweder ein Substrat aus SiC mit bearbeiteter konvexer Reflexionsfläche, ein Substrat aus SiO&sub2; mit bearbeiteter konvexer Reflexionsfläche, ein Substrat aus SiO&sub2; mit bearbeiteter konvexer und mit Au beschichteter Reflexionsfläche, ein Substrat aus SiO&sub2; mit bearbeiteter konvexer und mit Pt beschichteter Reflexionsfläche oder ein ähnliches Substrat auf. In Figur 3 kennzeichnet die durchgehende Linie die Röntgenstrahlenabsorptionsverteilung (Verteilung der Größe (Intensität) der Röntgenstrahlenabsorption pro Zeiteinheit) in Z-Richtung des auf dem Wafer 4 vorhandenen Resists, wenn dieser von der in den Figuren 2A und 2B gezeigten Belichtungsvorrichtung belichtet wird. Die ebenfalls in Figur 3 dargestellte gestrichelte Linie kennzeichnet die Röntgenstrahlenabsorptionsverteilung in Z-Richtung, wenn der Wafer 4 nicht vom Spiegel 2, sondern von einem Spiegel mit zylindrischer Reflexionsfläche belichtet wird.
In Figur 4 kennzeichnet die durchgehende Linie die Querschnittsform des Spiegels 2, welcher in der in den Figuren 2A und 2B dargestellten Belichtungsvorrichtung verwendet wird. Die ebenfalls in Figur 4 dargestellte gestrichelte Linie kennzeichnet den Querschnitt des Spiegels mit zylindrischer Reflexionsfläche.
Wenn ein solcher Spiegel mit zylindrischer Reflexionsfläche zum Belichten verwendet wird, wie durch die gestrichelte Linie in Figur 3 dargestellt, ist die erhaltene Röntgenstrahlenabsorptionsverteilung ungleichmäßig. Um diese Ungleichmäßigkeit zu korrigieren, machen sich Maßnahmen erforderlich, welche die mit der schraffierten Fläche in Figur 3 gekennzeichneten Röntgenstrahlen blockieren. Wenn ein solches Verfahren zum teilweisen Blockieren von Röntgenstrahlen angewendet wird, erfolgt eine Verringerung der Größe der Rön-t genstrahlenabsorption pro Zeiteinheit auf den in Figur 3 mit Ic gekennzeichneten Pegel.
Im Vergleich dazu wird mit dem Spiegel 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Größe der Röntgenstrahlenabsorption pro Zeiteinheit auf den Pegel Ia gebracht, welcher höher ist als Ic. Außerdem ist die Röntgenstrahlenabsorptionsverteilung über dem gesamten Belichtungsbereich auf dem Resist gleichmäßig. Mit der Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es deshalb möglich, in einer geringeren Zeit eine gleichmäßige Belichtung zu erreichen.
Nachfolgend wird der Spiegel 2 dieser Ausführungsform im Detail beschrieben.
Die Größe I(z) der Röntgenstrahlenabsorption durch das auf dem Wafer 4 vorhandene Resist kann an einem bestimmten Abschnitt in Z-Richtung durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:
I(z) = 1/C [ I&sub1;(λ) x R(λ) x Tw(λ) + T3(λ) x A4(λ)dλ] .. (1),
wobei
c = [1 + (l&sub2;&sub3;/l&sub1;&sub2;) (1 + 21&sub1;&sub2;/ sinθ] x (l&sub1;&sub2; + l&sub2;&sub3;)/l&sub1;&sub2; .. (2),
darin ist λ die Wellenlänge der Röntgenstrahlen 6, I&sub1;(λ) die Intensität der auf den Spiegel 2 treffenden Röntgenstrahlen 6, R(λ) das Reflexionsvermögen des Spiegels 2, Tw(λ) die bei Verwendung eines Berylliumfensters oder Filters erreichte Durchlässigkeit, T&sub3;(λ) die Durchlässigkeit der Maske 3, A&sub4;(λ) die Absorptionsrate des Resists 4 und C die Spreizwinkelvergrößerung der Röntgenstrahlen 6 (d.h. "Strahlenfläche auf dem Wafer 4"/"Strahlenfläche auf dem Spiegel 2) auf dem Spiegel 2, bestimmt durch den Krümmungsradius an irgendeinem Punkt auf der Oberfläche des Spiegels 2, den Abstand l&sub1;&sub2; zwischen dem Lichtemissionszentrum des Synchrotrons 1 und irgendeinem Punkt auf dem Spiegel 2, den Abstand l&sub2;&sub3; zwischen irgendeinem Punkt auf dem Spiegel 2 und dem jeweiligen Punkt (z) auf dem Resist des Wafers 4 und durch den Einfallswinkel (θ) des auf irgendeinen Punkt auf dem Spiegel 2 treffenden Röntgenstrahls.
Hier wird die vom Resist auf dem Wafer 4 pro Zeiteinheit absorbierte Menge (Intensität) der Röntgenstrahlen auf der Grundlage der Art des verwendeten Resists und der Intensität der Röntgenstrahlen 6 als Ia ermittelt. Auf der Grundlage der Röntgenstrahlenabsorptionsverteilung, dargestellt als gestrichelte Linie in Figur 3, welche sich beim Belichten des Resists über einen Spiegel mit zylindrischer Reflexionsfläche ergibt, wird z.B. die Menge der vom Resist in Z- Richtung von einem Ende des Lichteinfallsbereiches bis zu dessen anderen Ende absorbierten Röntgenstrahlen integriert und dadurch eine integrierte Intensität Ir erhalten. Dann wird die integrierte Intensität Ir durch die Länge Ar des Lichteinfallsbereiches in Z-Richtung geteilt, so daß Ia als Ia = Ir/Ar bestimmt werden kann. Wenn mit Dr die Länge des Belichtungsbereiches in Z-Richtung gekennzeichnet ist, muß die Länge Ar des Ausleuchtbereiches größer sein als die Länge Dr des Belichtungsbereiches. Auch wenn die erstgenannte zu groß ist, verringert sich die Intensität der Röntgenstrahlen (zum Belichten verwendete Röntgenstrahlenmenge). Unter Beachtung dieser Fakten wird ein Belichtungsaufbau bevorzugt, welcher der Beziehung
Dr < Ar < 3Dr genügt.
Nachdem die Größe Ia der Röntgenstrahlenabsorption pro Zeiteinheit bestimmt worden ist, wird der Krümmungsradius &sub0; (unbekannte Größe) des Spiegels 2 in einem Abschnitt unmittelbar an dessen obersten Punkt (Scheitel) ermittelt. Zu diesem Zweck werden I = Ia und = &sub0; in die Gleichungen (1) und (2) eingesetzt und die Berechnungen entsprechend durchgeführt. Wenn Ia und &sub0; auf diese Weise bestimmt werden und die Größe I&sub0; der vom obersten Punkt des Spiegels 2 reflektierten und von der Belichtungsfläche (deren Mitte) des Resists reflektierten Röntgenstrahlen als I&sub0; = Ia bestimmt wird, kann der Krümmungsradius = (y) an jedem Punkt auf der Reflexionsfläche des Spiegels 2 aus der folgenden Gleichung ermittelt werden:
1/ = (l&sub1;&sub2;/[l&sub2;&sub3; (l&sub1;&sub2;+l&sub2;&sub3;)]. C-(l&sub1;&sub2;+l&sub2;&sub3;) / (l&sub1;&sub2;.l&sub2;&sub3;)). sinθ/2 ... (3)
wobei
C = I/I&sub0;.[1+(l&sub2;&sub3;/l&sub1;&sub2;) (1+21&sub1;&sub2;/ &sub0;sinθ)]. (l&sub1;&sub2;+l&sub2;&sub3;)/l&sub1;&sub2; ... (4),
in welcher l&sub1;&sub2;, l&sub2;&sub3; und θ die in den Gleichungen (1) und (2) verwendeten Veränderlichen sind und I die Größe der Röntgenstrahlenabsorption pro Zeiteinheit an jedem Punkt auf dem Resist des Wafers 4 ist, wenn das Resist mit einem Röntgenstrahl belichtet wird, der an irgendeinem Punkt (y) auf dem Spiegel mit zylindrischer Reflexionsfläche und dem Krümmungsradius &sub0; reflektiert wird.
- Bei der vorliegenden Ausführungsform werden I&sub0; und &sub0; vorher festgelegt und dann wird nacheinander aus den Gleichungen (3) und (4) die Krümmung an jedem Punkt (y) der Reflexionsfläche des Spiegels 2 bestimmt, beginnend vom Scheitel des Spiegels 2 bis zum Ende, um zu gewährleisten, daß die Röntgenstrahlenabsorptionsverteilung des Resists über die Belichtungsfläche gleichmäßig wird, wie durch die durchgehende Linie in Figur 3 dargestellt. Figur 5 zeigt die Veränderung in der Krümmung (y), wobei &sub0;/ (y) auf der Ordinate aufgetragen ist. In Figur 5 ist die Krümmung (y) mit positivem Vorzeichen versehen ( (y) > 0, wenn der Krümmungsmittelpunkt unterhalb der Spiegelfläche 2 liegt, dagegen mit negativem Vorzeichen ( (y < 0), wenn der Krümmungsmittelpunkt oberhalb der Spiegelfläche 2 liegt. Aus der Zeichnung ist jedoch klar zu erkennen, daß bei der vorliegenden Ausführungsform die Form der Reflexionsfläche des Spiegels 2 aus dem Bereich - 0,5 < &sub0;/ (y) < 1,5 bestimmt wird und außerdem der Bedingung &sub0;/ (y) > 0 genügt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform hat die Reflexionsfläche des Spiegels 2 eine solche Form, daß diese mit zunehmendem Abstand vom obersten Punkt des Spiegels 2 allmählich von der Zylinderform abweicht, deren Krümmungsradius dem Krümmungsradius &sub0; unmittelbar am obersten Punkt (Scheitel) des Spiegels 2 entspricht. Der Krümmungsradius an irgendeinem Punkt neben der optischen Achse und vom Scheitel genügend entfernt ist größer als der Krümmungsradius &sub0; in der Umgebung des Scheitels. Um eine gleichmäßige Röntgenstrahlenabsorptionsverteilung des Resists im Belichtungsbereich zu gewährleisten, sind die links und rechts neben dem Scheitel liegende Seite der Reflexionsfläche asymmetrisch ausgeführt.
Der so geformte Spiegel 2 hat die Aufgabe, die peripheren Abschnitte des vom Synchrotron emittierten Röntgenstrahlenbündels, welche außerhalb der optischen Achse liegen und beim konventionellen Belichten nicht verwendet werden können, in Richtung Wafer 4 zu sammeln und eine gleichmäßige Röntgenstrahlenabsorptionsverteilung des Resists auf dem Wafer 4 zu gewährleisten. Dadurch ist es möglich, die Belichtungszeit zu verkürzen und eine gleichmäßige Belichtung, d.h. eine genaue Musterübertragung zu sichern. Was die Gleichmäßigkeit der Röntgenstrahlenabsorptionsverteilung betrifft, ist eine Ungleichmäßigkeit nicht größer als 2 %, vorzugsweise nicht größer als 0,2 % erwünscht.
Vorteilhafte Effekte der vorliegenden Ausführungsform werden anhand spezifischer Zahlenwerte beschrieben.
Zur Bestimmung der Intensität Ia der Resistabsorption wird als integrierte Absorptionsintensität Ir' ein Wert von 23 mW/cm³ ermittelt. Hier wird als Spiegelmaterial SiO&sub2;, als Maskenmaterial Si&sub3;N&sub4; und als Resistmaterial PMMA verwendet und der Einfallswinkel des Mittelstrahles beträgt 10 mrad.
Wenn nun der Belichtungsbereich eine Größe von 3 cm im Quadrat und der Ausleuchtbereich eine Größe von 6 cm im Quadrat hat, ergibt die Größe der Röntgenstrahlenabsorption Ia einen Wert von:
Ia = I&sub0; = 24/6 = 4,0 mW/cm².
Hier ist der Krümmungsradius &sub0; des Spiegels 2 in der Nähe des obersten Punktes z.B. 50 m und die Form der Reflexionsfläche kann aus den Gleichungen (3) und (4) berechnet werden. Wenn im Vergleich dazu ein Spiegel mit zylindrischer Reflexionsfläche verwendet wird, dessen Krümmungsradius an den sich gegenüberliegenden Enden der Belichtungsfläche 50 m beträgt, ist die Größe Ic der Röntgenstrahlenabsorption 3,5 mW/cm².
Somit wird durch den Spiegel 2 der vorliegenden Ausführungsform gegenüber einem Spiegel mit zylindrischer Reflexionsfläche und dem gleichen Krümmungsradius die Größe der Röntgenstrahlenabsorption um 15 % erhöht. Durch einfachen Vergleich der Intensitäten kann die Belichtungszeit auf 87 % der bei einem Spiegel mit zylindrischer Reflexionsfläche erforderlichen Belichtungszeit verkürzt werden.
Figur 6 zeigt das Ergebnis des Vergleichs bezüglich der Röntgenstrahlenabsorptionsverteilung zwischen dem bei dieser Ausführungsform verwendeten Resist und einem Resist einer anderen Type. Die gestrichelte Linie in Figur 6 kennzeichnet die Verteilung, die mit dem bei der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Resist (Resist 1) erreicht wurde, während die durchgehende Linie die mit dem anderen Resist (Resist 2) erreichte Verteilung kennzeichnet. Aus dieser Zeichnung ist ersichtlich, daß mit dem anderen Resist eine andere Verteilung erreicht wird und die Möglichkeit des Auftretens einer Ungleichmäßigkeit (schraffierte Fläche) besteht.
Wie aber aus Figur 7 zu erkennen ist, beträgt die aus dem anderen Resist (Resist 2) resultierende Ungleichmäßigkeit maximal 3 % und das ist im Vergleich zur Ungleichmäßigkeit von 15 % im Falle der Verwendung eines Spiegels mit zylindrischer Reflexionsfläche sehr wenig. Durch einfachen Vergleich der Intensitäten kann die Belichtungszeit auf 89 % der bei einem Spiegel mit zylindrischer Reflexionsfläche erforderlichen Belichtungszeit verkürzt werden.
Das Konzept zur Erhöhung der Intensität und der daraus resultierenden Verkürzung der Belichtungszeit auf der Grundlage der Verwendung eines Belichtungsspiegels mit asphärischer Oberflächenform ist jedoch nicht auf die Form beschränkt, welche den Gleichungen (3) und (4) genügt. Es gibt einen bestimmten Effektivbereich. Wenn aber die Oberflächenform des Spiegels, welche den Gleichungen (3) und (4) genügt, durch Z (y) und die Oberflächenform eines Spiegels mit zylindrischer Reflexionsfläche mit einem Krümmungsradius &sub0;, welche als Ausgangsfläche für den in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Spiegel dient, durch Z&sub0;(y) ausgedrückt wird, kann die effektive Oberflächenform z(y) durch folgende Gleichung dargestellt werden:
Z(y) = Z&sub0;(y) + K(z (y) - Z&sub0;(y)) ... (5)
wobei
0 < K < 1,5 ... (6).
Figur 8 zeigt die Größenverteilung (Intensitätsverteilung) der vom Resist mit anderen "K"-Werten absorbierten Röntgenstrahlen. "K = 0" entspricht der zylindrischen Reflexionsfläche, "K = 1" dagegen der Oberflächenform des Spiegels gemäß der vorliegenden Erfindung. Wenn der Scheitelpunkt als Nullpunkt angenommen wird, kann Z&sub0;(y) durch folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:
Z&sub0; (y) = &sub0;²-y² - &sub0; ... (7)
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf die darin offenbarten Strukturen beschrieben wurde, ist diese nicht auf die dargelegten Details beschränkt, und diese Anmeldung soll auch Modifikationen und Veränderungen, welche sich im Geltungsbereich der folgenden Ansprüche ergeben können, mit einschließen.

Claims

1. Röntgenbelichtungsvorrichtung zum Belichten eines Substrats mit dem Muster eines Originals, die einen Röntgenspiegel (2) aufweist, welcher entsprechend geformt ist, um die Winkelintensitätsverteilung der Röntgenstrahlung, die zum Bestrahlen des Substrats verwendet wird und von einer Röntgenstrahlenquelle (1) auf den Spiegel (2) trifft, aufzuspreizen, wobei die reflektierende Oberfläche des Spiegels (2) konvex ist, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Oberfläche des Spiegels (2) einen Scheitelpunkt hat, welcher zwischen zwei Bogenabschnitten der reflektierenden Oberfläche definiert ist, und der Radius des Bogenabschnittes der reflektierenden Oberfläche, welcher bei Verwendung der Vorrichtung näher an der Röntgenstrahlenquelle (1) liegt, kleiner ist als der des Bogenabschnittes der reflektierenden Oberfläche auf der anderen Seite des Scheitelpunktes.

2. Röntgenbelichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die weiterhin aufweist

- eine Strahlenquelle (1) zum Bereitstellen von Röntgenstrahlen (6),

- den Spiegel (2), welcher in einem Belichtungssystem zum Belichten eines mit Muster versehenen Originals (3) installiert ist, und

- ein Substrat (4), welches bezüglich der Röntgenstrahlen so angeordnet ist, daß ein auf diesem Substrat vorhandener Resist durch das Muster des Originals von den Röntgenstrahlen belichtet wird,

wobei der Spiegel (2) eine teilweise zylindrische reflektierende Oberfläche hat und diese reflektierende Oberfläche des Spiegels eine asphärische Oberflächenform dahingehend aufweist, daß bezüglich des Scheitelpunktes die näher bzw. entfernter von der Strahlenquelle (1) liegende Spiegelseite asymmetrische Form haben und daß die reflektierende Oberfläche an einem peripheren Abschnitt einen größeren Krümmungsradius hat als am Scheitelpunkt.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Strahlenquelle eine Synchrotronquelle (1) ist.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die reflektierende Oberfläche in der Umgebung des Scheitelpunktes den Krümmungsradius P&sub0; hat;

wobei die Intensität des vom Scheitelpunkt reflektierten und dann vom Resist absorbierten Röntgenstrahles I&sub0; ist;

wobei in dem Fall, daß die an den Scheitelpunkt angelegte Tangente als Y-Koordinate und der Scheitelpunkt als Nullpunkt des Koordinatensystems definiert ist, die Oberflächenform der reflektierenden Oberffläche durch eine Funktion Z(y) ausgedrückt wird, und

wobei die nachfolgenden Gleichungen (1) - (5) im wesentlichen folgenden Bedingungen genügen:

Z(y) = Z&sub0;(y) + K(Zp(y)-Z&sub0;(y) (1)

0 < K < 1,5 (2)

1/p = L&sub1;&sub2;/[L&sub2;&sub3; (L&sub1;&sub2;+L&sub2;&sub3;)]. C- (L&sub1;&sub2;+L&sub2;&sub3;) / (L&sub1;&sub2;.L&sub2;&sub3;) . sinθ/2 (3)

C = I/I&sub0;.[1+(L&sub2;&sub3;/L&sub1;&sub2;) (1+2L&sub1;&sub2;/ &sub0;sinθ)]. (L&sub1;&sub2;+L&sub2;&sub3;)/L&sub1;&sub2; (4)

Z&sub0;(y) = &sub0;²-y² - &sub0; (5)

dabei ist

Z&sub0;(y) die Funktion, welche die Oberflächenform der zylindrischen reflektierenden Oberfläche mit Krümmungsradius &sub0; repräsentiert, die der Ausgangsbogenfläche entspricht und die Basis der reflektierenden Oberfläche des Spiegels bildet;

Z &sub0;(y) die Funktion, welche die Oberflächenform der reflektierenden Oberfläche des Spiegels repräsentiert und im wesentlichen den Bedingungen (3) und (4) genügt,

der Krümmungsradius an jedem Punkt auf der reflektierenden Oberfläche des Spiegels entlang der Koordinate y;

θ der Einfallswinkel, unter dem ein Röntgenstrahl auf die reflektierende Oberfläche des Spiegels entlang der y-Koordinate trifft;

L&sub1;&sub2; der Abstand zwischen dem Emissionszentrum der Strahlenquelle und jedem Punkt auf der reflektierenden Oberfläche des Spiegels entlang der y-Koordinate;

L&sub2;&sub3; der Abstand zwischen irgendeinem Punkt auf der reflektierenden Oberfläche des Spiegels entlang der y-Koordinate und dem jeweiligen Punkt auf dem Resist, auf den der vom entsprechenden Punkt auf der reflektierenden Oberfläche reflektierte Strahl trifft, und

I die Intensität eines Röntgenstrahles, der von irgendeinem Punkt auf der reflektierenden Oberfläche entlang der y-Koordinate reflektiert und vom Resist absorbiert wird, wenn die Belichtung des Resists mit den Röntgenstrahlen erfolgt, die von der reflektierenden Oberfläche mit der Oberflächenform Z&sub0;(y) reflektiert werden.

5. Gerät gemäß Anspruch 4, wobei K = 1 ist.

6. Gerät gemäß Anspruch 2, wobei die reflektierende Oberfläche in der Umgebung des Scheitelpunktes den Krümmungsradius &sub0; hat,

wobei die Intensität der vom Scheitel reflektierten und dann vom Resist absorbierten Röntgenstrahlen I&sub0; ist,

wobei in dem Fall, daß die an den Scheitelpunkt angelegte Tangente als y-Koordinate und der Scheitelpunkt als Nullpunkt des Koordinatensystems definiert ist, die Oberflächenform der reflektierenden Oberfläche durch die Funktion Z(y) ausgedrückt wird, und

wobei die nachfolgenden Gleichungen (1) und (2) im wesentlichen folgenden Bedingungen genügen:

1/p = L&sub1;&sub2;/[L&sub2;&sub3; (L&sub1;&sub2;+L&sub2;&sub3;)].C- (L&sub1;&sub2;+L&sub2;&sub3;)/(L&sub1;&sub2;.L&sub2;&sub3;) .sinθ/2 (1)

C = I/I&sub0;.[1+(L&sub2;&sub3;/L&sub1;&sub2;) (1+2L&sub1;&sub2;/ &sub0;sinθ)]. (L&sub1;&sub2;+L&sub2;&sub3;)/L&sub1;&sub2; (2)

dabei ist

der Krümmungsradius an jedem Punkt auf der reflektierenden Oberfläche des Spiegels entlang der Koordinate,

θ der Einfallswinkel, unter dem ein Röntgenstrahl auf die reflektierende Oberfläche des Spiegels entlang der Koordinate trifft,

L&sub1;&sub2; der Abstand zwischen dem Emissionszentrum der Strahlenquelle und jedem Punkt auf der reflektierenden Oberfläche des Spiegels entlang der Koordinate,

L&sub2;&sub3; der Abstand zwischen irgendeinem Punkt auf der reflektierenden Fläche des Spiegels (2) entlang der Koordinate und dem jeweiligen Punkt auf dem Resist, auf den der vom entsprechenden Punkt auf der reflektierenden Oberfläche reflektierte Strahl trifft, und

I die Quantität des Röntgenstrahles, der von irgendeinem Punkt auf der reflektierenden Oberfläche reflektiert und vom Resist absorbiert wird, wenn die Belichtung des Resists mit den Röntgenstrahlen erfolgt, die von der zylindrischen reflektierenden Oberfläche mit Krümmungsradius &sub0; reflektiert werden, welche der Ausgangsbogenfläche entspricht und die Basis der reflektierenden Oberfläche des Spiegels (2) bildet.