JP2000357643A - 露光方法及びそれを用いた露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】Ｘ線を利用してマスク上のパターンを感光基板
上に効率的に露光転写することができる露光方法及びそ
れを用いた露光装置を得ること。 【解決手段】露光転写すべきパターンを有するマスク
と、該マスク上のパターンを露光転写する感光基板とを
対向配置し、該マスク上のパターンを該感光基板にＸ線
を用いて露光する露光方法において、光路中にはマスク
上の露光画角を規制する為のＸ線を遮る遮光板が設けら
れており、該マスクは被転写パターン領域の外側周囲の
所定部分に遮光部または減光領域を形成しており、該遮
光板は、それによるマスク上での半影となる領域内に、
該マスクの遮光部または減光領域の内側端部が重なるよ
うに配置していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光方法及びそれ
を用いた露光装置に関し、露光光源としてシンクロトロ
ン放射光（ＳＲ光）やプラズマＸ線源等のＸ線を利用し
て、マスク面（第１物体）上に形成された微細な電子回
路パターンをウエハ（第２物体）にステップアンドリピ
ート方式やステップアンドスキャン方式を用いて露光転
写して半導体ＩＣ，ＬＳＩ，ＣＣＤ，液晶パネル，磁気
ヘッド等のデバイスを製造する際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりシンクロトロン放射光（以下Ｓ
Ｒと略す）やプラズマＸ線源等のＸ線を利用して、デバ
イスを製造するＸ線露光方法やＸ線露光装置が種々と提
案されている。

【０００３】一般にＸ線露光装置においては露光画角
（露光領域）を規制するためにＸ線を遮光する為の遮光
板を光路中に配置することの必要性が指摘されている。
これは、マスク上に配置する遮光膜によって露光領域と
非露光領域を明確に分けることができるｉ線やエキシマ
レーザ光等の光を利用した光露光装置における光露光と
違ってＸ線露光装置ではマスク上のＸ線吸収体により成
る遮光膜では露光画角周囲のＸ線を完全に遮光しきれ
ず、数％〜４０％程度透過してしまうので減光させるに
過ぎないという点と、露光画角周囲の遮光膜に広くＸ線
が照射されると遮光膜を形成しているＸ線吸収体がＸ線
を吸収してマスクの温度が上昇し、露光画角内の被転写
パターンにひずみが生じてしまうという点から、この遮
光板を光路中に配置することが必要とされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ｘ線露光装置におい
て、光路中にＸ線を遮光する遮光板を配置し、それによ
って露光画角（露光領域）を規制しようとすると次のよ
うな問題点が発生してくる。露光装置に露光画角を規制
するという機能を持たせるには、マスクの被転写領域
（露光領域）に合わせて露光画角を変化させる機能を持
たせなければならない。

【０００５】マスクの被転写領域を規定するためにそれ
ぞれ４方向から遮光板を任意の位置に高精度で移動可能
とし、かつマスク及びマスク支持部材などと機械的に干
渉しないようにする必要がある。

【０００６】この為マスクからある程度離れた位置に遮
光板を設置せざるを得ない。その際に光源の大きさと遮
光板、そしてマスクの位置関係から遮光板による半影ぼ
けと呼ばれる、照射Ｘ線量が徐々に少なくなってゆく境
界領域がマスク上に発生する。たとえ光源が非常に小さ
く、かつ光源がマスクから遠く離れていたとしても被露
光面（ウエハ面）と遮光板がある程度離れていれば回折
の影響も含まれて半影ぼけの境界領域は無視できない幅
となってくる。この結果マスク上に露光には使えない領
域が存在することになるばかりでなく、隣の露光領域に
照射Ｘ線が微量ながらも進入してしまうという問題点が
発生してくる。

【０００７】特に、光源にシンクロトロン放射光を用い
たＸ線露光装置では、光源の見かけの形は楕円形であ
り、露光画角を規制するブレード（遮光板）による半影
ぼけの裾が隣の露光領域に薄いながらも深く入り込んで
しまうことがある。

【０００８】この問題を避けるために転写領域（露光領
域）の周囲に転写パターンが全く無い十分な広さの境界
領域を確保して、そこに半影ぼけとなる幅を狭める方法
もあるがこの方法は無駄な領域が多くなってしまうため
デバイスの製造において非効率である。

【０００９】本発明は、Ｘ線を利用してデバイスを製造
するとき半影ぼけの影響で従来は広く確保していた境界
領域の幅を少なくし、デバイスを効率的にかつ安定して
製造することができる露光方法及びそれを用いた露光装
置の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の露光方
法は、露光転写すべきパターンを有するマスクと、該マ
スク上のパターンを露光転写する感光基板とを対向配置
し、該マスク上のパターンを該感光基板にＸ線を用いて
露光する露光方法において、光路中にはマスク上の露光
画角を規制する為のＸ線を遮る遮光板が設けられてお
り、該マスクは被転写パターン領域の外側周囲の所定部
分に減光領域を形成しており、該遮光板は、それによる
マスク上での半影となる領域内に、該マスクの減光領域
の内側端部が重なるように配置していることを特徴とし
ている。

【００１１】請求項２の発明の露光方法は、露光転写す
べきパターンを有するマスクと、該マスク上のパターン
を露光転写する感光基板とを対向配置し、該マスク上の
パターンを該感光基板にＸ線を用いて露光する露光方法
において、光路中にはマスク上の露光画角を規制する為
のＸ線を遮る遮光板が設けられており、該マスクは被転
写パターン領域の外側周囲に減光領域が設けられてお
り、該マスクの転写パターン領域の外側に位置する境界
領域の露光又は非露光の選択を該遮光板による該マスク
上で生じる半影を利用して行う選択工程を含むことを特
徴としている。

【００１２】請求項３の発明の露光装置は請求項１又は
２の露光方法を用いていることを特徴としている。

【００１３】請求項４の発明のデバイスの製造方法は、
請求項１又は２の露光方法を用いてマスクと感光基板と
の相対的な位置合わせを行う工程と、該マスク面上のパ
ターンを感光基板面上に露光した後に該感光基板を現像
処理する工程を用いてデバイスを製造していることを特
徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明のＸ線を利用した露
光装置の実施形態１の要部概略図である。本実施形態で
はＸ線を露光光として用いたプロキシミティ型の半導体
素子製造用の露光装置を示している。図１において、１
はＸ線源、２は露光画角を規制する遮光板、３はＸ線露
光用のマスクであり、所定の転写パターンが形成されて
いる。４は感光基板としてのウエハ、５Ｌ、５Ｒはマス
ク３の露光画角外側に配置されたＸ線吸収体（減光領
域）で通常，枠状に形成されているが、同図では説明の
ためにマスク断面左側を吸収体５Ｌ、右側を吸収体５Ｒ
と示す。６はウエハ４上の一方向での露光Ｘ線の強度分
布を示す。図１はＸ線によるマスク３上のパターンをウ
エハ４に等倍で露光転写を簡略化して示している。

【００１５】本実施形態の露光装置においては、マスク
３とウエハ４との位置決めを行うアライメント部やシャ
ッター、ウエハ４やマスク３を支持するステージや搬送
装置等から成り立っているが、本発明を説明する上では
必ずしも必要がないので同図では省略してある。

【００１６】また、図１における各部材の位置関係も、
実際にはＸ線源１にシンクロトロン放射光が用いられる
場合はＸ線源１は遮光板２よりずっと離れた位置にあ
り、又マスク３とウエハ４の間隔は数ミクロンから数十
ミクロンに近づけられている。そして、露光画角を規制
する遮光板２は露光装置に取り付けられていて可動とす
るため、マスク面から数ｍｍ〜数十ｍｍの位置に設置さ
れている。

【００１７】図１に示すように、Ｘ線源１からのＸ線を
マスク３に照射するとき、遮光板２でＸ線が遮光され
る。このとき遮光板２による照射されたＸ線の半影ぼけ
３ａがマスク上の露光画角の端に発生する。

【００１８】本発明はその半影ぼけの部分３ａとマスク
３の吸収体領域（５Ｒ，５Ｌ）を重ねる事によって、半
影ぼけ３ａの裾の部分のＸ線量を制限するようにしてい
る。

【００１９】図２は本発明の特徴を説明するための図で
ある。図２は図１において丸で囲まれた露光画角の端の
部分での強度分布が変化している領域７をより詳細に示
している。図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ半影
ぼけ３ａによる強度分布の変化する位置とマスク３上の
転写パターン領域外周に設置されたＸ線吸収体５Ｒの位
置との関係によってウエハ４上の露光Ｘ線の強度分布６
が変わる例を示している。

【００２０】以下、図２に従って本発明の特徴を説明す
る。照射強度は露光領域では１００％でそれ以外の領域
では０％となることが理想ではあるが、実際はそのよう
にする事は難しい。そこで露光に必要な強度は例えば想
定照射強度の９８％以上、非露光部分は想定照射強度の
２％以下などと範囲を定めて露光領域と非露光領域を区
別している。言い換えると、設定されたある露光量値に
対して、±２％以内を適正な露光量と設定している場合
を示す。

【００２１】図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）にそれぞれ示
すように９８％、２％は敷居（閾）値を示す線である。
ここで用いた数字は一例であり、露光プロセスやレジス
トの感度によってそれぞれ最適な値が決定されている。

【００２２】図２（Ａ）に示すように、露光領域（パタ
ーン領域）２１と境界領域２２と非露光領域（隣のパタ
ーン領域）２３はそれぞれの敷居値（９８％，２％）と
強度分布曲線の交わる点２１ａ，２２ａにて規定される
ことになる。この図の示す非露光領域２３はすなわち隣
の露光領域となりうる。

【００２３】図２（Ａ）は従来のＸ線マスク３への照射
強度分布例を示している。マスク３上の露光画角外側の
Ｘ線吸収体５Ｒは図２（Ａ）に示すようにＸ線が照射さ
れない部分に形成される場合を示しているが、あえて必
要ないので形成されていない場合もこの例に準ずる。

【００２４】この時、露光領域２１と非露光領域（隣の
露光領域）２３との間に存在する境界領域２２は、図に
示す強度分布曲線６で示すところの９８％〜２％の領域
である。従来はこの幅の部分はＸ線露光装置の固有の露
光に適さない領域として露光に使用できなかった。

【００２５】また、図２（Ｂ）はマスク３上の露光画角
外側のＸ線吸収体５ＲがＸ線が照射されるパターン領域
２１まで延出して形成される場合を示している。

【００２６】ここで強度分布曲線８は図２（Ａ）の曲線
６と同様の強度曲線であり、参考の為に示している。

【００２７】図２（Ｂ）の強度分布曲線６は吸収体５Ｒ
で照射Ｘ線の一部を吸収したときの強度分布を示してい
る。

【００２８】図２（Ｂ）は吸収体５Ｒをパターン領域２
１まで形成することによって強度分布曲線８が強度分布
曲線６となる様子を示している。

【００２９】露光領域２１内の露光量変動を確実に抑え
つつ強度分布が変化する領域の影響を無くすために安全
側に設計すると、このように半影ぼけの領域２２は露光
されないように設定される。この場合の露光領域２１と
隣の露光領域２３との間に存在する境界領域２２は、図
中に示されている幅となる。

【００３０】次に図２（Ｃ）は本発明の実施形態の説明
図である。図２（Ｃ）の図２（Ａ），（Ｂ）との違い
は、マスク３上の露光画角外側のＸ線吸収体５Ｒの内縁
をあえて半影ぼけの領域２２に重なるように設定したこ
とである。

【００３１】更に厳密に表現すると、図２（Ａ）にて説
明した適正露光量外の境界領域２２すなわち露光に適さ
ない露光Ｘ線強度分布が発生する領域に、Ｘ線マスク３
の露光画角の境目となるＸ線吸収体５Ｒの内縁５Ｒａを
設定する。

【００３２】図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の比較にて示
すように、半影ぼけの領域２２内にＸ線吸収体５Ｒの内
縁５Ｒａを設定する事によって、境界領域２２となる幅
が、図２（Ａ），（Ｂ）に比較して小さくなるというこ
とが明確にわかる。このように境界領域２２の幅を従来
に比較してより小さくすることによって、露光領域を従
来よりも広げる事ができるシステムを達成している。

【００３３】以上のように本実施形態ではマスクとして
被転写パターン領域２１の外側部分の所定部分に転写パ
ターンと同様のＸ線吸収体による遮光部又は減光領域５
Ｒ，５Ｌを形成したマスクを用い、露光装置の露光画角
を規制する遮光板による半影となる領域２２と遮光領域
５Ｒ，５Ｌの部分の内縁とが重なるよう、遮光板を配置
している。

【００３４】これにより、転写パターンの露光領域を装
置の遮光板が確保し、遮光板の半影内においてはマスク
の減光領域５Ｒ，５ＬがＸ線強度を十分に減光して隣の
パターン領域に進入する量を抑えている。

【００３５】図３，図４は本発明の実施形態２の要部概
略図である。本実施形態はマスク上の被転写パターン領
域の外側周囲に形成される遮光部又は減光領域と転写パ
ターン領域との間隔を、その転写工程に使用するレジス
トの性質または工程の順序または加工される膜の種類に
よって、それぞれ所定の間隔に設定し、該遮光部または
減光領域に露光画角を規定する遮光板による半影となる
部分を投影させ、かつ該半影を利用して被転写パターン
外周の境界領域の露光・非露光を選択している。

【００３６】特に本実施形態は、使用するレジスト及び
露光工程によって境界領域２２を露光する場合と露光し
ない場合の選択を可能とし、それぞれ対応するＸ線マス
ク３上の露光領域の外側のＸ線吸収体５Ｌ、５Ｒを適切
に配置している。

【００３７】図３（Ａ），（Ｂ）は隣り合う露光領域を
それぞれ露光する際に境界領域を露光する必要がある場
合を示した例である。まず、図３（Ａ）にて示すように
左側のパターン領域２１を露光する。この時の図示され
ていない遮光板による半影ぼけの影響とマスク３の転写
パターン外周に配置されたＸ線吸収対５Ｒによるウエハ
上の照射Ｘ線強度分布を実線６にて示す。

【００３８】次に図３（Ｂ）に示すように右側隣のパタ
ーン領域２３を露光する。この場合も前述と同様に境界
領域２２まで露光され、ウエハ上の照射Ｘ線強度分布は
図３（Ｂ）の実線６にて示される。境界領域２２はこれ
ら２度の露光によって積算された露光量分布９となる。
このように境界領域２２を露光するためには、マスク上
の露光領域を確定させる露光領域の外側のＸ線吸収体５
Ｒ、５Ｌを、半影ぼけの領域の中心線１０よりも外側に
配置することで達成される。

【００３９】総露光量９に示すように中心部（境界領域
２２）が過露光となるがその両側の部分（パターン領域
２１，２３）は適正露光量内になる。この境界領域部分
２２は微細パターンが無い部分であるため露光量は多め
であれば確実にレジストが露光されることになるので実
露光上問題とはならない。

【００４０】このように、境界部分を露光する必要があ
る場合は、例えばポジ型レジストを用いる工程にて現像
時に境界領域のレジストを無くしたい場合か、ネガ型レ
ジストを用いる工程にて現像時に境界領域のレジストを
残しておく必要が有る場合、例えば下地膜を残す必要が
有る場合等がある。

【００４１】次に、図４（Ａ），（Ｂ）は境界領域２２
を露光する必要が無い場合のＸ線吸収体５Ｒの位置を示
している。図３と同様に曲線６は、最初の左側のパター
ン領域２１の露光によるウエハ上の露光量分布を示す。

【００４２】曲線９は右側のパターン領域２３を露光し
た際の積分された露光量分布である。境界領域２２を露
光しないためには、図に示すように、マスク３上の露光
領域を確定させる露光領域外側のＸ線吸収体５Ｌ、５Ｒ
を、半影ぼけの領域（境界領域２２）の中心線１０より
も内側に配置する。

【００４３】特に、必要露光領域（パターン領域２１）
の外側ぎりぎりの部分から吸収体５Ｒを境界領域２２全
て覆うように設定する事により図に示すように、境界領
域２２は両側から露光されてもその和である総露光量分
布９はレジストが感光する敷居値まで達しないのでこの
部分はレジストが残る。

【００４４】但し、図中実線９が示すように少ないなが
らも数％〜３０％程度の露光がなされてしまうのでレジ
ストの感光する敷居値との調整は必要であるし、また現
像時にレジストが膜減りする場合もあるが微細パターン
領域（２１，２３）では無いのである程度許容される。
このように、境界部分２２を露光しない場合としては、
ポジ型レジストを用いる工程にて現像時に境界領域のレ
ジストを残す必要が有る場合、またはネガ型レジストを
用いる際の現像時にレジストを無くす必要が有る場合等
である。

【００４５】現像時に境界領域のレジストをどう処理す
るかは、マスク設計時には判明しているので上記いずれ
かの位置に吸収体５Ｒ，５Ｌを設置している。

【００４６】尚、本発明においてデバイスを製造すると
きには実施形態１又は２における露光方法においてマス
クとウエハとの相対的な位置合わせを行なう工程と、該
マスク面上のパターンをウエハ面上に露光した後に該ウ
エハを現像処理する工程を用いて製造している。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、Ｘ線を利用してデバイ
スを製造するとき半影ぼけが影響する境界領域の幅を少
なくし、デバイスを効率的にかつ安定して製造すること
ができる露光方法及びそれを用いた露光装置を達成する
ことができる。

【００４８】この他本発明によれば転写されるパターン
領域と隣のパターン領域との間に存在する境界領域幅を
従来に比較してより小さくすることでき、その結果露光
領域を広げる事ができるのでデバイスを効率的に製造す
ることができるという効果がある。

【００４９】また、特に請求項２の発明によればマスク
上の露光領域外側の所定の位置に吸収体を設置しその部
分に遮光板の半影を投影する事によって、境界領域のレ
ジストを残すか残さないか明確に選択できるのでプロセ
スの安定性を向上させるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の実施形態１の要部概略図

【図２】本発明に係るマスクと感光基板上の露光強度分
布の説明図

【図３】本発明に係るマスクと感光基板上の露光強度分
布の説明図

【図４】本発明に係るマスクと感光基板上の露光強度分
布の説明図

【図５】従来の露光装置の要部概略図

【符号の説明】

１ Ｘ線源 ２ 遮光板 ３ マスク ４ 感光基板（ウエハ） ５ Ｘ線吸収体 ２１，２３ パターン領域（転写パターン領域） ２２ 境界領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮地 剛司 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 春見 和之 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H097 CA07 CA15 5F046 GA02 GB03 GB05 GB07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光転写すべきパターンを有するマスク
   と、該マスク上のパターンを露光転写する感光基板とを
   対向配置し、該マスク上のパターンを該感光基板にＸ線
   を用いて露光する露光方法において、光路中にはマスク
   上の露光画角を規制する為のＸ線を遮る遮光板が設けら
   れており、該マスクは被転写パターン領域の外側周囲の
   所定部分に減光領域を形成しており、該遮光板は、それ
   によるマスク上での半影となる領域内に、該マスクの減
   光領域の内側端部が重なるように配置していることを特
   徴とする露光方法。
2. 【請求項２】 露光転写すべきパターンを有するマスク
   と、該マスク上のパターンを露光転写する感光基板とを
   対向配置し、該マスク上のパターンを該感光基板にＸ線
   を用いて露光する露光方法において、光路中にはマスク
   上の露光画角を規制する為のＸ線を遮る遮光板が設けら
   れており、該マスクは被転写パターン領域の外側周囲に
   減光領域が設けられており、該マスクの転写パターン領
   域の外側に位置する境界領域の露光又は非露光の選択を
   該遮光板による該マスク上で生じる半影を利用して行う
   選択工程を含むことを特徴とする露光方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２の露光方法を用いている
   ことを特徴とする露光装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２の露光方法を用いてマス
   クと感光基板との相対的な位置合わせを行う工程と、該
   マスク面上のパターンを感光基板面上に露光した後に該
   感光基板を現像処理する工程を用いてデバイスを製造し
   ていることを特徴とするデバイスの製造方法。