JPH0196600A - Ｘ線露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路などの微細パターンを転写す
るＸ線露光装置に係り、特に、シンクロトロン放射光を
光源とするＸ線露光装置において。

試料面上でビームを走査するのに好適な反射鏡光学系に
関する。

〔従来の技術〕

近年、シンクロトロン放射光（Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ
Ｏｒｂｉｔａｌ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ、以下ＳＯＲと略
す）がＸ線露光装置の光源として有望視されている。Ｓ
ＯＲは、光速度に近い高エネルギーの電子が円軌道を回
るとき、軌道の接線方向に放射される光であり、指向性
が良く、露光波長領域（約０．５〜１．５ｎｍ）で強度
が大きいなどの特徴がある。しかしながら、ＳＯＲは水
平面内（電子の軌道面内）では数十ミリラジアンの角度
範囲に放射されるが、露光波長成分の鉛直面内発散角は
、高々１　ｍｒａｄ程度である。

したがって、光源から数メートルないし１０ｍ程度離れ
た位置に試料を固定し、数十ミリメートル角の面積を露
光するためには、ビームを鉛直方向に走査する必要があ
る。

従来の第１のビーム走査方式は、プロシーデイングスオ
ブ　ニス・ピー・アイ・イー　４４８（１９８３年）第
９３頁から第１０１頁（Ｐｒｏｃ、５ＰＩＥ４４８　（
１９８３）ＰＰ９３−１０１）で述べられているように
、反射鏡を回転するものである。

第２図は、従来のビーム走査光学系を鉛直面内で示した
ものである。光源１１から発する５ＯＲ１２は、反射ｆ
ｉ１３により偏向される。この偏向ビームは、数十マイ
クロメートルの間隙で保持されているマスク１４と被露
光基板１５を照射し。

マスクのパターンを被露光基板に転写にする。以下の説
明では、マスクと被露光基板を一括して試料と称する。

さて、反射面の形状はＸ線ビームをコリメートするため
円筒面としてあり、その母線は鉛直面内（紙面に平行な
面内）にある。反射鏡は回転中心１６の回りに回転が可
能であり、斜入射角（入射光線と反射面のなす角）αが
２４ｍｒａｄとなる位置を中心として、Δα＝±３　ｍ
ｒａｄ程度の角度範囲で回転する。この結果、反射鏡か
ら約７ｍ離れた試料面上で、ビームは約４０ｍの幅を走
査する。一方、水平面内では、ＳＯＲは反射鏡の凹面の
作用によりコリメートされ、試料面上で４０ｍ＋程度の
ビーム幅が得られている。

従来の第２のビーム走査方式は、特開昭６０−２２６１
２２号および特開昭６１−２７６２２３号で述べられて
いるように、反射鏡を平行移動するものである。

図３（ａ）と図３（ｂ）は、それぞれ反射鏡２３を光ｇ
２１から出るＳＯＲ光２２の進行方向に対して同一方向
および垂直方向に移動して試料面２４上を走査する従来
のビーム走査光学系を示す。

反射鏡２３の形状は円筒面であり、その母線は鉛直面内
にある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の第１の方式では、ビーム走査中に反射鏡の入射角
がΔαだけ変化する。ところが、一般に。

軟Ｘ線領域の反射率は、入射角に強く依存する。

したがって、ビームの強度が試料面上の位置によって変
化し、転写パターンの線幅が一様にならないという問題
がある。さらに、試料面に入射するビームの方向が２Δ
αの範囲で変化するので、マスクのパターンが歪んで転
写されてしまうという問題もある。上記の第１の問題は
、試料面の露光量を一様とするように１反射鏡の回転速
度を制御することにより解決される。しかしながら、反
射特性は経時的に変化するので、−様な露光量が常に得
られるとは限らない。また、この方法を用いても、上記
の第２の問題は依然として残る。

従来の第２の方式は、試料面上でビームの強度と方向を
一定にすることができる。しかしながら。

反射鏡の姿勢を常に一定に保持しながら平行移動走査を
行うことは、回転走査に比較して機構的に困難である。

本発明の目的は、Ｘ線露光装置において試料面上でビー
ムを走査するとき、簡易な回転機構により、試料面での
ビームの強度と方向が常に一定となるようなビーム走査
光学系を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、ＸＲｆＡ源から発する光源を試料面へ偏向
する反射鏡と、この先腺の入射面に垂直な軸の回りに前
記反射鏡を回転する機構を設け、任意の回転角において
前記光線に関する入射角が一定となるように前記反射鏡
の形状を与え、前記反射鏡の回転走査により試料面上で
光線を走査することにより達成される。

〔作用〕

第１図を用いて１本発明によるビーム走査光学系の原理
を説明する。光源１から発する入射光線２は、空間上の
点Ｏにおいて、反射鏡３の点Ｐ。

に斜入射角αで入射し、反射光線４は試料面５の点Ｓｏ
に到達する。反射鏡３を回転中心６の回りに任意角度回
転すると、反射鏡は位置３′に移動する。このとき、光
線２は、点０から距Ｍｒだけ離れた空間上の点Ｒにおい
て１反射鏡の点Ｐに入射する。ここで、反射面の形状は
、後述のように。

常に斜入射角がαとなるように与えられている。

この結果、反射光線４′は、光線４と同一方向に偏向さ
れ、試料面にあって点Ｓｏからｒｓｉｎ　２αだけ離れ
た点Ｓに到達する。したがって、反射鏡を回転走査する
ことにより、反射鏡の入射角を一定に保ったまま、試料
面上でビームを走査することができる。

次に、第３図を用いて、上記のビーム走査を行うための
反射面形状の計算方法を説明する。図において、第１図
と同一の符号は同一部分を表わすものとする。いま、空
間上の点Ｏを原点とし、光線２と一致する直線をＸ軸に
とり、点Ｏを通りＸ軸に垂直な直線をｙ軸にとる。また
、点Ｐｏにおける反射面の接線と法線を、それぞれＸ′
軸とｙ′軸にとり、反射鏡に固定した座標系を定義する
。

さて、きわめて接近した２点をＰ＋−ｚ、Ｐｔとし、線
分Ｐｓ−ｔＰｔを反射面の一部と考える。反射鏡を回転
中心６の回りに時計方向に角度θ負だけ回転したとき１
点Ｐｔ−ｚｐ　Ｐｉがそれぞれ空間上の点Ｑ　ｓ　−ｔ
　）　Ｒｉに移動したとする。点Ｐ＋−ｉ、Ｐｉの反射
鏡上の座標をそれぞれ（Ｘ　’　Ｐｌ−１ｅ　ｙ　’　
ｐｓ−ｔ）、（Ｘ’　Ｐｌｙ　’Ｉ’　Ｐｉ）と表わし
１点Ｑ　ｔ−１、Ｒ１の空間上の座標をそれぞれＣｘＱ
＊−１＊　ｙ＋ａｔ−ｔ）　５（ｘｎｉ＊　ｙｅｔ）と
表わすと、次の式（１）　〜（４）の関係がある。

ＸＱＩ−１＝（Ｘ’　Ｐｉ−１ｃｏｓａ　−ｙ’　ｐｌ
−ｘ　ｓｉｎα−ｘｃ）ｃｏｓθ蓋＋（ｙ’　ｐｌ−ｘ
　ｃｏｓａ　＋　ｘ’　ｐｔ−ｔ　Ｓｉｎα−ｙｃ）ｓ
ｉｎθｉ＋ｘｃ　　　　　　　　　　　　　　　　　・
・・（１）ｙＱｔ−１＝（ｙ’　Ｐｉ−Ｉ　Ｃ（Ｗα＋
ｘ’　ｐｔ−ｔ　５ｉｎａ−ｙｃ）ｃｏｓａ１（ｘ’　
ｐ羞−ｘ　ｃｏｓａ−ｙ’　ｐｌ−１ｓｉｎα−ｘｃ）
ｓｉｎｏ量＋’ｊｃ　　　　　　　　　　　　　　　　
　・・・（２）Ｘ’　　Ｐ１＝（（ＸＲＩ−ＸＣ）Ｃｏ
ｓθ＋　　（ｙｐｔ−ｙｃ）ｓｉｒ＋Ｏ＋＋ｘｃ）ｃｏ
ｓａ ＋　（（ｙ　Ｒ１−ｙ　ｃ）ｃｏｓθｓ＋（ｘｎ、−ｘ
ｃ）ｓｉｎθ。

＋ｙｃ）ｓｉｎα　　　　　　　　　　・・・（３）ｙ
’　　ｐ＊＝（（ｙｎｔ　−ｙｃ）ｃｏｓａｔ−ＣｘＲ
Ｉ−ｘｃ）ｓｉｎｆ？＋＋ｙＣ）ＣＯ３α （Ｃｘｎｉ−ｘｃ）ｃｏｓθ＋　　（ｙＲｔ　　　ｙｃ
）ｓｉｎＢｔ＋ｘｃ）ｓｉｎα　　　　　　　　　　　
　　　　　・・・（４）ここで、（Ｘｃ、　３／ｃ）は
回転中心の空間上の座標である。

ところで、点ＲｓがＸ軸上の点（ｒｓ−０）と−致し、
線分Ｑ　ｉ　−ｓ　ＲｔがＸ軸に対して角αをなす条件
は、次の式（５）〜（７）で表おされる。

Ｘ　Ｒ＋　＝　ｔ’亀　　　　　　　　　　　・・・（
５）ｙＲ亀＝０　　　　　　　　　　　　・・・（６）
した力τつて・　α・　ｒｔ　、　　（ｘｃｔ　ｙｃ）
および（Ｘ　’　Ｐｌ−ｕｓ　３”　ｐｓ−ｘ）が既知
とし、０１　が微小角度とすると、式（１）、　（２）
、　（５）、　（６）および（７）を用いて、θ１は次
の式（８）で与えられる。

Ａθ−＋Ｂθｉ　＋　Ｃｘ０　　　　　・・・（９）こ
こで、係数Ａ、ＢおよびＣは次の式（１０）〜（１２）
％式％ また、θ、が求まれば、（Ｘ’　Ｐｉｅ　Ｖ’　Ｐｔ）
は、式（３）、　（４）を用いて求めることができる。

さて、上記のように、θ量　と（Ｘ’ＰＩ、ｙ’Ｐ唖）
を与えるならば、光線２は、点０からｒｉだけ離れた位
置において、反射面の点Ｐ１に斜入射角αで入射する。

この結果、反射光線４′は、光線４と同一方向に偏向さ
れ、試料面５にあって点Ｓ。

からｒｔｓｉｎ２αだけ離れた点Ｓ、に到達する。

そこで、反射面全体の形状を次のように定める。

まず、斜入射角αと回転中心（Ｘｃ、　ｙｃ）を適当に
設定する。次に、Δｒを微小長さとして、ｒｉ＝Δｒ、
ｘ’　ｐｏ＝Ｑ、’Ｊ’　ｐｏ＝ｏとおき、上記手順に
したがって、角度θ五と点ＰＩの座標（ｘ’　ｐｌｅ　
ｙ’　ＰＬ）を求める。以下、順次、ｒｉ＝ｉ・Δｒと
おき（ｉ＝２．３．・・・、ｎ）、角度θｉと点Ｐｉの
座標（ｘ’　ｐｌ、　ｙ’　ｐ、）を求める。

最後に１点Ｐｏ、Ｐｚｙ・・・ｐＰａを滑らかに接続し
た曲線を反射面とする。このように反射面の形状を与え
るならば１反射鏡の回転角θがＯ≦θ≦θ、のとき、常
に斜入射角がαとなることは明らかである。上記の説明
は、ｘ′〉０の領域に限定したが、ｘ′〈０の領域でも
同様のビーム走査は、当然ながら可能である。

本発明の応用例として、さらにｘ′　ｙ′平面に垂直で
かつｙ′に平行な平面内で、反射鏡の形状を凹面とする
ことができる。この場合、ｘｙ平而面垂直な平面内、す
なわちＳＯＲ光源となる電子の軌道面内において光源か
ら広角度で発散するビームをコリメートし、試料面で所
要のビーム幅を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第４図を用いて説明する０図
において、第１図と同一の符号は、同一部分を表わすも
のとする。この実施例では、反射鏡３の斜入射角αを２
５ａ＋ｒａｄに設定した。この場合、反射面の表面材料
に金を用いると、軟Ｘ線領域で約７０％以上の反射率が
得られる６回転中心６は、Ｘ軸上にあって点Ｏから光源
１の側に１０００ｍだけ離れた位置に設置した。このと
き、反射鏡３を±１０＋ｎｒａｄの角度範囲内で回転す
ると１反射点ＲはＸ軸上を８２３＋ｍだけ移動する。こ
の結果、反射光線は、試料面５の上で約４０ｎｍの幅を
走査する。反射面の形状は、第５図に示すような凹面で
ある。上記範囲でビームを走査するためには。

反射鏡のＸ′軸方向長さは８００ｍ１ｉｊ度必要である
が、これは十分実用化できる寸法である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ｘ＠露光装置において、簡易な回転機
構によりビームの強度と方向を常に一定に保ったまま、
試料面上でビームを走査することが可能となり、露光装
置の簡略化と転写パターン精度の向上という効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のビーム走査光学系の原理を示す概略側
面図である。第２図は従来の第１のビーム走査光学系の
概略側面図である。第３図は従来の第２のビーム走査光
学系の概略側面図である。 第４図は本発明における反射面形状の計算方法を示す概
略側面図である。第５図は本発明の一実施例を示す概略
側面図である。第６図は上記実施例における反射面形状
を示す側面図である。 １・・・光源、２・・・入射光線、３・・・反射鏡、３
′・・・反射鏡の位置、４，４′・・・反射光線、５・
・・試料面、６・・・回転中心、１１・・・光源、１２
・・・５ＯＲ１１３・・・反射鏡、１４・・・マスク、
１５・・・被欝光基板、１６・・・回転中心、２１・・
・光源、２２・・・５ＯＲ１２３・・・反射鏡、２３′
・・・反射鏡の位置、２４・・・試″４２１犯 ４べ く−へ 茅３図 （久ン （砂ン 茅４図 第６図 チ′細

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、Ｘ線源と、このＸ線源から発する光線を試料面へ偏
   向する反射鏡と、この光線の入射面に垂直な回転軸の回
   りに前記反射鏡を回転する機構から成り、前記反射鏡は
   任意の回転角において前記光線に関して入射角が一定と
   なる形状を有し、前記反射鏡の回転走査により、前記試
   料面上で前記光線を走査することを特徴とするＸ線露光
   装置。