JPS6084814A - Ｘ線投射装置 - 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】 この発明は、シンクロトロン放射光（以下単にＳＲとい
う）露光装置に代表されるごとき荷電粒子軌道放射光の
工業的利用のために、放射光に含まれるＸ線成分が大面
積に一様な強度分布で得られるように工夫したＸ線投射
装置に関するものである。以下、ＳＲに含まれるＸ線を
用いたパターン露光装置を例にとって、この発明の詳細
な説明する。

ＳＲ露光装置の試料面上におけるＸ線の強度分布は、例
えば電子エネルギー６００　Ｍ　ｅ　■、軌道曲率半径
２ｍの電子蓄積リングから得られる放射光をｌＯｍ離れ
た所で露光に利用する場合、波長１０人のＸ線成分につ
いて見ると、第１図に示すように垂直方向には半値幅５
ｍｍを持って狭い範囲内に集中している。水平方向には
強度は一様である。このような強度分布を有するＸ線を
用いて、例えば直径１０ｃｍのシリコン・ウェーッ＼の
全面に一様にパターンの焼付けを行う方法には、大別し
て次の２つの方式がある。

第１の方式は第２図に示すようにマスク１とウェーハ２
を一体にしてＸ線ビーム３の断面の長方形の長辺と直角
方向（上下方向）に連続移動させる方法である。しかし
ながら、この方法ではウェーハ２と同じ大きさの直径１
０ｃｍのマスク１が必要となり、厚さ２〜３ＩＬｍの薄
膜でパターンを保持するＸ線マスクにおいては、この面
積の全域にサブミクロンの精度でパターンを形成するこ
とは困難である。

第２の方式は第３図に示すようにウェーハ２上で１回に
露光する単位露光フィールド４をＬＳＩの１チップ程度
の面積（例えば１ｃｍ四方）に限り、マスク１において
はこの単位１２１　光フィーＪＬ／　Ｆ４に対応する窓
である単位転写領域４′の部分だけにパターンを作って
、Ｘ線ビーム３とマスク１の相対的位置は固定して、ウ
ェーハ２のみをこれらと相対的に１フィールド分移動さ
せては露光を繰り返すステップ・アンド拳リピート方式
である。この方法によればマスク１の保持膜の面積は単
位転写領域４′の部分のみでよいから小さくなり、第１
の方式の難点は解消されるが、１フイールド内のＸ線強
度分布を一様にしなければならない。

ステップ・アンド・リピート方式においてＸ線の強度分
布を一様にする方法として従来提案されているものは、 （１）ｌフィールドの露光中に、ウェーハ２とマスク１
を一体として、Ｘ線ビーム３に対して相対的に、ｌフィ
ールドの範囲内で連続移動させて強度分布を一様化する
。

（２）第４図に示すようにＳＲビームを反射鏡５に当て
、この反射鏡５を首振り運動させて１単位露光フィール
ド４内を反射ビームで走査することによって時間的な積
分強度を一様化する。

（３）第５図に示すようにＳＲビームを凸面鏡６で発散
させ、強度分布をゆるやかにして一様化に近付ける。

などの方法である。

しかしながら、（１）の方法ではウェーハ２の移動機構
に、ステップ・アンド・リピートのためのウェーハ２単
独の１単位露光フィールド単位のステップ移動に加えて
、単位露光フィールド４内ではマスク１と一体化して連
続移動するという、二重の運動機能を付与しなければな
らず、機構が複雑になる欠点があり、また、（２）の方
法でも反射鏡５の首振り運動のために別の機械的運動機
構を導入しなければならない欠点がある。また、（１）
。

（２）の方法ともに、機械的運動の精度と安定性がビー
ム強度分布の一様性と再現性を支配するという欠点があ
る。（３）の方法は（１）、（２）のような機械的移動
部分をもたないため同種の欠点は免れているが、ビーム
を拡げているために、単位露光フィールド４内の単位面
積当りのビーム拳ハワー密度が本来のビーム中心部のパ
ワー密度より低下し、ｌフィールドの露光時間が長くな
る欠点がある。

この発明は、上述の点にかんがみなされたもので、ｌフ
ィールドの露光においては不要となっている両脇部分の
ビームを固定した反射鏡によって本来の進行方向を外れ
た方向に導き、中心の直進ビームとこれら反射ビームと
を試料面上で重ね合わせることによって、フィールド内
のビーム強度分布を、ビーム中心部の高いパワー密度と
同等あるいはそれ以上のレベルで一様化しようとするも
のである。以下この発明を図面について説明する。

第６図はこの発明の一実施例の概念図である。

第６図はＳＲのＸ線ビームを斜め上から見たもので、試
料面上でのビームの断面は中心（電子軌道面と同じ高さ
）を０とし、横方面の幅８ｃｍ、縦方面の高さ１ｃｍの
直方形Ｉ’ｌ　＋　Ｌ２１　Ｌ３　＊Ｌ４になっている
。このビームのうち、中央部の１ｃｍ平方の正方形ＡＢ
ＣＤの部分を、ステップ・アンド・リピート方式の露光
における単位露光フィールド４として使う場合について
説明する。

第１図にも示した通り、例えば中心０からＲに向かうに
つれてＸ線強度は減少し、中間点で１／２になってしま
う。そこで直進すれば正方形ＡＢＣＤに隣接する正方形
ＥＦＧＨの上半分ＥＦＰＱの部分に入射する筈のビーム
βｌを、反射鏡によって反射させて進路を変え、正方形
ＡＢＣＤの下半分ＣＤＮＭの部分に入射させる。ビーム
の経路、反射鏡の配置等については後に詳述する。

正方形ＡＢＣＤの中心軸ＳＯＲに沿って、もとの直進ビ
ームβ０の強度分布は第１図にも示した通り、第７図の
曲線ａ、ａ’で表わされるものである。これにＣＤＮＭ
に入射した反射ビームβ１の強度分布（第７図の曲線ｂ
）を重ね合わせた結果、５０間の強度分布は第７図の曲
線Ｃのようになりほぼ一様な分布となる。変動の範囲は
±４％で、露光の目的にとっては一様分布と見なしてよ
い。同様に正方形ＡＢＣＤの上半分ＡＢＭＮに対しても
、上記と対称的な操作で、正方形Ｅ　ＦＧＨの下半分Ｇ
ＨＱＰに入射するべきビームβ２を反射させて入射させ
れば、重ね合わせによって正方形ＡＢＣＤの上半分ＡＢ
ＭＮでも第７図の曲線Ｃ′で表わされるほぼ一様な強度
分布が得られる。

前述した通り水平方面には常にビーム強度は一様である
から、これで正方形ＡＢＣＤの領域内で露光の目的には
十分に一様とみなせるＸ線の分布が実現されたことにな
る。鏡の反射率が１００％でないための修正については
後述する。

次にこの発明に用いる反射鏡について説明する。波長１
０Ａ程度のＸ線は、臨界角以下の斜入射による全反射に
よってのみ反射させることが可能である０反射鏡の構造
の一例としては、完全に平担な石英板の表面に金を１０
０ＯＡの膜厚で蒸着したものがあげられる。この反射鏡
面に波長１０ＡのＸ線を、鏡面から測った入射角（視射
角）が２″となるような斜入射条件で入射させれば、入
射強度の８０％のＸ線が反射される。

反射鏡の配置の一例を第８図（ａ）の平面図、および第
８図（ｂ）の側面図に示す、実際の視射角は２″である
が、同図では判りやすいようにｌＯ″に誇張して描かれ
ている。したがって、寸法関係は必ずしも正確でない、
以下第６図に記入したと同じ座標軸によって説明する。

ビームの一部分βＩＩは鏡Ｍｌｌ　とＭ’Ｈ１で反射さ
れて−Ｚ方向に５ｍｍ下がり、βＩ２は鏡Ｍ１２とＭ’
　１２で反射されて同じ＜−２方向に５ｍｍ下がる。同
様にβ２１は鏡Ｍ２□とＭ′２１による反射により、ま
たβ２２は鏡Ｍ２２とＭ′２２による反射によって、共
に２方向に５ｍｍ上がる。したがって、ビームの上半分
β１　（β１１＋β１２）と下半分β２　（β２１＋β
２２）が入れ換わったビームができ、これが鏡Ｍ３で−
ｙ方向に反射されてウェーハ２面の上の正方形ＡＢＣＤ
の領域に入射する。厳密にはｙ方向の辺の長さＡＢおよ
びＣＤが０．０６％長くなるが、露光の目的にとっては
十分無視できる量である。

このビームβは鏡で３回反射されているので、強度は５
０％に落ちている。そこで、直進ビームβ。に関してビ
ームβと反対側に隣接するビームβ′（第６図参照）を
、前記の鏡Ｍｌｌ。

Ｍ′１工、″。°′。、　Ｍ２２　、Ｍ’２２とＺＸ面
に関して鏡映対称に配置された鏡によって反射させて、
同じく上半分β′１を領域ＣＤＭＮに、また、下半分β
’−Ｈｉを領域ＡＢＭＮに入射させれば、ビームβ０と
合わせて第７図の曲線Ｃ９Ｃで示されたほぼ一様な分布
が実現される。

ビームβおよびβ′はウェーハ２面に対して垂直から４
″傾いた角度（入射角）で入射するが、このことによる
転写パターンの半影ぼけは、マスクｅウェーへ間隔が５
１Ｌｍの場合０．３５ＪＬｍであり、１〜サブミクロン
舎パターンの転写に十分な精度である。

また、直進ビームβ０と反射ビームβ、β′の重ね合わ
せによって干渉縞が生じるが、ウェーハ２面への入射角
が４°の場合、波長１０人のＸ線によって生じる干渉縞
間隔は１４ｏＡ　（０，Ｏｆ４ＩＬｍ）であり、パター
ン転写には影響を与えない程度に細かい。

以上の取扱いではＳＲを平行光であるとして来たが、ウ
ェーハ２を電子蓄積リングの発光点から１０ｍの距離に
置くとすると、ＳＲが最初の反射鏡に入射する位置は発
光点から９ｍ４５ｃｍの距離にあり、この位置でのビー
ムの拡がりは最大０．０３°であるから、これによる誤
差は前記の精度の見積りには影響しない。

なお、第６図に原理を示したビームの重ね合わせを実現
するための反射鏡の配置はここに説明した一例に限らな
い、また、重ね合わせるビームの一部分の面積を適宜に
選ぶことによって、１ｃｍ四方より大きい領域にわたっ
てビーム強度を一様化できることも明らかである。

以上詳細に説明したように、この発明はパターン転写装
置を代表とするシンクロトロン放射光の投射装置におい
て、軟Ｘ線成分について一定の面積内で一様な空間分布
を実現させることができ、工業上重要な意義を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子エネルギー６００ＭｅＶ、軌道曲率半径２
ｍの電子蓄積リングからのＳＲに含まれる波長１０Ａの
成分の電子軌道面に垂直な方向の分布を発光点から１０
ｍの距離で測定した図、第２図はＳＲによってウェーハ
全面を露光させる方法のうち平行移動方式の原理を示す
図、第３図は同じ〈ステップ拳アンド・リピート方式の
原理を示す図、第４図は反射鏡の首振り運動によってＳ
Ｒビームを走査させる方式の原理図、第５図は凸面鏡に
よってＳＲビームを拡げる方式の原理図、第６図はこの
発明においてＳＲビームの反射と重ね合わせによって一
様な強度分布を得る方式の原理図、第７図はこの方法に
よって実現されたほぼ一様なＳＲビームの強度分布を示
す図、第８図はこれを実現するための反射鏡の配置の一
例を示した図である。 図中、１はマスク、２はウェーッ＼、３はＳＲビーム、
４はステップ拳アンド・リピート方式側こおけるウェー
ハ面上の単位露光フィールド、４′はこれに対応するマ
スク上の単位転写領域、５４ｉ首振り運動する反射鏡、
６は凸面鏡、β（β１゜β２．β１１＋β１２＋・・・
・・・、β２２）、βＯ１β′はＳＲビームの一部分、
Ｍｌ　１　、　Ｍｌ　２　。 ・・・・・・１Ｍ２２１　Ｍ’Ｓ　Ｌ＋　Ｍ’ｓ　２１
・・・・・・。 Ｍ′２２およびＭ３はこの発明における鏡を表わ第４図 第５図 第６図 第７図 重置方向の距離

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 荷電粒子の軌道放射光として放出されるＸ線ビームの投
   影中の一部を所要面積に照射するＸ線投射装置において
   、前記Ｘ線ビームの前記所要面積に照射される以外のＸ
   線ビームを反射させて前記所要面積に重ね合わせ前記所
   要面積に一様な強度分布のＸ線を照射する反射鏡を設け
   たことを特徴とするＸ線投射装置。