JPH02194521A - Ｘ線露光装置及び素子製造方法 - 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、ＩＣ，ＬＳＩ等の回路素子の製造に用いられ
るＸ線露光装置に関し、特に、所望の線巾を得るために
露光量を制御する露光量制御装置をｆ′積えたＸ線露光
装置に関するものである。

（従来技術） 従来の露光装置においては、レジスト感度や所望の線ｌ
］を考慮して適切な露光量がウェハ各点に照射される様
シＡ・ツタ−等を用いて露光量制御がおこなわれている
。しかし、近年回路素子の高集積化が進むなかで、所望
される線１４】はサブミクロン以下になろうとし、それ
を達成しようとしているＸ線露光装置１においては、よ
り精度の高い露光量制御が必要となっている。

そのため−二、Ｘ線露光では露光傾城全域に渡っ−Ｃ１
均一なり、＝シスト線巾を得るために、揉々な方法で均
一な光量を照射してきた９例えばＸ線管球露光で照度医
：差がある場合、特公昭６〇−３７６１６号に示される
様にＸ線遮蔽板を移動させることで各露光位置での露光
時間を変えて均一な照射量を得ていた。又、光源として
シンクロトロン放射光を用いた場合は、光源の構成から
光束を大きくとり出せないため、Ｘ線ミラーによってＸ
線を全反射させウェハ上での照射面積を拡大する露光方
法か考案されている。この場合、Ｘ線の反射率は、ミラ
ーに対するＸ線の視射角によって異なるので、Ｘ線の照
度は、ウェハ上の位置で差が生じる。

ここでは、ミラー揺動法を例にとり説明する。

ミラー揺動法は、第２図に示す様に、Ｘ線ミラー２０２
を揺動することでＳＯＲリング２０４からのシート状の
Ｘ線をマスク２０５上を走査して露光領域を拡大する露
光方法である。先にも述へた様にＸ線ミラー２０２の反
射率が視射角θによって異なるのでＸ線ミラー２０２を
均一な速度で揺動したのでは露光むらが生じてしまうこ
とが、Ｊ、Ｖａｃ、Ｓｃｉ、Ｔｅｃｈｎｏｌ、ＢＶｏｌ
、Ｉ　　Ｎｏ、４（１９８３）Ｐ１２７４て述べられて
いる。そのために、Ｘ線ミラー２０２の揺動速度を視射
角θに応じて変化させて、各付置での露光時間を制御す
ることで均一な露光量を得ることができると提案されて
いる。

この露光時間の制御方法は、従来の光露光と同社に露光
面でのレジスト感度換算のＸ線照射量（以下し・シスト
照射量と称す。）を一定にする様に各ｎ尤イ◇、置での
露光時間Ｔ６−（θ）を決めるものである。ここで後で
述べる様に視射角θは露光付置に対応するもの−〔ある
。この制御方法は、単位時間当りのレジスト照射量をＤ
ｕ（θ）所望のレジスト照射量をＤ（θ）とすると、 Ｄ（θ）・Ｔｅ、、　（θ）　−Ｄｕ（θ）　−Ｄ、、
−ｃｏｎｓｔＴ、、、、　（θ）　−Ｄｏ−ｃｏｎｓｔ
　／　Ｄｕ（θ）となる様に’ｒ、−ｐ（θ）を決定す
る方法である。

ここで、ＤＩ、はレジスト感度に対応する数値で、ネガ
し・シストでは現像後に膜が残り始めるレジスト照射量
であり、ポジレジストでは膜厚が０となるレジスト照射
量である。

（発明が解決しようとしている問題点）しかし、Ｘ線２
０１の反射率が視射角θに依存することは、単に、露光
面の各位置における単位時間当りのレジスト照射Ｎ　Ｄ
　ｕ　（θ）が異なるだけではない。というのは、Ｘ線
２０１０反射率が視射角θと波長の両方に依存している
ことから、露光面上の視射角θに対応する各位置におけ
るＸ線の分光強度に差か出てしまう。そのため露光面上
の各位置によってマスクコントラストやＸ線の回折パタ
ーンに差が生しることになり、つまりウェハ面上の位置
によってＸ線照度分布が異なることにより、レジスト線
巾が不均一になることがわかった。

Ｌ、かじ、今まで、この件に関し何ら提案がされていな
い。しかしサブミクロンの微細なパターン転写には重要
な問題である。そして、このようなウェハ位置における
照度分布の変化という問題は第２図に示した装置構成の
ものにかぎらず、第１１図に示される様な、Ｘ線拡散ミ
ラーを用いた装置においても同様に生じる。

〔問題点を解決するための手段〕 そこで、本発明はレジスト線巾が均一になる様な露光時
間の設定方法を提案するものである。本発明は視射角θ
に応じてレジスト照射量Ｄ（θ）を変えるものである。

即ち、 Ｄ（θ）＝ｆ（θ）・Ｄｏ とするものである。

Ｄ　（θ）＝−ｒ、、ｐ（Ｏ）　　・　Ｄ、（θ）であ
るので、 Ｔ、、ｐ（θ）　　＝Ｄ５　Ｅｆ　　（θ）／Ｄｕ（θ
）］となる様に露光時間を設定する。ここでｆ（θ）を
Ｌ・シスト照射量補正係数と呼ぶことにし、本特許はこ
のｆ（θ）を新し２く導入し、従来の照射量補正力法に
もまし°Ｃ，Ｘ線のウェハ上での各位置での精度の高い
露光量ホ１］御を実現するために、この補正係数ｆ（θ
）の決定方法に関するものである。

ミラー揺動法を例にとり本発明の具体的な方法を説明す
る。視射角θによってＸ線の分光強度に差が生じること
については上記で述へたとおりであり、例えばエネルギ
ー６５０ＭｅＶ、軌道半径０．５ｍのＳＯＲリング２０
４から放射されるＸ線２０１を材質ＳｉＣのＸ線ミラー
２０２によって反射されたＸ線の分光強度を第１図に示
す。横軸に波長を、縦軸に単位波長光たりのＸ線強度を
とる。ここで、露光領域は、視射角と装置の配ｌにより
定まるので、すなわちエウハ上での露光位置は、視射角
によって決定する。例えはＸ線ミラー２０２どウェハが
４ｍ１Ｊ、ｈているとすると露光領域は３０ｍｍ角の場
合、θ＝８ｍｒａｄを露光領域の上端とすると下端はθ
＝＋５．５ｍｒａｄに対応する。

この様な系で、厚さ１０１１ｍのＢｅ窓とマスク基板Ｓ
ｉ、ＮＪ　　（２μｍＪｔ）を通してＸ線ミラー２０２
を等速度で動かした時の各位置でのレジストとしてはネ
ガレジストＰＣＭ５　（Ｐｏ℃ｙＣｈｌｏｒｏｒｒｉｅ
ｔｈｙ　　１ｓｔｙｒｅｎｅ）を相定したレジスト照射
ｍＤ、（θ）を第４図に示す。横軸には視射角θを、縦
軸にはθ＝８ｍｒａｄのレジスト照射量を１としたとき
の規格化したレジスト照射量を示した。従って、均一な
露光量を照射し、−様な膜厚のレジストを得るには、第
４図に示されるレジスト照射量に反比例する様に相対的
な露光時間を設定すればよい。この様に設定される相対
露光時間を第５図に示す。横軸には視射角、縦軸にはθ
−８ｍｒａｄを１として規格化した相対露光時間を示す
。

しかしながら、第５図に示した相対露光時間で露光１ノ
たのては、現像後のレジスト線巾が分光波長の違いによ
り不均一になることは前に述べた。

次に均一なレジスト線［１〕を得るための補正方法につ
いて述べる。

前述の系において、厚さ１０１１ｍのＢｅ窓を通し・て
、基板Ｓｉａ　ＮＪ　　（２μｍ厚）、吸収材Ａｕ（０
，５μｍ厚）、パターンｉｉＯ，２５μｍのマスクを用
いて露光したとぎのレジスト感度に換算したＸ線照度分
布の３１算結果を第６図に示す。レジストとしては、ネ
ガレジストＰ　ＣＭ　Ｓを・用いた。横軸にはレジスト
面上の位置ｘｆ！：縦ｆｉには規格化された重付時間あ
たりのレジスト照射量ＩＲ（ｘ）をとフた。ＩＲ（Ｘ）
は各露光位置近傍の吸収材の影６を受ζづない位置（以
下この領域をｏｐｅｎ領域と称する。）での強度を１と
して規格化した（ＩＲ（Ｘ）の算出については後述する
）。従って、レジスト照射量が均一になる様な速度でＸ
線ミラー２０２を揺動したときの視射角θ＝８．１６ｍ
ｒａｄの相対的なＸ線照度分布を示すと考えてよい。

オーブン領域でレジスト照射量が２ＸＤ、どなる様にＸ
線ミラーの揺動速度を設定したとする。

ここでり。は現像後のＰＣＭ５ネガレジストが残り始め
るレジスト照射量とする。レジスト照射量がり、以−ト
の位置のレジストが残り、パターンを形成するので、こ
の場合、 Ｉ　Ｒ（Ｘ）　　Ｘ　２　Ｘ　Ｄｏ　＞　Ｄ。

である位置ｘのレジストが残ることになり、ＩＱ（Ｘ）
≧０．５のレジストがパターン形成に寄与する。従って
レジスト線巾はθ−８ｍｒａｄでｏ、　２ＱＱμＩＴｌ
　（＝ｊ２ａ　）、θ＝１６ｍｒａｄで０．１８０μｍ
（＝ρ１６）となり、視射角によってレジスト線巾に差
が生じることがわかる。逆に０．１８０μｍのレジスト
線巾で均一に転写するためには、レジスト照射量をθ＝
１６ｍｒａｄで２Ｄ、、θ＝８ｍｒａｄで１．５５Ｄｏ
となる様に露光時間即ちＸ線ミラー２０２の揺動速度を
設定すればよい。

以上説明した様に各位置に応じて各波長におけるレジス
ト等を考慮してレジスト照射量を変えることで、レジス
ト線巾を均一にすることができる。例えば、レジスト線
ＩＩ］ｊ２ｐ＝０．２０μｍ及び０．１８μｍの転写を
行うには各々の視射角において第７図に示す様なレジス
ト照射量をｌが射すればよい。この場合、相対露光時間
Ｔ　ｅｘｐ（θ）は￥Ｓ５図と第７図より求めることが
でき、第３図の様になる。第３図の縦軸として、θ＝８
ｍｒａｄのオーブン領域でレジスト照射量としてり。が
得られる露光時間を１として規格化しである。実際の露
光時間は露光中のＳＯＲリングの蓄積電流等によって決
定される。ここで、ＩＲ（Ｘ）の算出のし方について述
べる。ここでは以下の様にしてｒＲ（ｘ）を決定してい
る。

視射角θにおりる規格化されたレジスト照射ｉｒ＋＋　
　（ｘ）　　は、回折及び吸収材の透過率を考慮すると
、以下の式で近似することが可能である。

こ　　こ　　で　、 ｕ　（ｘ）　＝　Ｎｃ＋ｉｓ）　＋ Ｃ＝　［−Ｃｏ（ｕ、）＋Ｃｏ（ｕ２）＋５ｉ（ｕ＋）
−５ｉ（ｕ２）］Ｓ＝　［−Ｇｏ（ｕ、）＋Ｃｏ（ｕ２
）−５ｉ（ｕ、）＋５ｉ（ｕ、）］Ｃ′＝　［＋Ｃｏ（
ｕ＋）　−Ｃｏ（ｕ７）−５ｉ（ｕ、）＋５ｉ（ｕ、）
］Ｓ’　　＝　［２＋Ｇｏ（ｕ＋）−（：ｏ（ｕ２）＋
５ｉ（ｕ＋）−５ｉ（ｕ２）］であり、吸収材の端部の
座標をＸＩ　　＋Ｘ２　　とすると５ （実施例１） 前述の露光時間の決定方法を示す。まず、各位置で等し
い露光時間となる様にＸ線ミラー２０２を揺動してレジ
ストを露光現像し、レジストの残である。

ｒｔｉ　（え、θ）：視射角θにおけるマスク面上のＸ
線分光強度 Ｓ（λ）、レジストの感度 μ（え）：マスク基板の線吸収係数 ｄ、　＋マスク基板の厚さ １−δ−１ｋ　：吸収材の複素屈折率 ｄ１：吸収材の厚さ ｇ　：プロキシミテイギャップ （マスターウェハ間距ｍ＞ 以上の様にしてＩＲ（Ｘ）を求めるが、ＩＲ（Ｘ）の算
出の仕方は、これにかぎらず上記の様な条件を考慮した
ものであれば他の算出法でもかまわない 測定する。このときのＳＯＲリング２０４の蓄積電流を
ｒ　（ｔｓ　）とする。測定された残膜率と第８図から
り。を単位とした各位置での単位時間当りのレジスト照
射ｘ　Ｄ　ｕ　（θ）が決定できる。ここで第８図は横
軸にレジスト照射量を、縦軸にはレジストの残膜率を示
した図である。木口はＸ線管球等を使って測定されたデ
ータである。すなわちウェハ上各位置での相対分光強度
の等しいＸ線を照射量を変えて露光することで事前に求
められる。

次に露光系（ＳＯＲ，Ｘ線窓、マスクなどの条件）を基
にして、マスクコントラストや回折パターンを考慮して
作製された第６図等から導かれる第７図に示す様な所望
のレジスト線巾を達成するレジスト照射量り。−ｆ（θ
）によって各位置における露光時間上〇□　（θ）は以
下の様に求まる。ここで、ｆ（θ）は、ＩＯ（θ）＝１
７（ｘ＋）＝ｌＲ（ｘ＋　＋］Ｒ）となるｒｏ　　（θ
）を基にしてｆ（θ）＝Ｉ／Ｔｏ　　（θ）より求める
。ここで、℃８は所望の線巾である。

項■　（ｔｓ　）／ｒ　ｃｔ）はＤパθ）の測定時と露
光時のＳＯＲリング４より放射されるＸ線強度の変化分
を補うものであり、蓄積電流の代わりに特定位置で測定
されたＸ線強度を用いてもよい。

またレジスト照射全補正係数ｆ（θ）を求める際に基に
した第６図の様なＸ線照度パターンの計算で使用する各
露光位置におけるＸ線分光強度は、露光系から計算で求
める他、露光機の中特にステージ上に組み込まれた又は
他のボートの（第１０図に示す２０８はＸ−Ｙステージ
、２０７はウェハチャツク、２０９は分光強度計、この
場合、分光強度計はＸ−Ｙステージによって、移動じて
ウェハ上の数ケ所に対応する位置で測定する。）Ｘ線分
光強度計で測定してもよい。Ｘ線分光強度計として比例
計数管やＳＳＤ等が使用可能である他、フィルターを紺
み合わせて分光強度を測ることができる。

以上述べた様に、各露光位置におけるレジスト照射量を
Ｄｏ・ｆ（θ）となる様に露光時間１、、Ｐ　（θ）を
設定することで、均一な線巾のレジストパターンを得ら
れるが、Ｘｌｌミラー２の設置状態やＳＯＲリング内の
電子の軌道位置の微妙な変化でｆ（θ）が事前に求めた
値と異なることがある。その場合、レジスト線中の不均
一性をとるためにｆ（θ）を変更させる必要性が生じる
。

その補正方法を第９図のフローチャートを用いて説明す
る。

θｒｎｉｍ、θｍａｘをそれぞれ露光画角に対応する最
小、最大の視射角とし、視射角θにおける現像後のレジ
スト線巾、ＱＲ（θ）と所望のレジスト線巾℃。の差が
許容値δに入っているか否かをステップ１７で判定する
。許容値６以内の場合はステップ２０４へ進む。そうで
ない場合はステップ１８へ進む。ステップ１８では、レ
ジスト線巾ＩｌＲと所望の線巾ＩＬｏの差を許容値内に
入れるためにレジスト照射量を変化させる。即ちレジス
ト照射量補正係数ｆ（θ）を変化させるステップで、α
は第６図の様な規格されたレジスト照射量Ｉ　　（ｘ）
の微係数から求められるもので、ネガレジストではａ＝
　−１０〜−１００［１／μｍ］に選べばよい。

この桜にして順次すべてのθについてレジスト照射量補
正係数が求められたら再び露光する。

又、ここでいう計測するｎ個のθの各々の間隔は任意で
ある。

以上、ネガレジストで照射量の補正方法を述べたが、ポ
ジレジストの場合も同様にして補正される。

又、本発明では、Ｘ線ミラー揺動型の露光装置を使った
説明をしたが、要は、ウェハ上での各位置での露光時間
の設定が目的であり、本発明の様な装置にかかわらず、
第１１図に示すようなシャッターを用いて、ウェハ上各
点の露光時間を設定する露光装置にも適用できるのは自
明である。ここで、簡単に第１１図について説明する。

２０４はＳＯＲ光源、２０２はＸ線拡散ミラー２１０は
シャッターであり、２１０のシャッターの開閉スピード
を調整する事により露光時間を調整している。シャッタ
ーの形状は、図の様な形にかぎらず、ウェハ上での各位
置における露光量を適切に調整できるものなら、これに
かぎらない。

又、最後に、本発明における実施形の制御系について簡
単に説明を加える。

第１０図はそれを示す図面。前述の図面での同番号につ
いては同一の物を示すためここでは説明を省略する。こ
こでは、露光時間調整手段として、シャッターを用いて
いる。これは、前述の実施例における、ミラー揺動手段
でも良い。２０９は、Ｘ−Ｙステージ上に設けられた測
定面がウェハ上面と略一致する様に設けられている分光
強度計、２０８はＸ−Ｙステージ、２１５はＸ−Ｙステ
ージを駆動する駆動手段、２１０はシャツ々−５２１２
はジャ・ツタ−２１０を駆動する駆動手段、２０４は光
源、２１１は光源を駆動する駆動手段、２１４は各駆動
手段を制御するホＩＪ御手段である。この棟な構成のも
とにおいで本発明の補正方法は行われる。

（発明による効果） 以上述へた様に、本発明においては、ウェハ上各点での
露光ユ制御の際に、Ｘ線の分光強度およびマスクの回折
等を考慮して、露光量を制御する事により所望の線巾を
精度良く得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は視射角θ＝８ｒｎ　ｒ　ａ　ｄとθ＝１６ｒｎ
ｒａｄにおけるウェハーにでの分光強度を示す図。 第２図はミラー揺動型露光装置の概略図。 第３図は視射角θにおける所望線巾ｆｌＲ＝０．１８ｒ
ｒ＋ｍ、０．２０ｍｍを得るためのレジスト照射時間を
示す図。 第４図は視射角θに対する相対レジスト照射量を示す図
。 第５図は第４図を基に求められた各視射角θにおける相
対露光時間。 第６図はウェハ上での視射角θ＝８ｍｒａｄ、１６ｒｎ
ｒａｄの位置でのＸ線の照度分布を示す叱 第７図は視射角θにおＣツる所望線１ｉ】、Ｑ　、　＝
０．１８μｍ、０．２０１１ｒｒｉを得るためのレジス
ト照射量との関係を示す図。 第８図（、ま残股寧とレジスト照射量どの関係を示す図
。 第９図は本発明における線巾補正方法の一連の動作を示
すフローチャート図。 第１０図は本発明における線巾調整方法を他の実施型に
おいて適用した場合を示す構成概略図。 ｆ３１１図はシャッターを用いて露光時間を調整する実
施型の構成概略図。 ＷＡＶＥＬＥ？！Ｔｅｌ　（Ａ　＞ 視射角θ（′７７７ｒｏ　ｄ　） 第６Ｍ 第ｑ図 ４Ｆ１勇寸角θ（・７すｒαＩン θ（ｍ蔵ｄ） 視射角θζｒｎｒ０．□０り 第８図 第ｑ品

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスク上のパターンをＸ線を用いて感光剤を塗布
   したウェハ上に転写露光するＸ線露光装置において、 前記マスクを保持するマスクチャックと、 前記マスクに対向して配置された前記ウェハを保持する
   ウェハチャック、 前記マスクチャックに保持されたマスクと、前記ウェハ
   チャックに保持されたウェハに対してＸ線を照射するＸ
   線源、 前記Ｘ線源から発生するＸ線の分光強度を測定する測定
   手段、 前記測定手段の測定結果に対応して、前記ウェハ上に照
   射されるＸ線照射量を制御する制御手段とを有すること
   を特徴とするＸ線露光装置。
2. （２）前記制御手段はシャッター手段であり、前前記Ｘ
   線源と前記マスク間のＸ線光路上に配置されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線露光装置
   。
3. （３）前記Ｘ線源はＳ、Ｏ、Ｒ光源であり、前記制御手
   段は前記Ｓ、Ｏ、Ｒ光源より発生したＸ線をマスク又は
   ウェハ面上で揺動するためのミラー揺動手段である事を
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線露光装置。
4. （４）前記装置はウェハを移動させるステージ手段を有
   し、前記分光強度測定手段は前記ステージ手段に設けら
   れていて、前記ステージ手段を移動させることにより、
   前記ウェハ上の露光領域の少なくとも２点以上を測定す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線露
   光装置。