JP3096529B2 - X線露光方法 - Google Patents

X線露光方法

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JP3096529B2 JP04270973A JP27097392A JP3096529B2 JP 3096529 B2 JP3096529 B2 JP 3096529B2 JP 04270973 A JP04270973 A JP 04270973A JP 27097392 A JP27097392 A JP 27097392A JP 3096529 B2 JP3096529 B2 JP 3096529B2
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    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X線放射光を照明光と
してウエハ等基板を露光するX線露光方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年、荷電粒子蓄積リング放射光(以下
「SR−X線」という)を照明光としてウエハ等基板
(以下「基板」という)を露光するX線露光装置の開発
が進んでいる。一般にSR−X線は光源である荷電粒子
蓄積リングの軌道面に垂直な方向(以下「y軸方向」と
いう)への発散角度が小さいために、荷電粒子蓄積リン
グの発光点から基板へ至る光路に凸面状のミラーを配置
して、y軸方向への発散率を大きくする工夫がなされて
いる。前記ミラーによってy軸方向へ拡大されたSR−
X線のX線強度は、y軸方向と直交する方向(以下「x
軸方向」という)には均一であるが、y軸方向には、図
6に実線で示すような曲線状の分布をもつ。このため
に、ミラーと基板の間に配置されたシャッターによって
露光時間を制御することで、基板表面の露光量を均一に
する。
【0003】図5は、凸面状のミラーを用いるX線露光
装置の一例を説明するもので、荷電粒子蓄積リングの発
光点101から引出されたシート状のSR−X線Lは凸
面状の反射面をもつミラー102によってy軸方向へ拡
大され、X線透過膜103を経て図示しない減圧室へ導
入され、シャッター107の開口を通って基板ステージ
104に保持された基板105に到達する。なお、基板
105の表面近傍には図示しないパターン開口を有する
マスクが配置されている。基板ステージ104の図示上
端にはX線検出器106が配置され、基板105の露光
を開始する前に、基板ステージ104を図示下方へ移動
させ、X線検出器106によって露光領域のX線強度分
布を測定する。
【0004】y軸方向の各位置における露光時間は、X
線検出器106によって測定されたX線強度分布に逆比
例するようにシャッター107によって制御される。加
えて、基板の表面のレジスト感度による焼付けの不均一
を補正する必要があり、このために様々な工夫がなされ
てるがいずれも複雑な測定工程を必要とするうえに充分
な精度が得られない。そこで、露光を開始する前に試し
焼きを行い、試し焼きによって露光された基板に残存す
るレジスト膜の厚さあるいは線幅から露光量の分布を算
出し、これによって単位時間当りの露光量(以下「露光
強度」という)の分布を求め、求められた露光強度分布
と荷電粒子蓄積リングの軌道電流の減衰量に基づいてシ
ャッターの移動速度曲線を設定し、露光時間を制御する
方法が開発された。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、振動、温度変化等による発光点の変位
や軌道電子注入による放射角の変動によってSR−X線
の光路が変化したとき、再度レジストの試し焼きを行っ
て露光強度分布の変化を測定し、シャッターの移動速度
曲線を修正する必要があり、このためにX線露光装置の
操作を長時間中断しなればならない。
【0006】本発明は、上記従来の技術の有する問題点
に鑑みてなされたものであって、発光点の変位や放射角
の変動等によってSR−X線の光路が変化したとき、再
度露光強度分布を測定することなく、簡単な方法で露光
強度分布の変化を推定し、シャッターの移動速度曲線を
修正することができるX線露光方法を提供することを目
的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の方法は、X線放射光の光路に設けられたシ
ャッターを、露光が開始される前に測定された露光強度
分布に基づく移動速度曲線によって制御するX線露光方
法であって、前記光路が変化したときに、前記光路の変
化によるX線放射光のX線強度分布の位置ずれを検出
し、検出されたX線強度分布の位置ずれに基づいて前記
露光強度分布の変化を推定し、推定された変化に基づい
て前記移動速度曲線を修正することを特徴とするもので
ある。
【0008】
【作用】露光が開始される前にレジストの試し焼き等に
よって露光強度分布を測定し、これに基づいてシャッタ
ーの移動速度曲線を設定する。軌道電子の注入等によっ
て荷電粒子蓄積リング放射光の光路が変化したときに、
X線強度分布を測定し、露光が開始される前に測定され
たX線強度分布と比較して両者の位置ずれを算出する。
算出された位置ずれに基づいて露光強度分布の変化を推
定し、シャッターの移動速度曲線を修正する。
【0009】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0010】図1は凸面状のミラーを用いるX線露光装
置において、露光が開始されるときに実線で示す光路を
有するX線放射光であるSR−X線L0 が、露光を中断
して軌道電子を注入したのちに破線で示す光路を有する
SR−X線L1 に変化した場合を説明する説明図であ
る。
【0011】荷電粒子蓄積リングの発光点1から引出さ
れたSR−X線L0 ,L1 は凸面状のミラー2によって
荷電粒子蓄積リングの軌道面に垂直なy軸方向へ拡大さ
れたのち、X線透過膜3を経て図示しない減圧室へ導入
され、基板ステージ4に保持された基板5に照射され
る。基板ステージ4の図示上端にはX線検出器6が保持
され、X線透過膜3と基板ステージ4の間には露光時間
を制御するシャッター7が設けられている。
【0012】露光を開始する前に、まず基板ステージ4
を図示下方へ移動させ、X線検出器6によってSR−X
線L0 のy軸方向のX線強度分布V0 (y)(図2の
(a)に実線で示す)を測定する。
【0013】なお、X線検出器6の出力V(y,t)
は軌道電流値I(t)に比例して変化するので、X線強
度分布V(y)が時間に対して一定となるように、I
(t)で規格して以下の通り定義しておく。
【0014】V(y)=Vx (y,t)/I(t) なお、軌道電流値I(t)は、DCCT(不示図)のよ
うな電流計で測定される。
【0015】次いで、基板5を露光してレジストの試し
焼きを行い、露光後のレジストの残膜率と予め測定され
たレジスト特性曲線から露光量の分布を算出し、これに
基づいて露光強度分布D0 (y,t0 )(図2の(b)
に実線で示す)を得るとともに、公知のDCCT等の電
流計によって、荷電粒子蓄積リング1の初期軌道電流I
(t0 )を測定する。
【0016】次にX線強度分布V0 (y)、露光強度分
布D0 (y,t0 )および初期軌道電流I(t0 )から
露光中の時刻t、露光位置yにおける露光時間texp を
式(1)によって求め、これに基づいてシャッター7の
移動速度曲線を設定し、製品となる基板の露光、焼付を
行う。
【0017】
【数1】 ここで、I(t):時刻tにおいて測定された荷粒子蓄
積リングの軌道電流 C0 :設定露光量に基づく定数 なお、時刻tにおける荷電粒子蓄積リングの軌道電流I
(t)は、初期軌道電流I(t0 )と同じく公知のDC
CT等の電流計によって測定してもよいし、また、シャ
ッター7の近傍に配置されたX線センサー(図示せず)
の出力の変動から算出することもできる。
【0018】荷電粒子蓄積リングの軌道電子が減少して
再注入が行われ、荷電粒子蓄積リングの発光点1やSR
−X線の放射角の変動によってSR−X線の光路が変化
した場合には、変化したSR−X線L1 の露光強度分布
1 (t1 )を以下の方法で推定し、これに基づいて移
動シャツター7の移動速度曲線を修正する。
【0019】まず、基板ステージ4を図示下方へ移動さ
せて、変化したSR−X線L1 のX線強度分布V1
(y)(図2の(a)に破線で示す)をX線検出器によ
って測定し、露光が開始されるときのSR−X線L0
X線強度分布V0 のピーク位置yP0と、変化したSR−
X線L1 のX線強度分布V1 のピーク位置yP1の差Δy
を算出し、変化したSR−X線L1 の露光強度分布D1
(y,t1 )(図2の(b)に破線で示す)を式(2)
のように推定する。
【0020】
【数2】 すなわち、SR−X線の光路の変化による露光強度分の
変化は、X線強度分布の位置ずれΔyと同じ位置ずれで
あると推定する。
【0021】式(1),式(2)から式(3)によって
変動後の露光時間t1 を求め、これに基づいて移動シャ
ツター7の移動速度曲線を修正する。
【0022】
【数3】 なお、シャッター7の移動速度曲線を修正する替わり
に、基ステージ4を−Δyだけ移動させることもでき
る。
【0023】次に計算例を説明する。
【0024】荷電粒子蓄積リングの軌道半径0.6m、
加速電圧800HeV、ミラーの半径50m、反射角1
5mrad、荷電粒子蓄積リングの発光点とミラーの間
の距離7m、ミラーとX線透過膜の間の距離4m、X線
透過膜と基板の間の距離0.8m、レジスト材料PMM
A、マスク材料SiN、X線検出器GaAs、露光領域
±15mmであるX線露光装置において、荷電粒子蓄積
リングの軌道電子注入後にSR−X線の放射角が0.0
1mrad変動した場合に、X線検出器によってX線強
度分布V1 (y,t1 )を測定し、ピーク付近の数点を
2次関数で近似して最小二乗法でピーク位置を算出し、
露光が開始される前に測定されたX線強度分布V0 のピ
ーク位置と比較してその位置ずれΔyを求め、式(2)
よって露光強度分布D1 (y,t1 )を推定し、基板の
試し焼きを行って実際の露光強度分布との差を算出する
と、誤差の分布は図3に実線で示す通りであり、±0.
2%以内になる。
【0025】一方、露光を開始する前の試し焼きによっ
て測定された露光強度分布D0 (y,t0 )の、軌道電
子注入後の試し焼きによって測定された露光強度分布に
対する誤差は破線で示す通りであり、その平均値±4%
であった。
【0026】なお、X線強度分布のピーク位置の位置ず
れΔyを算出する方法は、以下の式によって誤差εrr
求め、これが最小となるときのΔyの値から求めてもよ
い。
【0027】
【数4】 さらに、露光強度布がピーク位置の変動とともに、y方
向に伸縮した場合の補正を以下のように行うこともでき
る。変動前後で測定したX線強度分布が各々式(5)と
式(6)、また、変動前の露光強度分布が式(7)の2
次関数で近似できる場合、 V0 (y)=a0 (y−yP02 +VP0 ・・・・・(5) V1 (y)=a1 (y−yP12 +VP1 ・・・・・(6) D0 (y11 )=(b・D(y−yd2 +DP )・f(t)・・(7) 変動後の露光強度分布は次の様になる。
【0028】
【数5】 ここで、Δy=yp1−yP0 であり、f(x)はD1
(y,t)時間に依存する項を表わすものとする。
【0029】また変動前後のX線強度分布がそれぞれ式
(9),(10)のガウス分布、また、変動前の露光強
度分布が式(11)で表わされるとき、露光強度分布は
式(12)のように補正される。
【0030】
【数6】 さらに、X線強度分布が特定の関数で近似できな程度に
変化した場合は、以下のように補正できる。
【0031】もとのX線強度分布V0 (y)で表わさ
れ、yP0でピークをもつ分布がyP1でピークを持つX線
強度分布V1 (y)に変化した場合、変動後の露光強度
分布D1 (y,t)は
【0032】
【数7】 と補正される。
【0033】なお、X線出器はX線が照射されると損傷
をうける。損傷の程度は全照射量に依存するので、入射
X線量を減少させることが望ましい。このためにX線検
出器6の前方にフィルターを設けてもよい。
【0034】しかしながら、SR−X線のミラーによる
反射率は波長と視射角に依存するため、フィルターの厚
さを増加させるにつれてピークの位置は上方へずれてい
き、ついには露光領域からはずれてしまう。第4図にア
ルミニウムフィルター、Crフィルター、Tiフィルタ
ーのそれぞれの透過率とX線強度分布のピーク位置の関
係を示す。そこで、使用するフィルターの材質に応じて
ピーク位置が露光領域からはずれないようにフィルター
の膜厚を選定することが望ましい。
【0035】また、本発明は、図7に示すような、ミラ
ー揺動方式のX線露光装置にも適用できる。この場合
は、平面ミラー200を揺動することでシート状のX線
Lを矢印のように振ってX線照射領域を拡大し、ミラー
の揺動速度を変えることで露光時間を制御する。従っ
て、X線強度分布の測定は、X線検出器6が露光領域内
の適当な位置にくるように、ステージを固定し、ミラー
揺動を行ないX線強度を測定し、順次ステージを移動
し、露光領域内のX線強度分布を求める。このようにし
て求められたX線強度分布をもとに、前述の方法で露光
強度分布を補正し、適切な露光時間となるようにミラー
揺動速度を制御する。
【0036】また、本発明は、マスクとウエハをステー
ジ上に固定し、ステージを移動して露光領域を拡大する
ステージ走査型露光装置にも適用できる。その場合、補
正された露光強度分布に従って適切な露光時間になるよ
うに、ステージ移動速度を補正すれば良い。
【0037】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。
【0038】軌道電子注入による放射角の変動や振動、
温度変化等による発光点の変位によって、SR−X線の
光路が変化したとき、再度露光強度分布を測定すること
なく簡単な方法で露光強度分布の変化を推定して、シャ
ッターの移動速度曲線を修正することができる。その結
果、前述のようなSR−X線の光路の変化による露光む
らを容易に軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】凸面状のミラーを用いる露光装置においてSR
−X線の光路を説明する説明図である。
【図2】SR−X線の光路が変化することによってそれ
ぞれ変化する露光強度分布とX線強度分布を示すもの
で、(a)はX線強度分布、(b)は露光強度分布を示
す図である。
【図3】本発明によって推定された露光強度分布の、試
し焼きを行って測定した露光強度分布に対する誤差を示
す図である。
【図4】フィルターの透過率と、X線強度分布のピーク
位置の関係を示す図である。
【図5】凸面状のミラーを用いるX線露光装置を説明す
る説明図である。
【図6】X線強度分布を示す図である。
【図7】ミラー揺動式のX線露光装置を説明する説明図
である。
【符号の説明】
1 発光点 2 ミラー 3 X線透過膜 4 基板ステージ 5 基板 6 X線検出器 7 シャッター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−259508(JP,A) 特開 平1−243519(JP,A) 特開 平2−67718(JP,A) 特開 平3−53199(JP,A) 特開 平2−71188(JP,A) 特開 平4−101150(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X線放射光の光路に設けられたシャッタ
    ーを、露光が開始されるに前に測定された露光強度分布
    に基づく移動速度曲線によって制御するX線露光方法で
    あって、前記光路が変化したときに、前記光路の変化に
    よるX線放射光のX線強度分布の位置ずれを検出し、検
    出されたX線強度分布の位置ずれに基づいて前記露光強
    度分布の変化を推定し、推定された変化に基づいて前記
    移動速度曲線を修正することを特徴とするX線露光方
    法。
  2. 【請求項2】 露光強度分布の変化がX線強度分布の位
    置ずれと同じ位置ずれであると推定することを特徴とす
    る請求項1記載のX線露光方法。
  3. 【請求項3】 シャッターを、露光が開始される前に測
    定された露光強度分布と、露光中の荷電粒子蓄積リング
    の軌道電流の減衰率に基づく移動速度曲線によって制御
    することを特徴とする請求項1または2記載のX線露光
    方法。
  4. 【請求項4】 シャッターを、露光が開始される前に測
    定された露光強度分布と、露光中の荷電粒子蓄積リング
    の放射光のX線強度の減衰率に基づく移動速度曲線によ
    って制御することを特徴とする請求項1または2記載の
    X線露光方法。
  5. 【請求項5】 X線放射光の露光強度分布に基づいて露
    光時間を制御する露光方法であって、前記X線放射光の
    光路が変化した時の前記露光強度分布の変化を推定し、
    推定された変化に基づいて前記露光時間を修正すること
    を特徴とするX線露光方法。
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