JP3027240B2 - X線露光装置 - Google Patents

X線露光装置

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JP3027240B2
JP3027240B2 JP3205682A JP20568291A JP3027240B2 JP 3027240 B2 JP3027240 B2 JP 3027240B2 JP 3205682 A JP3205682 A JP 3205682A JP 20568291 A JP20568291 A JP 20568291A JP 3027240 B2 JP3027240 B2 JP 3027240B2
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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    • G03F7/70058Mask illumination systems
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    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/702Reflective illumination, i.e. reflective optical elements other than folding mirrors, e.g. extreme ultraviolet [EUV] illumination systems

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、X線マスクに形成さ
れたパターンをウェーハ上に感光させるX線露光装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】X線露光装置のX線源として使用される
ものにシンクロトロン放射光(以下、放射光という。)
がある。放射光は、ストレージリング内を周回する電子
から放射され、主光線方向から離れるにつれ、その強度
が減少する。X線露光装置において、X線マスク上の露
光面に放射光が垂直に入射し、かつ、露光面における放
射光の主光線位置が一定であることが望ましい。
【0003】この条件を満たすために種々の方策が考え
られているが、その1つは、ストレージリング上に配置
された軌道補正機構によって電子軌道を補正して放射光
の主光線方向を定め、かつ、X線露光装置全体の微調整
によって露光面における主光線位置を定めるものであ
る。しかし、この方法は、ストレージリングとX線露光
装置とを接続する際の初期調整時に実施されるものであ
り、露光中に主光線方向を補正しうるものではない。な
お、初期調整の他の例として、レビュー オブサイエン
ティフィック インスツルメンツ(Rev.Sci.I
nstrum.)1989年7月号に示されたものがあ
る。
【0004】図7はRev.Sci.Instrum.
1989年6月号P.1954に示された従来の放射光
の入射位置設定装置を示す構成図である。図において、
41はスリット型の放射光位置検出器、42Aは上方電
極用の電流増幅器、42Bは下方電極用の電流増幅器、
42Cは電流増幅器41A,41Bの出力差を計測する
ための差動増幅器、43は差動増幅器42Cの出力電圧
をディジタル化するA−Dコンバータ、44は所定の単
色光のみ出射するモノクロメータである。
【0005】45はモノクロメータ44の出射光を通過
させるスリット、46は陽極分離イオンチェンバ型の放
射光位置検出器、47Aは上方電極用の電流増幅器、4
7Bは下方電極用の電流増幅器、47Cは電流増幅器4
7A,47Bの出力差を計測するための差動増幅器、4
8は差動増幅器47Cの出力電圧をディジタル化するA
−Dコンバータである。
【0006】49は実験ステージ56上の陽極分離イオ
ンチェンバ型の放射光位置検出器、50Aは上方電極用
の電流増幅器、50Bは下方電極用の電流増幅器、50
Cは電流増幅器50A,50Bの出力差を検出するため
の差動増幅器、51は差動増幅器50Cの出力電圧をデ
ィジタル化するA−Dコンバータ、52はサンプルチェ
ンバである。
【0007】53はスリット型の放射光検出器41を搭
載したステージ、54はモノクロメータ44を搭載した
ステージ、55はスリット45および放射光位置検出器
46を搭載したステージであり、56は放射光位置検出
器49およびサンプルチェンバ52を搭載した実験ステ
ージである。
【0008】そして、57は各A−Dコンバータ43,
48,51の出力にもとづいて放射光のずれを検出し、
実験ステージ56を移動させるステッピングモータ58
を、検出したずれに応じて駆動するマイクロコンピュー
タである。
【0009】次に動作について説明する。スリット型の
放射光位置検出器41は、供給される放射光の光電子に
応じた電流を出力する。そして、上下の電極の電流の差
に応じた値が、電流増幅器42A,42B、差動増幅器
42CおよびA−Dコンバータ43を介してマイクロコ
ンピュータ57に入力する。
【0010】また、モノクロメータ44の出力である単
色の放射光によって陽極分離イオンチェンバ型の放射光
位置検出器46,49においてそれぞれ2枚の陽極と陰
極(図7において2枚の陽極の裏面にある。)との間で
イオンが生成される。放射光位置検出器46,49の2
枚の陽極は、それぞれイオンを収集して電流を出力す
る。それらの電流に応じた値は、電流増幅器47A,4
7B,50A,50B、差動増幅器47C,50Cおよ
びA−Dコンバータ48,51を介してマイクロコンピ
ュータ57に入力する。各A−Dコンバータ43,4
8,51の出力値すなわち測定値が放射光の初期状態と
して、マイクロコンピュータ57で記憶される。
【0011】この状態で、供給される放射光の位置がず
れると(図7において、矢印Upで示す。)そのずれ量
に応じて各放射光検出器41,46,49の出力電流の
値が変化する。すなわち、マイクロコンピュータ57に
入力する各測定値が変化する。マイクロコンピュータ5
7は、現在の各測定値と初期状態の各測定値とから放射
光の位置ずれ量を算出する。
【0012】そこで、マイクロコンピュータ57は、位
置ずれを補正するために、位置ずれ量に応じた制御信号
をステッピングモータ58に与える。ステッピングモー
タ58は、位置ずれ量を補正する分だけ実験ステージ5
6を移動させる。このようにして、サンプルチェンバ5
2において、常に一定位置に放射光が入射する。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】従来のX線露光装置は
以上のように構成されているので、ストレージリングの
電子軌道の補正およびX線露光装置の微調整によるもの
にあっては、電子軌道の補正によって十分な精度が得ら
れずX線露光装置の微調整機構が大がかりなものになっ
てしまい、また、ストレージリングの設定をかえるたび
に再調整を行う必要がある。さらに、露光中に主光線を
露光面に対して常に垂直に保ち、かつ、露光面上で主光
線位置を一定に保つことは困難であるという問題点があ
った。
【0014】また、図7に示したものを採用した場合に
は、イオンチェンバ型の放射光検出器46,49は、サ
ンプルチェンバ52に入射する放射光に強度変化等の外
乱を与える。また、スリット型の放射光位置検出器41
を用いていることから放射光の位置ずれ量とマイクロコ
ンピュータ57に入力する測定値との関係の直線性がよ
くない。さらに各放射光検出器41,46,49が一直
線上に配置されていることから、放射光の垂直方向(ス
テージに対して)のずれを検出できるものの、放射光の
進行方向に対して放射面が傾くようなずれを検出するこ
とができないなどの問題点があった。
【0015】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、入射目標となる部分に入射する
放射光に外乱を与えることなく、高精度かつ高感度で放
射光の位置検出ができ、放射光の露光面における入射位
置を常に一定に保つX線露光装置を得ることを目的とす
る。さらに、常に放射光の主光線を露光面に対して垂直
にしかも一定位置に入射させることができるX線露光装
置を得ることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】この発明に係るX線露光
装置は、供給された放射光の広がりの一部における放射
光を取り込んでその放射光を集光させる初段ミラーと、
この初段ミラーによる集光点を通過した放射光を反射し
てX線マスクに入射させる後段ミラーと、初段ミラーお
よび後段ミラーの位置を変える駆動機構と、放射光の広
がりのうち初段ミラーに入射しない部分の放射光の光電
子を検出する複数の放射光位置検出器と、これらの放射
光位置検出器の出力に応じて、放射光の位置ずれを検出
し、検出された位置ずれに応じて、後段ミラーの反射光
が所定の入射位置に入射するような各ミラーの位置を設
定する指示を駆動機構に与える制御部とを備えたもので
ある。
【0017】
【作用】この発明におけるX線露光装置は、初段ミラー
により供給された放射光の広がりの一部における放射光
を取り込んでその放射光を集光させ、後段ミラーにより
初段ミラーによる集光点を通過した放射光を反射してX
線マスクに入射させ、複数の放射光位置検出器により放
射光の広がりのうち初段ミラーに入射しない部分の放射
光の光電子を検出させ、これらの放射光位置検出器の出
力に応じて、放射光の位置ずれを検出し、検出された位
置ずれに応じて、後段ミラーの反射光が所定の入射位置
に入射するような各ミラーの位置を設定する指示を駆動
機構に制御部に与える。
【0018】
【実施例】実施例1. 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図1
はこの発明の第1の実施例によるX線露光装置を示すも
のである。図において、1は高エネルギーの電子を貯蔵
する電子蓄積リング、2は放射光の取り込み角を定める
スリット、3は放射光を反射するミラー、4は放射光を
取り出すためのベリリウム窓、5はマスクパターンを有
するX線マスク、6はマスクパターンが焼き付けられる
ウェーハ、7はステッパである。
【0019】 8,9,10はそれぞれミラー3には入射
しない放射光が存在する位置に設けられた2分割光電子
型の放射光位置検出器、11A,12A,13Aはそれ
ぞれ放射光位置検出器8,9,10の上方電極の電流を
増幅する電流増幅器、11B,12B,13Bはそれぞ
れ放射光位置検出器8,9,10の下方電極の電流を増
幅する電流増幅器、14A,14B,15A,15B,
16A,16Bはそれぞれ電流増幅器11A,11B,
12A,12B,13A,13Bの出力をディジタル化
するA−Dコンバータである。
【0020】 そして、17は各A−Dコンバータ14
A,14B,15A,15B,16A,16Bの出力値
にもとづいて放射面のずれ量を検出するマイクロコンピ
ュータ(制御部)、18はマイクロコンピュータの指示
に従ってミラー3の放射面に対する角度を変える6軸駆
動機構である。21はスリット2で定められる放射光の
取り込み角、22はミラー3に入射する放射光の取り込
み角を示している。なお、取り込み角21は放射光の広
がりを規定する。
【0021】 また、図2は2分割光電子型の放射光位置
検出器8の詳細構成を示すもので、図において、8Aは
上方電極、8Bは下方電極、8Cは光電子を集める集電
極、8Dは電界Eを形成する電場形成電極、8Eは絶縁
セラミックである。検出効率を上げるために、上方電極
8Aおよび下方電極8Bの面の法線は、放射光の進行方
向に対して90度よりも数度ずれている。21Aは放射
光の広がりにおける放射光の一部、23は放射光位置検
出器8によって切り取られる放射光を示している。24
は放出される光電子を示している。なお、放射光位置検
出器9,10も図2に示したものと同一構成である。
【0022】 次に動作について説明する。まず、図2に
示すように、x軸、y軸、z軸を定義する。すなわち、
所望の状態における放射光の進行方向をz軸、z軸に直
交する2方向をx軸およびy軸で表す。
【0023】 電子蓄積リング1から放出された放射光
は、スリット2で取り込み角21が制限される。この取
り込み角21は、ミラー3に至る放射光の取り込み角2
2よりも大きい。スリット2を通過した放射光のうち取
り込み角22で定められる範囲の外の放射光の一部は、
放射光検出器8の上方電極8Aおよび下方電極8Bに当
たる。このとき、光電子が放出され電界Eによって集電
極8Cに捕捉される。そして、放出された光電子に比例
した電流が上方電極8Aおよび下方電極8Bに流れるこ
とになる。
【0024】 上方電極8Aおよび下方電極8Bに流れる
電流をそれぞれIU ,IL とすると、図3に示すよう
に、y軸方向の放射光のずれ量(所望の状態からのず
れ)と(IU −IL )/(IU +IL )との間にほぼ比
例関係がある。よって、マイクロコンピュータ17はあ
らかじめ図3に示す関係を保持していれば、測定された
U およびIL から(IU −IL )/(IU +IL )の
演算を行い、保持している関係から所望の状態に対する
放射光のずれ量を知ることができる。
【0025】 2分割光電子型の放射光位置検出器8が出
力した電流値は、電流増幅器11A,11BおよびA−
Dコンバータ14A,14Bを介して、電流値に応じた
値としてマイクロコンピュータ17に入力する。マイク
ロコンピュータ17は、A−Dコンバータ14A,14
Bの出力値に応じてIU およびIL を知る。
【0026】 さらに、他の2つの放射光位置検出器9,
10が設けられているので、マイクロコンピュータ17
は、3か所(一直線上にはない。)の位置ずれ情報を得
ることができる。そこで、マイクロコンピュータ17
は、放射面のy軸方向のずれのみならず、放射光の3次
元の方向を知ることができ放射面が傾いたような場合の
ずれをも算出することができる。
【0027】 さらに、マイクロコンピュータ17はX線
マスク5に入射する放射光の位置の所望の位置からのず
れがなくなるようなミラー3の位置を算出する。そし
て、ミラー3をその位置設定するような制御信号を6軸
駆動機構18に出力する。6軸駆動機構18は、制御信
号に従って、ミラー3の位置を変える。このようにし
て、放射光は常にX線マスク5における所定の位置に入
射する。
【0028】 実施例2. 図4はこの発明の第2の実施例による放射光の入射位置
設定装置を示す構成図である。この場合には、ミラー3
から出射された放射光の広がりのうち、X線マスク5に
入射しない部分にも3つの放射光位置検出器31,3
2,33が設けられている。
【0029】 マイクロコンピュータ17は、電流増幅器
34A,34B,35A,35B,36A,36Bおよ
びA−Dコンバータ37A,37B,38A,38B,
39A,39Bを介して3つの位置情報を入手する。位
置情報から位置ずれを知る方法は第1の実施例における
方法と同様である。
【0030】 この場合には、ミラー3の熱変形などによ
る放射光のずれをも検出することができ、そのずれも6
軸駆動機構18に対する制御信号に反映される。また、
図4に示したものにおいて、放射光検出器8,9,10
を外して、放射光31,32,33のみ設けた構成とし
てもよい。
【0031】 実施例3. 図5はこの発明の第3の実施例によるX線露光装置を示
す構成図である。図において、3Aは取り込み角22に
おける放射光を反射して集光させる初段ミラー、3Bは
集光点からの放射光をX線マスク5に入射させる後段ミ
ラー、18Aは初段ミラー3Aの6軸駆動機構、18B
は後段ミラー3Bの6軸駆動機構である。
【0032】 61〜64は取り込み角22の範囲外に設
けられた放射光位置検出器であり、それぞれ第1の実施
例におけるものと同じものである。また、71は電流増
幅器やA−Dコンバータを含む変換回路、72は第1の
実施例におけるマイクロコンピュータ17と同様のマイ
クロコンピュータである。なお、25は放射光の光源
点、26は放射光の主光線を示している。また、図5
は、図1に比べて簡略記載されている。
【0033】 図6は6軸駆動機構18A,18Bの一構
成例を示す構成図である。なお、第1の実施例における
6軸駆動機構18も同様に構成できる。図において、8
1はミラーホルダー、82は真空フランジ、83はべロ
ーズ、84はy軸方向にミラーを移動するためのy軸直
進モータ、85はx軸方向にミラーを移動させるための
x軸直進モータ、86はz軸方向にミラーを移動させる
ためのz軸直進モータ、87はx軸に対してミラーを回
転させるためのθx 回転モータ、88はy軸に対してミ
ラーを回転させるためのθy 回転モータ、89はz軸に
対してミラーを回転させるためのθz 回転モータであ
る。
【0034】 次に動作について説明する。放射光のy軸
方向のずれは、第1の実施例の場合と同様に、マイクロ
コンピュータ72で認識される。さらに、異なるx座標
を有する複数の放射光位置検出器61,62(または放
射光位置検出器63,64)からの電流情報をもとにx
軸方向のずれを認識する。また、異なるz座標を有する
複数の放射光位置検出器61,63(または放射光位置
検出器62,64)からの電流情報をもとにz軸方向の
ずれを認識する。このようにして、マイクロコンピュー
タ72は、放射光の所望の方向からの3次元のずれを知
ることができる。すなわち、実際の放射光の角度および
光源点25の実際の位置を知ることができる。
【0035】 次に、マイクロコンピュータ72は、X線
マスク5に入射する放射光の位置の所望の位置からのず
れがなくなるように、6軸駆動機構18A,18Bを制
御する。6軸駆動機構18A,18Bは、それぞれ、
x,y,zの3軸方向の平行移動と各3軸に対する回転
移動の計6軸の調整機構を有している。従って、調整自
由度として、12の自由度が存在する。
【0036】 ここで、主光線を初段ミラー3Aおよび後
段ミラー3Bの中心で反射させるために、それぞれの
x,y,z軸方向の直進運動が用いられる。よって、計
6つの自由度が拘束される。また、後段ミラー3Bから
出射した主光線の軸を一定に保つために、例えば、初段
ミラー3Aおよび後段ミラー3Bのθx ,θz 方向の回
転が用いられ、計4つの自由度が拘束される。
【0037】 従って、後段ミラー3Bから出射した主光
線の軸を一定に保った上で、さらに2つの自由度が残
る。残った2つの自由度を利用して、初段ミラー3Aか
ら出射した放射光の集光点を定点とすることができる。
さらに、事前に校正表を求めることによって、後段ミラ
ー3B出射後の放射光の強度変化が生じにくいように調
整したり、後段ミラー3B出射後の放射光の強度分布の
変化が微小であるように調整したりすることもできる。
【0038】 次に、光源点25の位置は一定で、放射光
の主光線26の角度が変化した場合を例として、マイク
ロコンピュータ72および6軸駆動機構18A,18B
の動作を説明する。ここで、初段ミラー3A出射後の主
光線は定点(座標:xfix ,yfix ,zfix )を通過
し、初段ミラー3Aのz座標は固定した状態にあるとす
る。主光線26の所望の状態からの傾き角θxd,θyd
もとに、マイクロコンピュータ72は、以下の値を算出
する。
【0039】1 =z1 sinθyd1 =z1 sinθxd θx1=arctan(yfix −y1 )/(zfix −z1 )−θxd θy1=−arctan x1 /(zfix −z1 )−θyd2 =z1 +(yend −y1 )(zfix −z1 )/(yfix −y1 ) x2 =z1 tanθyd+(z2 −z1 )tan(θyd+θy1) y2 =z1 tanθxd+(z2 −z1 )tan(θxd+θx1) θx2=−θxd−θx1 θy2=−θyd−θx1
【0040】 ここで、x1 ,y1 ,z1 は初段ミラー3
Aにの所望の設定状態からの距離偏差すなわち初段ミラ
ー3Aに対する移動量の設定値、θx1,θy1,θz1は初
段ミラー3Aに対する回転量の設定値、x2 ,y2 ,z
2 は後段ミラー3Bに対する移動量の設定値、θx2,θ
y2,θz2は後段ミラー3Bに対する回転量の設定値、x
end (≡0)、yend は露光面における定点である。
【0041】そのような設定値をマイクロコンピュータ
72から受けた6軸駆動機構18A,18Bは、初段ミ
ラー3Aおよび後段ミラー3Bを設定値に従って駆動す
る。このように設定することにより、主光線26は、露
光面上の定点に垂直入射する。
【0042】 装置を初期設置する場合には、上記各設定
値により初段ミラー3Aおよび後段ミラー3Bを設定す
ればよい。しかし、露光中にミラーを駆動する場合に
は、駆動中に放射光が露光面に入射し、かつ、主光線2
6と露光面とのなす角度と主光線位置との変動が最小で
すむように駆動することが望ましい。よって、例えば、
マイクロコンピュータ72は、以下のような手順で6軸
駆動機構18A,18Bに各制御量を与える。
【0043】 (1) x1 を微小量Δx1 だけ変化させ
る。 (2) θy1をΔθy1だけ変化させる。 Δθy1=arctanΔx1 /(zfix −z1 ) (3) y1 を微小量Δy1 だけ変化させる。 (4) θx1をΔθx1だけ変化させる。 Δθx1=arctanΔy1 /(zfix −z1 ) (5) z2 をΔz2 だけ変化させる。 Δz2 =(zfix −z1 )(yfix −yend )Δy1 /(yfix −y22 (6) x2 をΔx2 だけ変化させる。 Δx2 =(z2 −z1 )tanΔθy1 (7) x1 ,y1 が設定値になるまで(1)〜(6)
を繰り返す。
【0044】 以上のような手順でミラーを駆動すること
により、露光に与える影響を最小限にしつつ、ミラーの
位置設定を行うことができる。また、本実施では、主光
線26の垂直定点入射を例にして詳しく動作説明した
が、第1の実施例の場合と同様に、放射面のずれを修正
することももちろん可能である。
【0045】 なお、上記各実施例では、2分割光電子型
の放射光位置検出器を用いた場合について説明したが、
さらに多電極の検出器を用いて多重平均等により位置検
出を行うこともできる。そして、感度や位置検出精度が
それほど要求されない場合には、放射光位置検出器とし
て2ワイヤー方式のものや2ブレード方式のものを用い
てもよい。
【0046】 また、上記各実施例では、ミラーを用いた
場合について説明したが、その他の光学素子を用いても
よい。
【0047】 そして、上記各実施例における構成は、露
光面における露光強度を強める集光光学系や、露光面に
おける露光面積の拡大もしくは露光強度を弱める目的か
ら放射光を発散させる発散光学系に適用することもでき
る。
【0048】 また、上記各実施例では、放射光を用いた
場合について説明したが、他のX線源によるX線を用い
た場合であってもよい。
【0049】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、X線
露光装置を、放射光の広がりのうち初段ミラーに入射し
ない部分の放射光による光電子を検出する複数の放射光
位置検出器を設け、それらの放射光位置検出器による位
置情報に応じて初段ミラーおよび後段ミラーの位置を設
定するように構成したので、X線マスクに入射する放射
光に外乱を与えず、かつ、放射光の主光線を常に露光面
の定位置に対して垂直に照射しうるものが得られる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例によるX線露光装置を
示す構成図である。
【図2】2分割光電子型の放射光位置検出器の詳細構成
を示す構成図である。
【図3】放射光位置検出器の電流とずれ量との関係を示
す説明図である。
【図4】この発明の第2の実施例によるX先露光装置を
示す構成図である。
【図5】この発明の第3の実施例によるX線露光装置を
示す構成図である。
【図6】6軸駆動機構の一構成例を示す構成図である。
【図7】従来の放射光の入射位置設定装置を示す構成図
である。
【符号の説明】
2 スリット 3 ミラー 5 X線マスク 8,9,10,31,32,33 放射光位置検出器 17 マイクロコンピュータ(制御部) 18 6軸駆動機構(駆動機構) 3A 初段ミラー 3B 後段ミラー 61,62,63,64 放射光位置検出器 72 マイクロコンピュータ(制御部) 18A,18B 6軸駆動機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 503 G03F 7/20 521

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 供給された放射光の広がりの一部におけ
    る放射光を取り込んでその放射光を集光させる初段ミラ
    ーと、この初段ミラーによる集光点を通過した放射光を
    反射してX線マスクに入射させる後段ミラーと、前記初
    段ミラーおよび後段ミラーの位置を変える駆動機構と、
    前記放射光の広がりのうち前記初段ミラーに入射しない
    部分の放射光の光電子を検出する複数の放射光位置検出
    器と、これらの放射光位置検出器の出力に応じて、前記
    供給された放射光の位置ずれを検出し、検出された位置
    ずれに応じて、前記後段ミラーの反射光が所定の入射位
    置に入射する初段ミラーおよび後段ミラーの位置を設定
    する指示を前記駆動機構に与える制御部とを備えたX線
    露光装置。
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