(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に平行な第１の面及び第２の面を有する基材と、
前記基材の第１の面に形成され、第１の方向に延在する少なくとも１本の第１の溝であって、該第１の方向に直交する仮想平面と該第１の溝の内面との第１の交線が、前記基材の内部に向かって凸の曲線になる前記第１の溝と、
前記基材の第２の面に形成され、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する少なくとも１本の第２の溝であって、該第２の方向に直交する仮想平面と該第２の溝の内面との第２の交線が、前記基材の内部に向かって凸の曲線になる前記第２の溝と
を有し、
前記第１の溝と第２の溝との交差箇所において、該第１の溝の底と該第２の溝の底とが、ある間隔を隔てて配置されているＸ線レンズ。
【請求項２】
前記基材が、フッ素系ポリマーで形成されている請求項１に記載のＸ線レンズ。
【請求項３】
前記第１の交線及び第２の交線が放物線である請求項１または２に記載のＸ線レンズ。
【請求項４】
Ｘ線を放射する光源と、
前記光源から放射されたＸ線の通過する光路内に配置され、該Ｘ線の光軸と交差する仮想平面上に複数のＸ線レンズが配置されているＸ線レンズアレイと、
前記Ｘ線レンズアレイの複数のＸ線レンズから選択されたあるＸ線レンズに入射するかもしくは透過したＸ線を遮光するＸ線マスクと、
前記Ｘ線レンズにより収束されたＸ線が照射される位置に被照射物を保持する保持手段とを有し、
前記Ｘ線レンズアレイが、
相互に平行な第１の面及び第２の面を有する基材と、
前記基材の第１の面に形成され、第１の方向に延在する少なくとも１本の第１の溝であって、該第１の方向に直交する仮想平面と該第１の溝の内面との第１の交線が、前記基材の内部に向かって凸の曲線になる前記第１の溝と、
前記基材の第２の面に形成され、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する少なくとも１本の第２の溝であって、該第２の方向に直交する仮想平面と該第２の溝の内面との第２の交線が、前記基材の内部に向かって凸の曲線になる前記第２の溝と
を有し、
前記第１の溝と第２の溝との交差箇所において、該第１の溝の底と該第２の溝の底とが、ある間隔を隔てて配置されているＸ線描画装置。
【請求項５】
前記保持手段が、被照射物を、Ｘ線の光軸に垂直方向に移動させることができる請求項４に記載のＸ線描画装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線レンズ、Ｘ線描画装置及びＸ線露光方法に関し、特に複数のＸ線ビームの形成に適したＸ線レンズ、それを用いたＸ線描画装置及びＸ線露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線用レジスト膜をＸ線で選択的に露光する技術として、レジスト膜と微少な間隙を隔ててＸ線マスクを配置する近接露光が知られている。露光用の光としてＸ線を用いることにより、微細なパターンを描画することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近接露光に用いられるＸ線マスクは、製造が困難である。この製造の困難性が、Ｘ線露光の実用化の妨げになっている。
【０００４】
本発明の目的は、レジスト膜と微少な間隙を隔てて配置されるＸ線マスクを用いることなく、Ｘ線露光を行うことが可能なＸ線描画装置を提供することである。
【０００５】
本発明の他の目的は、このＸ線描画装置に用いることが可能なＸ線レンズを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、相互に平行な第１の面及び第２の面を有する基材と、前記基材の第１の面に形成され、第１の方向に延在する少なくとも１本の第１の溝であって、該第１の方向に直交する仮想平面と該第１の溝の内面との第１の交線が、前記基材の内部に向かって凸の曲線になる前記第１の溝と、前記基材の第２の面に形成され、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する少なくとも１本の第２の溝であって、該第２の方向に直交する仮想平面と該第２の溝の内面との第２の交線が、前記基材の内部に向かって凸の曲線になる前記第２の溝とを有し、前記第１の溝及び第２の溝のとの交差箇所において、該第１の溝の底と該第２の溝の底とが、ある間隔を隔てて配置されているＸ線レンズが提供される。
【０００７】
第１の面に垂直な方向から基材に入射したＸ線が、第１の溝の内面及び第２の溝の内面で屈折する。これにより、第１の溝と第２の溝との交差箇所がＸ線レンズとして作用する。第１の溝及び第２の溝を複数本形成しておくと、Ｘレンズアレイが構成される。
【０００８】
本発明の他の観点によると、Ｘ線を放射する光源と、前記光源から放射されたＸ線の通過する光路内に配置され、該Ｘ線の光軸と交差する仮想平面上に複数のＸ線レンズが配置されているＸ線レンズアレイと、前記Ｘ線レンズアレイの複数のＸ線レンズから選択されたあるＸ線レンズに入射するかもしくは透過したＸ線を遮光するＸ線マスクと、前記Ｘ線レンズにより収束されたＸ線が照射される位置に被照射物を保持する保持手段とを有し、該Ｘ線レンズが上述のＸ線レンズと同様の構造であるＸ線描画装置が提供される。
【０００９】
Ｘ線がＸ線レンズアレイを透過することにより、複数のＸ線マイクロビームが得られる。複数のＸ線マイクロビームを用いることにより、描画速度を速めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を説明する前に、図１及び図２を参照して、本発明者が先に提案したＸ線レンズ及びその製造方法について説明する。
【００１３】
図１（Ａ）は、先に提案されたＸ線レンズの斜視図を示す。ＸＹＺ直交座標系を考える。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる直方体形状の基材５０が、各面をＸＹ面、ＹＺ面、及びＺＸ面に平行にするように配置されている。ＸＹ面に平行な２つの面に、それぞれ溝５１Ａ及び５１Ｂが形成されている。溝５１Ａの内面（第１の表面５２Ａ）及び溝５１Ｂの内面（第２の表面５２Ｂ）は、共にＹ軸に平行な直線を母線とする柱面であり、ＹＺ面（本明細書において、ＹＺ面を主平面と呼ぶ）に関して面対称である。
【００１４】
第１の表面５２ＡはＺ軸の負の方向を向き、第２の表面５２ＢはＺ軸の正の方向を向いている。すなわち、両者は相互に反対方向を向いている。また、第１及び第２の表面５２Ａ及び５２Ｂは、共に凹面である。第１の表面５２ＡとＺＸ面との交線、及び第２の表面５２ＢとＺＸ面との交線は、共に放物線である。
【００１５】
ＰＴＦＥの屈折率をｎとすると、ｎ＝１−δと表すことができる。ここで、δは、屈折率低下分（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｄｅｃｒｅｍｅｎｔ）である。波長０．７ｎｍのＸ線に対するＰＴＦＥの屈折率低下分δは７．２５×１０−７であり、吸収係数μは６ｃｍ−１である。
【００１６】
図１（Ａ）のＺ軸の正の向きに進行するＸ線６０が、第１の表面５２Ａに入射する。第１の表面５２Ａに入射したＸ線は、第１の表面５２Ａで屈折し、さらに第２の表面５２Ｂで屈折し、ＺＸ面内に関して収束するＸ線６１が得られる。すなわち、第１及び第２の表面５２Ａ及び５２Ｂを有する基材５０は、Ｘ線に対して集光レンズとして作用する。
【００１７】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＸ線レンズのＺＸ面における断面形状を示す。第１の表面５２ＡとＺＸ面との交線は、Ｘ２＝２Ｒ（−Ｚ−ｄ／２）と表され、第２の表面５２ＢとＺＸ面との交線は、Ｘ２＝２Ｒ（Ｚ−ｄ／２）と表される。ここで、Ｒ＝２μｍ、ｄ＝１０μｍである。すなわち、この放物線の、ＹＺ面との交点における曲率半径は２μｍであり、ＹＺ面上において、第１の表面５２Ａと第２の表面５２Ｂとの間の厚さは１０μｍである。このレンズの焦点距離Ｆは、Ｒ／（２δ）で与えられるため、Ｆ＝１．４ｍとなる。
【００１８】
基材５０のＺ軸方向の厚さを１２００μｍとすると、Ｚ＝±６００μｍの位置における第１及び第２の表面５２Ａ及び５２ＢのＸ座標は約±４９μｍになる。すなわち、このＸ線レンズのＸ軸方向の有効口径は約９８μｍになる。このとき、分解能σ＝１μｍになる。焦点距離Ｆ＝１．４ｍ、有効口径９８μｍの収束レンズを、１枚の円柱面のレンズで実現することは不可能である。図１に示したＸ線レンズでは、屈折面を放物面にしているため、１枚のレンズで焦点距離が短く、かつ有効口径の大きな収束レンズを実現することができる。
【００１９】
実効的にＸ線を集光させることができ、かつ大きな有効口径を確保するためには、第１または第２の表面５２Ａまたは５２ＢとＺＸ面との交線の、ＹＺ面との交点における曲率半径を２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２０】
また、図１では、基材５０としてＰＴＦＥを用いた場合を説明したが、ＰＴＦＥの外に、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（例えばデュポン社の登録商標「テフロンＦＥＰ」）やテトラフルオロエチレン−ペルフルオロビニルエーテル共重合体（例えばデュポン社の登録商標「テフロンＰＦＡ」を用いてもよい。
【００２１】
また、Ｘ線の光軸近傍（ＹＺ面近傍）におけるレンズの厚さが１０μｍ程度であるため、Ｘ線吸収量を低減することができる。Ｘ線吸収量を十分少なくするためには、第１の表面５２Ａと第２の表面５２Ｂとに挟まれた部分の最小厚さを５０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２２】
また、図１では、Ｘ線の入射側と出射側の２つの屈折面を、共に放物面とした場合を説明したが、一方の面のみを放物面としてもよい。また、Ｘ線を収束させる作用を奏する曲面であれば、放物面以外の滑らかな曲面としてもよい。ただし、この場合にも、この曲面とＺＸ面との交線の、ＹＺ面（主平面）との交点における曲率半径を２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００２３】
次に、図１（Ａ）に示した実施例によるＸ線レンズの製造方法について説明する。
【００２４】
図２（Ａ）は、Ｘ線レンズの加工装置の概略図である。シンクロトロンに蓄積された電子の周回軌道１から光軸５に沿ってシンクロトロン放射光（ＳＲ光）２が放射される。光軸５に沿った光源からの距離Ｌの位置にＰＴＦＥ基材４が配置されている。加工対象物４の前方には、間隔Ｇだけ離れてマスク３が配置されている。電子軌道１、基材４及びマスク３は同一の真空容器内に配置されている。
【００２５】
マスク３には、ＳＲ光を実質的に透過させる領域と透過させない領域とが画定されている。なお、実質的に透過させる領域とは、ＰＴＦＥ基材４を加工するのに十分な強さのＳＲ光を透過させる領域を意味し、実質的に透過させない領域とは、その領域をＳＲ光が透過しないか、または透過したとしても透過光がＰＴＦＥ基材を加工しない程度の強さまで弱められるような領域を意味する。
【００２６】
マスク３は、図１（Ｂ）に示すパターンを有する厚さ１０〜１００μｍの銅板である。すなわち、マスク３の縁は、凹状の放物線部分を含む。なお、銅以外の金属を用いてもよい。なお、マスク３は、２〜１０μｍ程度の厚さのものでもよい。
【００２７】
ＳＲ光２は、マスク３を介してＰＴＦＥ基材４の表面に照射される。ＳＲ光の照射される面は、図１（Ａ）のＺＸ面に平行な面である。ＰＴＦＥ基材４の表面でＳＲ光によるエッチングが生じ、ＳＲ光が照射された部分が剥離される。ＳＲ光２は高い平行度を有するため、加工されたＰＴＦＥ基材４は、光軸５に沿って見たときマスク３とほぼ同一形状になる。このため、図１（Ａ）に示すようなＸ線レンズが得られる。
【００２８】
図２（Ｂ）は、加工部の断面図を示す。真空容器２０内に試料保持台１４が配置されている。試料保持台１４の試料保持面にＰＴＦＥ基材４が保持されている。マスク３が、マスク保持手段１７によりＰＴＦＥ基材４の前面に配置されている。マスク３をＰＴＦＥ基材４の表面に密着させてもよいし、ある間隔を隔てて配置してもよい。加工時には、図の左方からマスク３を通してＰＴＦＥ基材４の表面にＳＲ光２を照射する。
【００２９】
試料保持台１４は、例えばセラミックで形成され、内部にヒータ８が埋め込まれている。ヒータ８のリード線が、真空容器２０の壁に取り付けられたコネクタ２１の内側の端子に接続されている。コネクタ２１の外側の端子が、電源７に接続されており、電源７からヒータ８に電流が供給される。ヒータ８に電流を流すことにより、ＰＴＦＥ基材４を加熱することができる。
【００３０】
試料保持台１４の試料保持面に熱電対２３が取り付けられている。熱電対２３のリード線は、リード線取出口２２を通して真空容器２０の外部に導出され、温度制御装置９に接続されている。リード線取出口２２は、例えばハンダ付けにより気密性が保たれている。温度制御装置９は、試料保持面の温度が所望の温度になるように、電源７を制御しヒータ８を流れる電流を調節する。
【００３１】
図２（Ｃ）は、試料保持台の他の構成例を示す。試料保持台１５の内部にガス流路１６が形成されている。ガス流路１６に所望の温度のガスを流してガスとＰＴＦＥ基材４との熱交換を行わせ、ＰＴＦＥ基材４を所望の温度に維持することができる。
【００３２】
最小曲率半径２０μｍ以下の滑らかな曲面、及び最小の間隔が５０μｍ以下となるような２つの屈折面を、機械的な加工によって作製することは困難である。図２（Ａ）に示すＳＲ光を利用した加工装置を用いることにより、最小曲率半径２０μｍ以下の放物面を容易に形成することができる。また、２つの放物面の最小間隔が５０μｍ以下となるＸ線レンズを再現性よく作製することができる。
【００３３】
ＳＲ光は高い平行度を有するため、図１（Ａ）のＸ線レンズのＹ軸方向の厚さをＴとしたとき、Ｔ／Ｒが５以上のレンズを容易に作製することができる。Ｔ／Ｒが５以上となるようにすることにより、レンズをＹ軸方向に大きくしても、焦点距離を短く維持することができる。
【００３４】
次に、図３を参照して、本発明の実施例によるＸ線レンズの斜視図を示す。ＰＴＦＥ等のフッ素系ポリマーからなる基材３０の第１の面３１と、その反対側の第２の面３２とが、相互に並行に配置されている。ｘｙ面が第１の面３１と並行になり、第２の面３２の法線ベクトルの向きをｚ軸の正の向きとするｘｙｚ直交座標系を考える。
【００３５】
第１の面３１に、ｙ軸に平行な３本の同一形状の溝３３が形成されている。第２の面３２に、ｘ軸に平行な２本の同一形状の溝３４が形成されている。これらの溝３３及び３４は、図１（Ａ）に示した溝５２Ａや５２Ｂと同様の方法で形成することができる。すなわち、溝３３及び３４の各々の内面は柱面になる。溝３３の内面とｚｘ面との交線は、ｚ軸の正の向きに向かって凸、すなわち基材３０の内部に向かって凸の放物線になる。また、溝３４の内面とｙｚ面との交線は、ｚ軸の負の向きに向かって凸、すなわち基材３０の内部に向かって凸の放物線になる。溝３３及び３４の各々の幅は、例えば約５０μｍであり、相互に隣り合う溝の間隔も、約５０μｍである。
【００３６】
溝３３と溝３４との交差箇所において、溝３３の底と溝３４の底とが、所定の間隔を隔てて配置される。Ｘ線吸収量を十分少なくするために、溝３３の底と溝３４の底との間隔を５０μｍ以下とすることが好ましい。また、図１に示したＸレンズの場合と同様に、溝３３及び３４の最深部の曲面の曲率半径を２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３７】
ｚ軸の正の向きに伝搬するＸ線が、図３に示したＸ線レンズに入射すると、溝３３の内面で屈折し、ｚｘ面内に関して収束される３本の帯状のＸ線ビームが得られる。これらの帯状のＸ線ビームは、溝３４の内面で屈折し、ｙｚ面内に関して収束される。これにより、６本の収束Ｘ線マイクロビームが得られる。すなわち、溝３３と３４との交差箇所の各々が、Ｘ線収束レンズとして作用する。溝３３の本数をＮ、溝３４の本数をＭとすると、Ｎ×Ｍの行列状に配列したＸ線レンズアレイが得られる。
【００３８】
図４に、実施例によるＸ線描画装置の概略図を示す。Ｘ線光源４０が、Ｘ線４１を放射する。Ｘ線光源４０は、例えば、シンクロトロン、アンジュレータ及び分光器を含んで構成される。Ｘ線４１の光子エネルギは、例えば１０ｋｅＶであり、光子密度は、例えば１．６×１０１０フォトン／ｓ・ｍｍ２である。
【００３９】
Ｘ線４１の光路内にＸ線マスク４２及びＸ線レンズアレイ４３が配置されている。Ｘ線レンズアレイ４３は、図３に示したＸ線レンズと同様のものであり、Ｎ×Ｍの行列状に配置されたＸ線レンズを有する。Ｘ線マスク４２は、所定の位置に貫通孔４２ａが形成された金属板、例えば銅板もしくはニッケル板である。貫通孔４２ａは、Ｘ線レンズアレイ４３の複数のＸ線レンズの中から選択された一部のＸ線レンズに対応する位置に設けられている。
【００４０】
貫通孔４２ａを透過したＸ線が、対応する位置に配置されたＸ線レンズで収束され、収束Ｘ線マイクロビーム４４が得られる。被照射物保持台４５が、被照射物４６を、Ｘ線マイクロビーム４４の照射される位置に保持する。被照射物４６の表面に、Ｘ線用のレジスト膜４６ａが形成されている。レジスト膜４６ａの一部がＸ線マイクロビーム４４により露光される。被照射物保持台４５は、被照射物４６を、Ｘ線４１の光軸に垂直な方向に移動させることができる。
【００４１】
次に、図５を参照して、レジスト膜４６ａに所望のパターンを描画する方法について説明する。
【００４２】
図５は、レジスト膜４６ａの表面の概念図である。レジスト膜４６ａの表面が、複数のセルに区画されている。セル４７の各々は、Ｘ線レンズアレイ４３のＸ線レンズの各々に対応している。被照射物４６が、Ｘ線４１の光軸に垂直な方向に移動することにより、１本のＸ線マイクロビーム４４が、対応するセル４７内の領域を軌跡４８で示したように走査する。
【００４３】
Ｘ線マイクロビーム４４が、所定の長さ走査する毎にＸ線マスク４２を交換することにより、セル４８内に所望のパターンを描画することができる。この描画は、全てのセル４７に対して同時に行われる。従って、１本のＸ線ビームを用いて描画する場合に比べて、描画時間を短縮することができる。
【００４４】
上記実施例では、Ｘ線マスク４２として、所定の位置に貫通孔４２ａが設けられた金属板を用いたが、他の構造のＸ線マスクを用いることも可能である。例えば、Ｘ線レンズに対応する位置に、微少な機械的シャッタが配置されたマスクを用いてもよい。また、上記実施例では、Ｘ線マスク４２が、Ｘ線レンズに入射するＸ線を遮光するが、Ｘ線マスクがＸ線レンズを透過したＸ線を遮光するようにしてもよい。
【００４５】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、近接露光用のマスクを用いることなく、Ｘ線描画を行うことができる。複数のＸ線レンズが配列したＸ線レンズアレイを用いることにより、複数のＸ線マイクロビームを形成することができる。このＸ線マイクロビームを用いると、同時に複数の部分を露光することができるため、描画速度を速めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】先の提案によるＸ線レンズの斜視図及び正面図である。
【図２】Ｘレンズ加工装置の斜視図、及び加工部の断面図である。
【図３】実施例によるＸ線レンズの斜視図である。
【図４】実施例によるＸ線描画装置の概略図である。
【図５】実施例によるＸ線描画装置を用いて描画する方法を説明するためのレジスト表面の概念図である。
【符号の説明】
１  電子軌道
２  ＳＲ光
３  マスク
４  ＰＴＦＥ基材
５  光軸
７  電源
８  ヒータ
９  温度制御装置
１４、１５  試料保持台
１６  ガス流路
１７  マスク保持手段
２０  真空容器
２１  コネクタ
２２  リード線取出口
２３  熱電対
３０  ＰＴＦＥ基材
３１  第１の面
３２  第２の面
３３  第１の溝
３４  第２の溝
４０  Ｘ線光源
４１  Ｘ線
４２  Ｘ線マスク
４３  Ｘレンズアレイ
４４  Ｘ線マイクロビーム
４５  被照射物保持台
４６  被照射物
４６ａ  レジスト膜
４７  セル
４８  Ｘ線マイクロビーム照射部位の軌跡
５０  基材
５１Ａ、５１Ｂ  溝
５２Ａ  第１の表面
５２Ｂ  第２の表面
６０、６１  Ｘ線
【図１】
0003553463.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003553463.tif 000006