JP2628045B2 - 微細パターン転写装置 - Google Patents

微細パターン転写装置

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JP2628045B2
JP2628045B2 JP62173076A JP17307687A JP2628045B2 JP 2628045 B2 JP2628045 B2 JP 2628045B2 JP 62173076 A JP62173076 A JP 62173076A JP 17307687 A JP17307687 A JP 17307687A JP 2628045 B2 JP2628045 B2 JP 2628045B2
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照夫 細川
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シンクロトロン放射光(以下、SOR光とい
う)による微細パターン転写装置に関するものである。
〔従来の技術〕
超LSIの微細化に伴い、サブミクロンのパターンを大
量に且つ高速に転写する手法としてX線リソグラフィ技
術が注目されてきている。このX線リソグラフィに用い
るX線の光源としては、(a)回転金属ターゲットに電
子線を照射した時の制動輻射で生じるX線を利用するも
の、(b)プラズマから放射されるX線を利用するも
の、(c)電子蓄積リングから放射されるSOR光を利用
するもの、等がある。
この中で、(a)、(b)を採用したリソグラフィ装
置はすでに商品化されているが、転写速度が遅いので実
際のLSI製造に用いられるまでには至っていない。
一方、(c)のSOR光は、光強度が大きい、光の
平行性が良い、等のX線リソグラフィ用光源として前記
(a)、(b)には無い理想的な特性を有している。し
かし、蓄積リングから放射させるSOR光には、その他の
X線に比べて照射領域面積が狭いという欠点がある。す
なわち、前記(a)、(b)の光源、発散形であり、広
い方向にX線が照射されるためマスク全面を照射するの
は容易であるが、SOR光源は等価的に線状光源であり、
そのままではSOR光の特性を生かしつつマスク全面を照
射することはできない。このために、SOR光をリソグラ
フィ等に利用するには、照射領域を移動させて実質的に
照射面積を拡大することが必要となる。
このことは、換言すれば、適当な照射面積拡大手段さ
れ備えれば、SOR光をリソグラフィ用光源として利用で
きるということである。特願昭60−180427号は、照射面
積拡大機構を備えたシンクロトロン放射光発生装置に関
するものであり、蓄積リング内の電子軌道を揺動させて
照射面積を広くするものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、X線リソグラフィは、感光材を塗布したシ
リコンウエハと光源の間にLSI微細パターンを形成した
マスクを設置し、このマスクを通してX線を感光材に照
射することにより、マスク上の微細パターンをシリコン
ウエハ上に転写する技術である。この際に、微細パター
ンを正確に転写するには、シリコンウエハ上に照射され
るX線量をウエハに塗布する感光材の感度に応じて精密
に制御する必要がある。したがって、X線リソグラフィ
装置にはシリコンウエハ上に到達するX線のエネルギを
精密に調整する機構すなわち露光量調整機構が不可欠と
なる。
しかし、上述したようにSOR光とSOR光以外の従来のX
線光源とは極めて異質であるため、露光量調整機構とし
て従来技術をそのまま適用することはできず、新たな工
夫が必要となっている。
上記(a)の光源を用いたリソグラフィ装置に採用さ
れている露光量調整機構としては、 (イ)回転ターゲットに入射する電子ビームにパルス変
調を加え、そのパルス幅を制御することにより、ウエハ
に到達するX線量を調整する方式 (ロ)光源とマスク間にX線を透過させない材料ででき
たシャッタを設置し、シャッタの開状態にある時間を制
御する方式 等があり、上記(b)の光源を用いたりリソグラフィ装
置に採用されている露光量調整機構としては、 (ハ)プラズマをパルス的に発生させ、パルス数を制御
する方式 等がある。
方式(イ)、(ハ)はX線の発生源となる電子あるい
はプラズマの発生時間を制御することにより、X線の光
量を制御している。この原理をSOR光の光源である電子
蓄積リングに適用すると、電子の蓄積時間を調整するこ
とに対応する。この方式でも原理的にはSOR光の光量を
制御できるが、蓄積リングに蓄積される電子のエネルギ
は数百ミリオンボルトと極めて高く、電流量も数百ミリ
アンペアと大電流であるため、この電子加速、電子蓄
積、電子消失の過程を高い頻度で繰り返すと、次の問題
が生じる。
電子加速、電子消失の時間はパターン転写できないか
ら、露光のスループットが低下する。
電子加速、電子消失時にはγ線、中性子線等の放射線
の発生が多くなり、放射線対策に要する設備費用が増大
し経済的に不利になる。
経済化のために、超電導磁石を用いたリング内加速方
式を採用することが有望である。しかし、超電導磁石で
あっても電子加速時には電力損失を生じ、加速頻度が高
いとこの電力加速時には電力損失も無視できない。ま
た、加速時にはHe消費量が増大するため加速頻度が高い
とHe冷凍設備等も大型のものが必要となりHe冷凍設備の
消費電力、設備投資が大きくなり経済化に反する。
一方、方式(ロ)をSOR光に適用した場合、リソグラ
フィ用SOR光の光源は、照射領域拡大機能によって照射
領域が時間的に変化しているため、単にシャッタを設置
して任意の時刻にシャッタを開閉すると露光ムラが生
じ、微細パターンの転写には大きな障害となる。
また、SOR光強度は時間的にも変化し、電子蓄積リン
グ内の周回電子の寿命を24時間とすると、8時間で電流
は約28パーセント低下する。そのため、ウエハ間におい
て露光ムラが生じる。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の微細パターン転写装置は上記問題点に鑑みて
なされたものであり、SOR光の照射領域を試料面上で移
動させることにより当該試料面の所望領域全面を照射し
て微細パターンの転写を行う装置において、前記SOR光
の照射領域が前記試料面上を移動する速度を変化させる
手段を備え、加えて、SOR光光源と前記試料との間に配
置されSOR光を選択的に遮蔽する手段と、このSOR光遮蔽
手段を前記照射領域の移動に同期させて動作させる制御
手段とを付加したものである。
〔作用〕
SOR光の強度の変化に応じてSOR光照射領域の移動速度
を変化させることにより、試料面でのSOR光エネルギ密
度を一定にすることができる。また、SOR光遮蔽手段の
動作を照射領域の移動に同期させているので、SOR光照
射領域が所定の位置にきたときに限りSOR光遮蔽手段を
動作させることができる。
〔実施例〕
以下、実施例と共に本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例を示す回路構成図である。
アップダウンカウンタ3は、カウンタの出力がある設定
上限値に到達するとダウンカウントに移行し、出力が設
定下限値に到達したときはアップカウントに移行するよ
うになっている。カレントトランスフォーマ(TC)6
は、図示省略した電子蓄積リングの電子電流IBを検出
し、電子電流IBに比例した電圧VBを出力するものであ
る。電圧制御発振器(VCO)7は、カレントトランスフ
ォーマ6の出力電圧VBに応じて自己の発振周波数fが変
化するものであり、その出力端子はアップダウンカウン
タ3の入力端子に接続されている。D/A変換器2は、ア
ップダウンカウンタ3のカウント内容を常時パラレルに
入力しており、そのカウント値を電圧値VMに変換する手
段であり、その出力電圧VMはカレントブースタ1に与え
られる。カレントブースタ1は入力される電圧VMに応じ
た揺動磁石励磁電流IMを出力する手段である。揺動磁石
励磁電流IMは、図示省略した蓄積リングに設けられた揺
動磁石を励磁する電流であり、この電流が変化すること
により、その変化に応じて蓄積リング内に蓄積された電
子電流の軌道が揺動し、そこから放射されるSOR光の照
射領域が移動するようになっている。コンパレータ4
は、アップダウンカウンタ3のカレント値をパラレルに
入力し、その値を予め設定した値と比較し、一致すると
一致信号を出力する。この一致信号は、SOR光源と微細
パターン被転写試料との間に設けられSOR光を選択的に
遮蔽する図示省略したシャッタに対して開閉駆動のタイ
ミング信号として与えられる。
つぎに本実施例の動作を説明する。
いま、蓄積リングの電子電流IBが時間的に変化せず一
定であるとすると、カレントトランスフォーマ6の出力
電圧VBが一定となり、電圧制御発振器7の発振周波数f
が一定となる。したがって、アップダウンカウンタ3の
カレント内容は、一定速度でアップダウンを繰り返し、
カレントブースタ1が出力する揺動磁石励磁電流IMの波
形は第2図に示すような一定周期の三角波となる。揺動
磁石励磁電流IMの波形が第2図のように三角波となる
と、蓄積リングから放射されるSOR光が上下に振れてマ
スク上の照射領域が上下に移動する。このときの動作を
第3図に示す。第3図はマスク、ウエハおよびマスク上
でのSOR光の照射状態を示した斜視図である。同図にお
いて、31はウエハ、32はマスク、33はSOR光照射領域、3
4はマスク32上のマスクパターン形成領域である。ある
時刻におけるマスク32上のSOR光強度は水平方向に長い
線状の分布を示し、図示したSOR光照射領域33のように
なる。このSOR光照射領域33の位置は、揺動磁石励磁電
流IMと比例関係にあるため、揺動磁石励磁電流IMが第2
図のように変化するとSOR光照射領域33は矢印のように
上下に一定速度で移動する。したがって、揺動磁石励磁
電流IMの変化点付近すなわち、第2図A、Bで示す領域
において、SOR光照射領域33がパターン形成領域34から
外れるようにすれば、SOR光照射領域33は、常に、マス
ク32のパターン形成領域34を均一に照射することにな
る。
以上は、基本的な動作を説明するために蓄積リングの
電子電流IBが一定の理想的な状態を例にとったが、実際
には電子電流IBは低下して、SOR光強度が低下する。つ
まり、蓄積リング内は超高真空に保たれているが、蓄積
リングの僅かな残留ガスにより蓄積された電子が散乱
し、電子電流IBが低下する。電子蓄積リングで発生する
SOR光強度は電子電流IBに比例するので、電子電流IB
低下すれば、SOR光強度も低下することになる。通常、
電流が1/eに低下するまでの時間を電子寿命とよぶ。こ
こでeは自然対数の底である。真空度に起因する寿命の
設定目標値として、たとえば24h程度が選ばれる。勿
論、これより長い電子寿命を設定することは可能である
が、真空チャンバや真空ポンプ等の真空部品が高価とな
り、産業用の蓄積リングとしては経済的に不利となる。
寿命が24hの場合、時間が8h経過すると、電流は28パー
セント程度低下する。このとき、仮に、揺動磁石励磁電
流IMの周期が一定であったならば、最大28パーセント程
度の露光誤差が生じ、この露光誤差量は0.1μm程度の
微細パターンを転写するには不敵な値である。
この問題を回避するためには、第4図に示すように、
電子電流IBに応じて揺動磁石励磁電流IMを制御し、マス
ク32面状のSOR光照射領域33の上下移動速度vを変化さ
せて露光量を一定に保ち、マスク32上でのSOR光エネル
ギ密度を一定にすればよい。ある時間Δt内におけるSO
R光照射領域33の移動量をΔzとすると、SOR光強度は電
子電流IBに比例するから、 エネルギ密度∽IBΔt/Δz =IB/(Δz/Δt) =IB/v となり、IB/vが一定となるように揺動磁石励磁電流IM
調整すれば、マスク32面上のSOR光エネルギ密度を一定
に保つことができる。
本実施例によれば、かかる調整を自動的に達成するこ
とができる。すなわち、蓄積リング内の電子電流IBが低
下すると、電子電流IBに比例してカレントトランスフォ
ーマ6の出力電圧が低下し、この電圧で周波数制御され
ている電圧制御発振器7の発振周波数fが低くなる。発
振周波数fが低くなると、アップダウンカウンタ3に入
力されるパルス間隔が長くなり、最終的には、揺動磁石
励磁電流IMの時間微分の絶対値|dIM/dt|が小さくな
る。ここで、アップダウンカウンタ3に入力されるパル
ス間隔をΔt、アップダウンカウンタ3の出力1カレン
トに相当する揺動磁石励磁電流をΔIM、ΔIMに対応する
SOR光照射領域の移動量をΔz、k1〜k3をそれぞれ定数
とすると、 f=k1・IB Δt=k2/f ΔIM=k3・Δz となり、一方、 IB/v=IB/(Δz/Δt) であるから、 IB/v=k2・k3/ΔIM・k1 =定数 となり、SOR光エネルギ密度IB/vが一定に保たれる。
なお、感光材は種類により露光感度が異なるので、エ
ネルギ密度IB/vの値を感光材に応じて設定する必要があ
るが、本実施例では、分周器5の分周比を変更すること
によりIB/vの値を任意に設定することができる。
以上説明では、電子電流IBは、電子と真空チャンバ内
の残留ガスとの散乱によって時間的に緩やかに低下する
としたが、実際の装置ではさらに種々の要因による電流
低下が予想され、その中には、電流低下が急激に生じる
場合もあり得る。たとえば、あるフィールドを露光中に
第5図の破線で示すような急激な電子電流IBの低下が生
じたとする。このような場合にも、本実施例によれば、
揺動磁石励磁電流IMは同図の実線のように調整され、露
光ムラを防ぐことが可能となり、貴重なウエハの損失を
無くすことができる。なお、電子電流IBの急激な低下を
生じたとき、その低下が大幅である場合には、その時点
でのフィールド露光が終了した時点で、蓄積リングへの
電子補給を行うのがよい。
つぎに、露光調整のためのシャッタ制御動作について
説明する。コンパレータ4では、既に述べたように入力
されるカウント内容を設置値と比較し、一致したときに
一致信号を出力するようになっている。この信号を例え
ば1/2に分周すれば、電子電流IBの周期Tに同期したタ
イミング信号を得ることができ、このタイミング信号に
基づいて図示省略したシャッタを開閉すれば露光ムラが
防止できる。例えば第2図において、時刻t21でシャッ
タを開状態とすると、T時間後の時刻t22でシャッタを
にすることができ、シャッタの開閉が行われるときのマ
スク32上でのSOR光照射領域33の位置は常に同じとな
り、露光ムラが防止できる。露光ムラ防止をさらに確実
にするためには、SOR光照射領域33がマスク32上でパタ
ーン形成領域34から外れたとき、すなわち、第2図にお
いて、例えば時刻t31と時刻t32の間、あるいはt33とt34
の間でシャッタを開閉することが望ましい。このように
したときには、つぎのような特長がある。SOR光の照射
領域33がマスク32上のパターン形成領域34内に有すると
き、たとえば、t21、t22等の時刻でシャッタを動作させ
る場合、シャッタの開閉に要する時間が長いと露光ムラ
の原因となる。しかるに、時刻t31と時刻t32の間、ある
いは時刻t33と時刻t34の間においてシャッタを開閉する
と、このときにはパターン形成領域34にはSOR光は照射
されていないので、この間に開閉動作を終了させれば露
光量に全く影響を与えない。すなわち、この場合には、
シャッタの動作速度を遅くすることができる。シャッタ
機構は真空中に設置されるから、その動作速度が遅くで
きることは、装置の製造価格を大幅に低減できるととも
に、リソグラフィ装置には不可欠な動作の信頼性が飛躍
的に向上する。以上、本実施例を第1図に基づいて説明
してきたが、本実施例のアップダウンカウンタ3をメモ
リモジュールに代えることもできる。その場合には、波
形データを前もってメモリモジュールにに格納してお
き、カウントパルスが入力する毎にD/A変換器2および
コンパレータ4に送り出すデータが格納されている番地
をカウントアップ・カウントダウンしてゆく。メモリモ
ジュールを使う方式を採用するときには、たとえば、全
体の構成要素に非線形なものが存在していても、メモリ
モジュールに非線形なデータを格納しておくことによ
り、前者の非線形を補正することができる。
なお、以上の説明ではエネルギ密度IB/vは一定とした
が、これは厳密に一定である必要はなく、その誤差があ
る許容範囲内にあれば実用上問題ない。
また、SOR光の照射領域を拡大する手法として、揺動
磁石を用いる蓄積リングを前提に行ったが、これに限定
されるものではない。たとえば、SOR光の照射領域を拡
大する手法として、X線鏡を振動させる方法等が既に考
えられており、本発明はこの方法にも適用することがで
きる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明の微細パターン転写装置に
よれば、SOR光の強度の変化に応じてSOR光照射領域の移
動速度を変化させることにより、試料面でのSOR光エネ
ルギ密度を一定にすることができるので、SOR光強度変
化によるウエハ間の露光ムラを防止することができる。
また、SOR光遮蔽手段の動作を照射領域の移動に同期さ
せているので、SOR光照射領域が所定の位置にきたとき
に限りSOR光遮蔽手段を動作させることができ、遮蔽手
段による露光調整を露光ムラを生じさせずに行うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第2図、
第4図および第5図はそれぞれ揺動磁石励磁電流IMの変
化を示すグラフ、第3図は被照射物を示す斜視図であ
る。 1…カレントブースタ、2…D/A変換器、3…アップダ
ウンカウンタ、4…コンパレータ、5…分周器、6…カ
レントトランスフォーマ、7…電圧制御発振器。
フロントページの続き (72)発明者 石原 直 神奈川県厚木市森の里若宮3番1号 日 本電信電話株式会社厚木電気通信研究所 内 (72)発明者 中島 雅之 神奈川県厚木市森の里若宮3番1号 日 本電信電話株式会社厚木電気通信研究所 内 (56)参考文献 特開 昭62−141721(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シンクロトロン放射光の照射領域を試料面
    上で移動させることにより当該試料面の所望領域全面を
    照射して微細パターン転写を行う装置において、前記シ
    ンクロトロン放射光照射領域が前記試料面上を移動する
    速度を変化させる手段と、前記シンクロトロン放射光の
    光源と前記試料との間に配置されシンクロトロン放射光
    を選択的に遮蔽する手段と、このシンクロトロン放射光
    遮蔽手段を前記照射領域の移動に同期させて動作させる
    制御手段とを備えた微細パターン転写装置。
  2. 【請求項2】制御手段は、シンクロトロン放射光照射領
    域が試料面上の微細パターン形成領域から外れた場所に
    存在するときにシンクロトロン放射光遮蔽手段を動作さ
    せるものである特許請求の範囲第1項記載の微細パター
    ン転写装置。
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