JP3090708B2 - シンクロトロン放射光照射装置及びx線露光装置 - Google Patents

シンクロトロン放射光照射装置及びx線露光装置

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JP3090708B2
JP3090708B2 JP03111961A JP11196191A JP3090708B2 JP 3090708 B2 JP3090708 B2 JP 3090708B2 JP 03111961 A JP03111961 A JP 03111961A JP 11196191 A JP11196191 A JP 11196191A JP 3090708 B2 JP3090708 B2 JP 3090708B2
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憲男 内田
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シンクロトロン(SO
R)の放射光及び放射光中のX線を利用した照射技術に
係わり、特に反射ミラーを振動させて照射領域の拡大を
はかったシンクロトロン放射光照射装置及びこれを用い
たX線露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、LSIのパターンを形成するには
光露光装置が用いられているが、LSIのパターンが益
々微細化されるに伴い、このようなパターンを光露光装
置で形成するのは限界に近くなっている。そこで最近、
光露光装置よりも微細なパターンを形成することが可能
なX線露光装置が開発されている。X線露光装置では、
高輝度のX線源が必要となるが、このようなX線源とし
てSORが注目されている。
【0003】図10は、X線源としてSORを用いた従
来のX線露光装置を示す概略構成図である。SOR1か
ら放射されたX線ビーム2はX線反射ミラー3で反射さ
れ、X線取り出し窓4を通してX線マスク5に照射され
る。そして、X線マスク5を通してウェハ6上にX線を
照射することにより、ウェハ6にマスクパターンを露光
するものとなっている。ここで、SOR1からのX線ビ
ーム2は一例として、略5mm×25mmの長方形であ
り、半導体製造装置の露光光として使用するには、X線
照射領域を露光領域と同じく25mm×25mm程度の
正方形に拡大する必要がある。このため、ミラー3を振
動させX線照射領域を拡大するようにしている。
【0004】しかしながら、この種の装置にあっては、
次のような問題があった。即ち、SORのビームライン
と露光装置のチャンバ(通常の作業エリア)を隔てるX
線取り出し窓は、一般にベリリウムの薄膜で形成され
る。このX線取り出し窓において、露光領域をカバーす
る25mm×25mm以上の大きさで、高真空のビーム
ラインと大気圧(又は低真空)のチャンバとの圧力差に
耐える強度を有するためには、ベリリウムの薄膜を厚く
する必要がある。X線に対するベリリウムの透過率はさ
ほど大きいものではないため、ベリリウムの膜厚を厚く
すると、X線の減衰が大きくなる。このため、露光時間
が長くなり、全体のスループットが低下することにな
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、SO
Rを用いたX線照射技術においては、X線照射領域を拡
大するにはX線反射ミラーを振動させればよいが、十分
な露光領域を確保するためにX線取り出し窓の面積を大
きくするとベリリウム薄膜の膜厚を厚くせざるを得ず、
このためX線の減衰が大きくなる問題があった。また、
X線露光装置に適用した場合、X線の減衰が大きくなる
ことから、全体のスループットが低下する問題があっ
た。
【0006】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、放射光取り出し窓の面
積を大きくすることなく十分な照射領域を確保すること
ができ、取り出し窓におけるシンクロトロン放射光の減
衰を少なくすることのできるシンクロトロン放射光照射
装置を提供することにある。
【0007】また、本発明の他の目的は、X線取り出し
窓の面積を大きくすることなく十分な露光領域を確保す
ることができ、X線取り出し窓におけるX線の減衰を少
なくしてスループットの向上をはかり得るX線露光装置
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、放射光
取り出し窓の面積を大きくする代わりに、取り出し窓を
放射光ビームの移動と共に移動させることにより、取り
出し窓の面積を大きくすることなく十分な照射領域を確
保することにある。
【0009】即ち本発明は、シンクロトロンから放射さ
れたシンクロトロン放射光を反射する反射ミラーと、こ
の反射ミラーを動かしてシンクロトロン放射光の照射領
域を拡大するミラー駆動機構と、反射ミラーで反射され
たシンクロトロン放射光を真空外に取り出す取り出し窓
とを備えたシンクロトロン放射光照射装置において、取
り出し窓を反射ミラーを収容したシンクロトロン側ベー
スに柔軟構造物を介して接続すると共に、取り出し窓を
反射ミラーの動きに同期してシンクロトロン放射光照射
位置の移動と共に移動させる窓駆動機構を設け、取り出
し窓を通して取り出されたシンクロトロン放射光をシン
クロトロン側ベースに接続された被照射体上に照射する
ようにしたものである。さらに、取り出し窓を被照射体
の近傍に配置し、該窓とシンクロトロン側ベースに接続
され窓駆動機構により駆動される部分との間に延長管を
接続するようにしたものである。
【0010】また本発明は、シンクロトロンから放射さ
れたX線を反射するX線反射ミラーと、このX線反射ミ
ラーを動かしてX線照射領域を拡大するミラー駆動機構
と、X線反射ミラーを収容したシンクロトロン側ベース
に柔軟構造物を介して接続され、X線反射ミラーで反射
されたX線を真空外に取り出すX線取り出し窓と、この
X線取り出し窓をX線反射ミラーの動きに同期して動か
し、該窓をX線照射位置の移動と共に移動させる窓駆動
機構とを備えたX線露光装置であり、X線取り出し窓を
通して取り出されたX線をシンクロトロン側ベースに接
続されたX線マスクに照射し、該マスクを通過したX線
を試料上に照射して該試料上にマスクパターンを露光す
るようにしたものである。さらに、X線取り出し窓をX
線マスクの近傍に配置し、該窓とシンクロトロン側ベー
スに接続され窓駆動機構により駆動される部分との間に
延長管を接続するようにしたものである。
【0011】
【作用】本発明によれば、反射ミラーの動き(振動)に
同期して放射光取り出し窓を振動させることにより、放
射光ビームの移動と共に取り出し窓を移動させることが
できる。このため、反射ミラーからの放射光ビームは常
に取り出し窓を通して取り出されることになり、その結
果、取り出し窓を放射光照射領域と同じ面積まで大きく
したのと同様に、広い面積(露光領域全体)に亙って放
射光ビームを取り出すことができる。
【0012】ここで、ベリリウム薄膜に対する放射光中
のX線の透過率は、膜の厚みに対して指数関数的に低下
する。25mm×25mm(直径36mm)の露光領域
をカバーするベリリウムの薄膜の窓が、大気圧に耐える
には約30μmの厚みが必要であり、そこでのX線の透
過率は約20%といわれており、高エネルギーのX線と
いえどもスループットへの影響が大きい。一方、ベリリ
ウム薄膜の窓をSORの放射光と同形の5mm×25m
mにした場合、大気圧に耐える必要な厚みは約20μm
であり、そのときの透過率は30〜40%まで増加す
る。従って、取り出し窓の大きさをX線ビームと略同形
にして、X線ビームの移動と共に取り出し窓を移動させ
ることにより、取り出し窓におけるX線の減衰を少なく
することができる。これにより、露光時間が短縮され、
大幅なスループットの改善が期待できる。また、ベリリ
ウムの薄膜が小面積で済むことから、製造が容易となり
コストダウンにつながる。
【0013】また、大気やヘリウム雰囲気に対するX線
透過率も無視できず、50cmのヘリウム雰囲気でのX
線の透過率60%が、25cmでは80%まで改善され
る。従って、露光時間短縮のためには取り出し窓からX
線マスク(被照射体)までの距離を短くするとよい。こ
のとき、取り出し窓の振動がマスク側に伝わると、マス
ク・ウェハの位置合わせに悪影響を及ぼすと共に露光ブ
レを招くが、取り出し窓を、シンクロトロン側のベース
に柔軟構造物を介して接続し、且つX線マスクをX線取
り出し窓とは別にシンクロトロン側ベースに接続するこ
とにより、この問題を解決することが可能である。
【0014】
【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
【0015】図1は、本発明の第1の実施例に係わるX
線露光装置を模式的に示す概略構成図である。図中11
はX線源としてのシンクロトロン(SOR)であり、こ
のSOR11から放射されたX線ビーム12はX線反射
ミラー13で反射され、X線取り出し窓14を通して、
高真空のビームラインから通常の作業エリアへ導かれ
る。そして、X線マスク15を通してX線レジストが塗
布されたウェハ16上に照射される。ここで、X線反射
ミラー13は、X線の照射領域を拡大するために、圧電
素子等のミラー駆動機構(図示せず)により振動される
ようになっている。また、X線取り出し窓14は柔軟構
造物としてのベローズ17によりビームライン側に接続
され、窓駆動機構18によりX線反射ミラー13の振動
に同期して振動されるものとなっている。
【0016】図2は、図1の要部構成を拡大して示す断
面図である。前記SOR11から放射されX線反射ミラ
ー13で反射されたX線ビーム12は紙面左方向から入
射する。紙面左側のSORのベース21には、柔軟構造
物としてのベローズ17を介してX線取り出し窓14が
接続されている。SOR側のベース21の内部22は高
真空に保持され、マスク側のチャンバ23の内部24は
ほぼ大気圧のヘリウム雰囲気となってる。
【0017】X線取り出し窓14は、周辺に矩形リング
等を配置して補強されたベリリウム薄膜からなるもの
で、この窓14は駆動棒25に接続されている。駆動棒
25はチャンバ23のヘリウム雰囲気内で軸受け26に
より上下方向に移動可能に支持されており、またチャン
バ23の外に配置された窓駆動機構18により上下方向
に移動されるものとなっている。なお、本実施例では、
SOR11からのX線ビーム12の形状を5mm×25
mmの長方形とし、X線取り出し窓14の大きさもこれ
と略同じとした。
【0018】チャンバ23にはマスク保持具31が接続
され、このマスク保持具31にX線マスク15が取り付
けられている。そして、このマスク15の右方にウェハ
ステージ32に保持されたウェハ16が対向配置されて
いる。なお、図2において、27はベース21及びチャ
ンバ23を支持するコンクリート等の支持台、33はマ
スク保持具31及びウェハステージ32を載置した防振
架台を示している。
【0019】このような構成であれば、SOR11から
放射されたX線ビーム12は、X線反射ミラー13で反
射されると共に、ミラー13の振動により紙面上下方向
に振られる。X線取り出し窓14の大きさはX線ビーム
12と略同じであるが、窓14がミラー13の振動に同
期して上下方向に振動されるので、X線ビーム12は窓
14以外の部分で遮られることはなく、常に窓14を通
して取り出されることになる。X線取り出し窓14を通
して取り出されたX線ビーム12は、Xマスク15に照
射され、X線マスク15のパターンに応じたX線がウェ
ハ16に照射される。ウェハ16上にはX線レジストが
塗布されているので、このレジストにはマスクパターン
が露光されることになる。
【0020】ここで、本実施例ではX線取り出し窓14
をX線反射ミラー13の振動に同期して振動させてい
る。このため、X線取り出し窓14の面積をX線ビーム
12の大きさと略同じとしても、上下方向に振られるX
線ビーム12を遮ることなく常にX線取り出し窓14に
通すことができる。即ち、X線取り出し窓14の面積の
数倍の露光領域を確保することができる。そしてこの場
合、X線取り出し窓14の面積を大きくする必要がない
ことから、X線取り出し窓14としてのベリリウム薄膜
の膜厚を薄くすることができ、X線透過率を上げること
ができる。これにより、露光時間の短縮、つまり露光ス
ループットの向上をはかることが可能となる。
【0021】また、ベリリウムの面積が小さくてよいこ
とから、ベリリウム薄膜を均一に形成することが容易で
あり、露光ムラの発生を未然に防止することができる。
さらに、X線取り出し窓14をSOR側のベース21に
ベローズ17を介して接続しているので、X線取り出し
窓14の振動がマスク15やウェハ16等に伝わるのを
防止することができる。このことから、X線取り出し窓
14からマスク15までの距離を短くすることができ、
これによりヘリウム雰囲気内におけるX線の減衰をも低
減することが可能となる。図3は、本発明の第2の実施
例の要部構成を示す断面図である。なお、図2と同一部
分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【0022】この実施例が先に説明した第1の実施例と
異なる点は、X線取り出し窓14を支持する軸受け26
を通常の作業エリアの外に出したものである。即ち、X
線取り出し窓14の駆動棒25をチャンバ23の外に引
き出し、大気中で駆動棒25を軸受け26により支持し
ている。このような構成であっても、先の第1の実施例
と同様の効果が得られる。図4は、本発明の第3の実施
例の要部構成を示す断面図である。なお、図2と同一部
分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【0023】この実施例が第1及び第2の実施例と異な
る点は、窓駆動機構18,軸受け26を共にヘリウム雰
囲気24内に収容したことにある。この場合、駆動棒2
5のシールが不要となり、より簡便な構成で、第1,第
2の実施例と同様の効果が得られる。図5は、本発明の
第4の実施例の要部構成を示す断面図である。なお、図
2と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は
省略する。
【0024】この実施例が先の第2の実施例と異なる点
は、SOR側のビームラインと通常の作業エリアとの間
に柔軟構造物としてのベローズ28を設けたものであ
る。このようにビームラインと作業エリアとをベローズ
28を介して接続することにより、X線取り出し窓14
の振動がマスク側に伝達するのをより確実に防止するこ
とができる。
【0025】図6は、本発明の第5の実施例の要部構成
を示す断面図である。なお、図2と同一部分には同一符
号を付して、その詳しい説明は省略する。この実施例
は、X線の減衰を極力少なくするために、X線取り出し
窓14をX線マスク15に近付けたものである。
【0026】X線取り出し窓14を窓駆動機構18,軸
受け26を含めてX線マスク15の近くに設けることは
そのスペースの関係から無理があり、かつ振動を遮断す
る意味からも窓駆動機構18及び軸受け26はあまり近
付けない方が良い。しかし、X線の減衰を考えると、X
線がヘリウム雰囲気24を通過する距離は短いほど良い
ため、X線取り出し窓14はX線マスク15に近い方が
良い。そこで本実施例では、駆動棒25に延長管35の
一端を接続し、延長管35の他端にX線取り出し窓14
を接続している。これにより、X線減衰の減少と振動遮
断の双方を満足させることができる。
【0027】図7は本発明の第6の実施例で、X線露光
装置が関与するSOR利用施設における全体構成を示す
ブロック図である。なお、図1と同一部分には同一符号
を付して、その詳しい説明は省略する。
【0028】SORは露光装置のみならず、後述するよ
うな各種の用途に利用することができ、また1台のSO
Rで複数のX線を取り出すことが可能であり、中央制御
装置60の管理の下に複数のX線露光装置70が設置さ
れることになる。より具体的には、中央制御装置60の
管理の下にSOR制御装置61があり、このSOR制御
装置61によりSOR部がコントロールされる。さら
に、X線露光装置70では、駆動制御装置71によりX
線取り出し部の各駆動機構13,18がコントロールさ
れ、露光制御装置72により露光部のウェハステージ3
2がコントロールされるものとなっている。
【0029】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、長方形の窓を上下方向
に振動させたが、この代りに図8(a)に示すように、
円板体51の一部にX線取り出し窓14を設け、この円
板体51を往復運動させるようにしてもよい。この円板
体51の外周部に磁性流体シール52を設置すれば、窓
14の可動性と気密性を十分に確保することができる。
また、実施例ではX線反射ミラー13の振動に同期し
て、X線取り出し窓14を振動させるようにしたが、必
ずしも同期させる必要はなく、ミラー13の振動よりも
短い周期で振動させるようにしてもよい。但し、この場
合はX線が窓以外の部分で遮られる時間帯が存在するの
で、全体としてのX線透過効率は低下する。さらに、X
線透過効率の低下を許容するのであれば、図8(b)に
示すように、円板体51に複数のX線取り出し窓14を
設けておき、円板体51を回転させるようにしてもよ
い。この場合、X線透過効率は低下するものの、X線取
り出し窓14は往復運動の代わりに回転運動となるの
で、窓14の運動に起因する振動の発生を極めて小さく
することが可能となる。
【0030】また、実施例ではX線反射ミラー13の振
動(回動)に同期してX線取り出し窓14を振動させる
ようにしたが、図9に示すように、X線反射ミラー13
を平行移動と共に傾きを変えるように駆動することによ
り、X線取り出し窓14を振動させる必要がなくなる。
また、X線取り出し窓に用いる材料はベリリウムに限る
ものではなく、X線透過率が高く、且つ真空と大気又は
減圧雰囲気との圧力差に絶え得るものであればよい。さ
らに、X線取り出し窓の窓駆動機構としては、モータや
圧電素子等を用いることができる。その他、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することがで
きる。
【0031】なお、以上の説明ではSORからの放射光
としてのX線領域の放射光(X線)を利用して、X線リ
ソグラフィ用の装置を示したが、本発明の適用範囲は、
このX線露光装置に限定されるものではなく、X線を利
用するX線顕微鏡にも同様に適用できる。即ち、X線リ
ソグラフィと同様の手法を取る密着X線顕微鏡や、X線
反射鏡のような光学系を用いて試料を透過しX線の像を
拡大投影する投影型X線顕微鏡、また特にX線を試料の
一点に集光しその点を走査してX線透過率を測定する走
査型X線顕微鏡は、走査中に試料位置が変位しない方が
望ましいため本発明は有効である。
【0032】また、X線を利用する医学診断用,生命科
学,物質科学,材料評価技術用の高輝度X線照射装置と
しても適用が可能である。さらには、SORからの放射
光として自由電子レーザ(大出力,高効率,広い波長可
変性といった特徴を持つ)を利用し、光CVDの照射装
置或いはレーザ加工,レーザ加速器、また慣性核融合ド
ライバーやトマカクプラズマ加熱源,同位体分離に代表
される原子力の分野、原子,分子の基盤的研究分野等へ
の適用も考えられる。
【0033】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、X
線取り出し窓の面積を大きくする代わりに、X線取り出
し窓をX線反射ミラーの動きに同期して移動させること
によって、X線取り出し窓の面積を大きくすることなく
十分なX線照射領域を確保することができる。従って、
X線取り出し窓におけるX線の減衰を少なくして全体と
しての露光スループットの向上をはかることが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係わるX線露光装置を
模式的に示す概略構成図、
【図2】第1の実施例装置の要部構成を拡大して示す断
面図、
【図3】本発明の第2の実施例の要部構成を示す断面
図、
【図4】本発明の第3の実施例の要部構成を示す断面
図、
【図5】本発明の第4の実施例の要部構成を示す断面
図、
【図6】本発明の第5の実施例の要部構成を示す断面
図、
【図7】本発明の第6の実施例の概略構成を模式的に示
すブロック図、
【図8】本発明の変形例を説明するための斜視図、
【図9】本発明の別の変形例を説明するための断面図、
【図10】従来のX線露光装置を示す概略構成図。
【符号の説明】
11…シンクロトロン(SOR)、 12…X線ビーム、 13…X線反射ミラー、 14…X線取り出し窓、 15…X線マスク、 16…ウェハ、 17,28…ベローズ(柔軟構造物)、 18…窓駆動機構、 21…SOR側のベース、 23…チャンバ、 25…駆動棒、 26…軸受け。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊入 信孝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 平2−184799(JP,A) 特開 平2−234498(JP,A) 特開 平4−118600(JP,A) 実開 平4−57800(JP,U) 実開 平4−64800(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21K 5/02 G21K 5/00 H05H 13/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シンクロトロンから放射されたシンクロト
    ロン放射光を反射する反射ミラーと、この反射ミラーを
    動かしてシンクロトロン放射光の照射領域を拡大するミ
    ラー駆動機構と、前記反射ミラーを収容したシンクロト
    ロン側ベースに接続されて前記シンクロトロン放射光を
    照射すべき被照射体に近接配置され、前記反射ミラーで
    反射されたシンクロトロン放射光を真空外に取り出す取
    り出し窓と、一方が前記シンクロトロン側ベースに柔軟
    構造物を介して接続され、他方が前記取り出し窓に接続
    された延長管と、この延長管を前記反射ミラーの動きに
    同期して上下方向に平行移動させ、前記窓をシンクロト
    ロン放射光照射位置の移動と共に移動させる窓駆動機構
    とを具備してなり、前記取り出し窓を通して取り出され
    たシンクロトロン放射光を前記被照射体上に照射するこ
    とを特徴とするシンクロトロン放射光照射装置。
  2. 【請求項2】シンクロトロンから放射されたX線を反射
    するX線反射ミラーと、このX線反射ミラーを動かして
    X線照射領域を拡大するミラー駆動機構と、前記X線反
    射ミラーを収容したシンクロトロン側ベースに接続され
    て前記X線を照射すべきX線マスクに近接配置され、前
    記X線反射ミラーで反射されたX線を真空外に取り出す
    X線取り出し窓と、一方が前記シンクロトロン側ベース
    に柔軟構造物を介して接続され、他方が前記X線取り出
    し窓に接続された延長管と、この延長管を前記X線反射
    ミラーの動きに同期して上下方向に平行移動させ、前記
    窓をX線照射位置の移動と共に移動させる窓駆動機構と
    を具備してなり、前記X線取り出し窓を通して取り出さ
    れたX線を前記X線マスクに照射し、該マスクを通過し
    たX線を試料上に照射して該試料上にマスクパターンを
    露光することを特徴とするX線露光装置。
  3. 【請求項3】前記X線取り出し窓は、真空と大気の圧力
    差に耐える圧力隔壁の役割を果たすもので、ベリリウム
    の薄膜からなるものであることを特徴とする請求項2記
    載のX線露光装置。
  4. 【請求項4】前記シンクロトロンから前記X線取り出し
    窓までが高真空で、前記X線取り出し窓から前記X線マ
    スクまでが略大気圧又は減圧されたヘリウム雰囲気にあ
    り、前記X線取り出し窓はX線取り出し窓からX線マス
    クまでの雰囲気内又は外に配置された軸受けで支持さ
    れ、且つ前記窓駆動機構はX線取り出し窓からX線マス
    クまでの雰囲気内又は外に配置されていることを特徴と
    する請求項2又は3に記載のX線露光装置。
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