JPH0290513A - 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】 （発明の属する技術分野） 本発明はＸ線露光装置、特に、シンクロトロンからの放
射光（Ｘ線）でマスクを介してウェハを露光することに
より、マスクに形成されているパターンをウェハに焼付
けるＸ線露光装置の露光量制御装置に関する。

（従来の技術） 従来より、Ｘ線露光装置は周知となっている。そして、
この従来のＸ線露光装置では、その露光量の制御を、（
１）ウェハに塗布されている感光材（フォトレジスト）
のＸ線感度と経験的に求めている線源からのＸ線の照射
領域における照度とから、ウェハ上の照射領域全体の露
光時間を決定する。

（２）例えば、特開昭６０−１９８７２６号公報に示さ
れるように、Ｘ線検出器をＸ線照射領域内に設置し、Ｘ
線照度の時間的変動を考慮して照射領域全体の露光時間
を決定する等の方法により行っている。

（発明が解決しようとしている問題点）しかしながら、
上記従来例では、ウェハ面上の露光領域（照射領域）の
全域にわたって一律に露光時間を決めているため、ウェ
ハの露光領域内の各点で照度ムラがある場合には、露光
領域全体を適正に露光することが不可能となる。このこ
とは、特にＸ線露光装置が利用される１／４μｍ程度の
線幅のパターンの焼付の領域では、ウェハ上に形成され
る半導体素子に期待される性能が得られない等の問題が
生じる。一方、照度ムラを小さくする方法としては、線
源をマスク、ウェハから遠くに離す方法が考えられるが
、この方法ではウェハの露光領域の全域で照度が小さく
なってしまう。従って、本発明の目的は、露光領域内に
照度ムラが存在している場合にも、露光領域内の感光材
の放射線吸収量が露光領域内の各部分で実質的に一様と
なるようにすることのできるＸ線露光装置の露光量制御
装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明はこの目的を達成するために、シャッター手段の
先縁と後縁が露光領域を放射線の通過と遮断のために移
動する際の速度を制御することにより、露光領域内の各
部分の露光時間をそれぞれ別の値とすることを可能とし
ている。

（実施例） 第１図に本発明が適用されるＸ線露光装置の概要を示す
。この図において、１０１はその表面に感光材（フォト
レジスト）が塗布されているウェハ、１０２は半導体装
置用のパターンが形成されているマスク、１１２はマス
ク１０２をウェハ１０１に対して２方向に４０μｍ程度
の間隔をおいて平行に保持するマスクステージ、１０３
はウェハ１０１をｘ、Ｙ方向に移動させるウェハ移動ス
テージで、この装置はステージ１０３によりウェハ１０
１の各ショット領域（露光領域）を＠に照射領域１２０
（第２図参照）に対向させてウェハ１０１全面を露光す
る。照射領域１２０にはマスク１０２のパターン形成部
とウェハ１０１の露光領域の一つが位置する。この装置
は所謂ステッパーとして構成されている。

１０４はウェハ移動ステージ１０３上に設けられたセン
サーで、移動ステージ１０３により、ｘ、Ｙ方向に移動
して、照射領域１２０内の任意の点の照度を測定する。

１０５は開口部を有するベルトを用いて構成された主シ
ヤツタ−（可動アパーチャ）であり、補助シャッター１
０６と共に露光シャッターを構成する。主シヤツタ−１
０５、補助シャッター１０６はそれぞれコントローラ１
１３によって制御される。コントローラ１１３はセンサ
１１４を用いて計測された照射領域１２０内の各点の照
度に基づいて主シヤツタ−１０５を後述の如く制御する
と共に、主シヤツタ−１０５による露光制御の開始の前
に補助シャッター１０６を開き、その終了の後に補助シ
ャッター１０６を閉じるように補助シャッター１０６を
制御する。１０７はベリリウムの薄膜であり、この薄膜
１０７を境界としてマスク１０２側は例えば減圧された
Ｈｅ雰囲気とされ、光源側は高真空雰囲気とされている
。

１０８はＸ線光源となるＳＯＲリングの発光点である。

発光点１０８からのシンクロトロン放射光（Ｘ線）は電
子ビーム１１０　（第２図参照）の軌道面に平行な方向
（Ｘ方向）には均一で、垂直な方向（Ｙ方向）には対称
な強度分布を有する。凸面シリンドリカルミラー１０９
は、第２図に示す如く、発光点１０８からのシンクロト
ロン放射光を対称な強度分布を有する方向（Ｙ方向）に
拡大し、マスク１０２とウェハ１０１の一つの露光領域
が配置されている位置において、必要な大きさの照射領
域１２０を得るために使用される。一般的に、反射面が
単一の曲率を有するシリンドリカルミラーを用いた場合
、照射領域１２０内で一つのピークを有する一次元（Ｙ
方向）の照度分布（ムラ）となる。第６図にこのような
照度分布の一例を示す。この図ではウェハ１０１上に塗
布されているフォトレジストの感度の波長における依存
性を考慮して重みづけされた照度分布の計算値を示して
いる。なお、この図では、Ｙ、、ＹＮ位置の照度ＩＬ、
　ＩＬＩ　（：ＩＬ）を基準（＝１）として全体の照度
分布を標準化した比照度をたて軸にとっている。また、
この図で、ＩＰは照度のピーク値、ＹＰはそのピーク値
のＹ方向の位置を示す。

第３図に主シャッターの具体的な構成の例を示す。

ベルト１０５は開口部２０４を有しており、例えばステ
ンレス等の金属の薄板ベルトであり、この薄板は光源の
Ｘ線を遮断するのに十分な厚さを有している。

２０１、２０２はベルト１０５をまきつけたローラーで
あり、駆動モータ２０３によって回転させることにより
ベルト１０５の開口部２０４を可動アパーチャとして動
作させることができる。そして、開口部２０４の移動方
向２１０　（Ｙ方向）は、照明光の強度ムラを有する方
向に一致している。ベルト１０５には開口部が２ケ所設
けられており、開口部２０４は露光領域の露光時間をＹ
方向に沿って局所的に制御するところの可動アパーチャ
として動作し、その先縁２０６および後縁２０７はＹ方
向に関して露光領域内を移動する際、その移動速度がコ
ントローラ１１３によってそれぞれ制御される。また開
口部２０８は開口部２０４が露光シャッターとして動作
している際に、照明光が遮断されない為に必要な開口領
域を有する。

２０９は開口部２０４の位置を検出するためのフォトセ
ンサであり、開口部２０４が露光領域を通過する際のタ
イミングをとる。

第４図に可動アパーチャすなわち開口部２０４の先縁２
０６、及び後縁２０７の移動の様子の一例を示す。第４
図において、横軸は時刻を示し、縦軸は可動アパーチャ
の移動方向の位置すなわち照明光の強度ムラを有する方
向の位置座標であり、Ｌｏ（座標Ｙ、からＹＮ）で示さ
れる部分が露光領域（照射領域）である。また、この図
において、ＬＥは開口部２０４の先縁２０６と後縁２０
７のＹ方向の間隔を示している。この図では、露光領域
内で先縁２０６と後縁２０７のＹ方向への移動速度はそ
れぞれ独立に変化している。初期状態では、開口２０４
は露光領域（画角）の図示下方に位置している。この状
態で、露光命令が出されると、コントローラ１１３はモ
ータ２０３を駆動させ、ローラ２０２．２０３の回転に
より開口部２０４の先縁２０６と後縁２０７のＹ方向の
位置を時間の経過と共に図示の線に沿って変化させる。

先縁２０６がＹｌに達した時から露光が開示される。Ｙ
、とＹＮの間で先縁２０６の位置はＹ、の近傍では比較
的ゆっくり、そしてＹＮの近傍では比較的早く変化する
。なお、この際、後縁２０７はＬＯ＜ＬＥの関係から露
光領域には達していない。

この後、開口部２０４の略中夫に露光領域が達した時点
で、コントローラ１１３はモータ２０３の駆動を停止し
、適正なタイミングでモーター２０３の再駆動を開始さ
せる。そして、後縁２０７がＹＮに達した時に露光が終
了し、その後、モーター２０３の駆動が停止される。こ
の時には、後縁２０７の位置はＹｌの近傍では比較的早
（、ＹＮの近傍では比較的ゆっ（り変化する。このよう
に、先縁２０６と後縁２０７の移動速度（位置の変化）
を制御する理由は後述する。

第７図に、横軸にＹ方向の位置座標を、縦軸に時刻をと
って、第４図のＹｌとＹＮの間の先縁２０６と後縁２０
７の位置の変化曲線を示す。また、第８図に、Ｙ、とＹ
Ｎの間の各点Ｙ＋（１≦ｉ≦Ｎ）の露光時間（Ｔ　Ｅ　
−Ｔ　Ｆ　）を示す。なお、これらの図において、ＴＦ
は点Ｙ１に先縁２０６が達した時刻、ＴＥは後縁２０７
が点ＹＩを通過した時刻である。第８図から明らかなよ
うに、第４図の例では露光領域（Ｙ。

とＹＮの間）の中心部の方が周囲部より露光時間が短か
（なっている。

第９図は第６図に示している各点Ｙｌごとの照度と第８
図に示している各点Ｙｌごとの露光時間との積をとった
もので、すなわち本動作例における、露光領域内の各点
ＹＩごとの露出量（実際には、フォトレジストの放射線
吸収量）を表したものである。

速度制御された可動アパーチャにより、第６図に示され
るムラをもつ照明光源であっても第９図のように、露光
領域全体でより均一化された露出量を実現していること
が示されている。

以上述べた例では可動アパーチャの動作を露光領域内で
等加速度運動としたものについて説明しているので、各
点Ｙｌの露出量は完全に均一となっていないが、可動ア
パーチャの制御によって原理的には露出量を各点Ｙ１で
完全に均一とすることも可能である。

具体的な制御の方法の例について述べる。

露光領域内において、照度が変化する方向に対して座標
をとり、露光領域内の点をＮケ所とり、それぞれＹＩｎ
　　Ｙ２＋　・・・、Ｙｎとする。

装置内の照明強度センサー１０４によって計測されたデ
ータに基づき、ウェハ上のレジストの感度の波長特性に
よって重み付は換算された、Ｙｌの位置での、実際上の
照明強度を■１とする。必要な露光量をＥとすると、 Ｔ　＋　＝　Ｅ　／　Ｉ　＋　　　　　　　　　　　　
　　（１）が、露光領域内の位置Ｙｌにおける適切な露
光時間である。

これに対し、可動アパーチャの先縁２０６のＹｌを通過
する時刻をＴＦＩ　（Ｐｌ　＋　　Ｐ２１　・・・）と
する。

Ｐ１＋　Ｐ２は可動アパーチャの動作制御パラメーター
である。同様に可動アパーチャの後縁２０７のＹ、を通
過する時刻をＴＥＩ　（Ｐ　ｌ　＋　　Ｐ　２　＋　・
・・）とする。

このとき各パラメーターＰｋに対し、 Ｅ；θΣ（ＴＥＩ−ＴＦＩ−Ｔ＋）’ を最小とするＰｋを計算によって求め、可動アパーチャ
の動作制御を行う。

このとき、可動アパーチャの制御に起因する誤差が最小
となる。

制御パラメーターの数を、Ｎヶ以上設定すれば露光領域
上の各点Ｙｌについて Ｔ　Ｅｌ　−Ｔ　Ｆｌ　−Ｔ　Ｉ＝　０　　　　　　　
　　　　（３）とすることも可能である。

この場合は露光領域内の各点Ｙ１において、露光量を同
一にすることが可能であり、従って全露光領域内での均
一化を高精度で実現することが可能である。

この場合を例として、最も速（露光を終了する移動方法
を示すことができる。

今、Ｙｌ、ＹＮをそれぞれ露光領域の両端とし、Ｙｌか
らＹＮの方向に可動アパーチャを移動させる。

また、第６図に示すような照度分布が得られたとする。

このとき、ＩＦは照度分布の露光領域におけるピーク値
とし、ＹＰはそのピークを与える位置とする。またＩＬ
＝１１　、　Ｉｖ＝ＩＮとする。第４図に示すような、
−枚のベルトに開口部２０４を設けて可動アパーチャと
する例においては、可動アパーチャの開口部の長さＬＥ
が、 ＬＥ≧ｍａｘ（ｌＹｒ　　Ｙｌ　ＩＩ　　ＩＹＮ　　Ｙ
Ｐｌ）の場合、可動アパーチャの最高速度をＶ　ｍ１ｌ
Ｘとして、各点Ｙｌにおける開口部２０４の先縁２０６
の通過時刻ＴＦＩと、後縁の通過時刻ＴＥＩを次の式で
表せるように移動させる。

１）　Ｙ　、≦Ｙ≦ＹＰ Ｔ＋＋　＝　ＴＦＩ　＋　Ｔ ２）ＹＰ＜Ｙ＜ＹＮ Ｔｇ＋＝Ｔｒｔ＋Ｔ＋　　　　　　　　　　　　　　（
７）但し、Ｔｒｏ：先縁２０６がＹｌを通過する時刻（
Ｔｒ＋＝Ｔｒｏ） （４）、（５）、（６）、（７）で定まる先縁２０６及
び後縁２０７の動作の様子を第１０図に示す。この例で
も第７図の例と同様に、先縁２０６は位置Ｙ、の近傍で
は比較的ゆっ（り移動し、徐々に速度を早めて位置ＹＮ
の近傍では比較的早く移動すると共に、後縁２０７は位
置Ｙ１の近傍では比較的早く移動し、徐々に速度を低下
させて位置ＹＮの近傍では比較的ゆっくり移動している
。また、露光領域内の各点Ｙ、の露光時間（Ｔ　Ｅｌ　
−Ｔ　Ｆｌ　）は位置ＹＰで最も小さ（なっている。

この場合、開口部２０４の先縁２０６が露光領域内に入
り、開口部２０４の後縁２０７が露光領域を脱するまで
に要する時間ΔＴは ΔＴ　：＝　ＴＥＮ　−ＴＦＩ となり、（３）式を満たす可動アパーチャの実現しうる
動作のうち、最小のΔＴを与える動作である。

特にり。≦ＬＥの場合には、露光領域内に先縁２０６と
、後縁２０７とが同時に存在することはないので、が可
能である。

（４）式〜（７）式は最小のΔＴを与える動作であるが
、この式で表される動作が唯一の解ではなく、（５）式
および（７）式が成立していればどのような動作であっ
ても良いことが本発明の主眼である。

また、本発明によれば、照度分布が連続であれば、任意
の照度分布について露光量を均一にすることが可能であ
る。移動方向に対してＴＩが減少する領域では（４）式
、ＴＩが増大する領域では（６）式に従って先縁２０６
を動作させればよい。

（他の実施例） 第５図に可動アパーチャの別の実施例を示す。第５図に
おいて２１１．２１２は可動アパーチャであり、２１１
は駆動ローラ２１６と２１９に巻きつけられており、２
１２は駆動ローラ２１７と２１８に巻きつけられている
。２１５は可動アパーチャの移動方向を示す。

この例においては、第３図の実施例に示す原点センサ、
駆動アクチュエータは省略されている。２１４は可動ア
パーチャ２１２の開口部のエッチであり、第３図の例に
おける先縁２０６に相当する動作をする。

２１３は可動アパーチャ２１１の開口部のエッヂであり
、第３図の例における。後縁２０７に相当する動作を行
う。

このように、独立した可動部材に先縁と後縁を構成した
場合には、第１図に示す補助シャッタ１０６を省略する
ことが可能である。また、見かけ上、第４図に示す例に
おける開口長さＬＥを可変とすることができるため、制
御上の自由度が高（なる。

さらに、本発明による可動アパーチャによって、露光量
を均一とする方法を前提とすれば、（８）式は第２図に
示す照明系の設計の最適化の手法を与える。第１１図は
第２図による照明光学系において、凸面シリンドリカル
ミラー１０９の曲率１／Ｒを変えて露光領域の照度分布
の様子を表わした例である。この例においてはシンクロ
トロン放射光の臨界波長λ。＝１０．２人、臨界波長λ
。における固有発散角δ＝０．４４ｍｒａｄ、シンクロ
トロン放射光の輝点１０８とミラー１０９の反射中心と
の距離が５　ｍ　。

ミラー１０９の反射中心と可動アパーチャ１０５との距
離が７　ｍ　、露光領域のＹ方向（第１図では傾きを誇
張しているがＹ方向は実質的に垂直方向である）の大き
さＬ（１＝３０ｍｍとして、放射光のミラー１０９への
入射角を考慮して反射率を適切に定め、計算した。可動
アパーチャを（４）、　　（５）、　　（６）、　　（
７）に示す動作に従い露光をさせた場合、以下の（９）
式で表わせるη ΔＴ＝ηＥ　十−（ＩＱ　） ｍａｘ を縦軸に、１／Ｒを横軸にしてとったグラフを第１１図
に示す。

この図に示されるように、ηが極小となる凸面シリンド
リカルミラー１０９の曲率半径Ｒ０が存在する。Ｒｃの
値は、シンクロトロン光源のプロフィール、露光領域の
大きさ、また光源、ミラー及びマスクの配置等によって
異なるが、それぞれ（９）式で表わされるηを最小とす
るＲｏを凸面シリンドリカルミラーの曲率半径とするこ
とにより、露光シャッターの開口時間が最も短く、時間
的な効率のよい露光システムが実現できる。

しかしながら、実際の曲率半径の選定にあたっては、必
ずしもＲｏとすることが最適とならない。

本発明による露出量の均一化方法において、均一化に影
響を与える誤差要因には、照度の測定誤差や、可動アパ
ーチャの移動速度制御誤差がある。

これらの誤差の許容値は、要求される露光量の精度から
決定されるが、いづれの誤差も、照明光の強度ムラが小
さい方が、より小さ（することが容易になって（る。こ
れは、シリンドリカルミラーの曲率半径を小さくする方
向であるので、同時に露光時間を長くする。シリンドリ
カルミラーの曲率半径をＲｏよりも大きくするのは、照
明光のムラを大きくし、かつ露光時間も長（なる方向で
あるから無益である。

以上のことから、シリンドリカルミラーの曲率半径とし
てはＲｏを最大限とし、露光時間の許容できる範囲で小
さい曲率半径とするのが良い。一方Ｒを小さくすると、
照明光の強度ムラが小さくなり、本発明による可動アパ
ーチャの働きによって露出量を均一化することの有益性
がな（なってくる。シリンドリカルミラーの曲率半径を
ＲｏとしたときのηｌＴｌＩｎに対し、３ηｍｉｎ程度
までが有益性がみとめられる。

第１２図において、Ｒ＝３０ｍの場合が７７　＝３．６
ηｍｉｎを与える強度分布である。

本実施例においては、可動アパーチャの動作を、一つの
ピークをもつ照度分布の例について説明したが、−次元
の照度分布であり、その照度の変化が連続であれば、本
発明はどのような分布形状であっても、露光量の均一化
が可能である。従って、本発明は非シリンドリカルミラ
ー等任意の光学要素を用いたどのような照明系にも適用
できる。

また照度分布Ｉについては、実際の露光、現像を行って
測定する方法によって測定することも可能であるし、ま
たシンクロトロンの放射光源からの光線追跡による計算
によって求めることも可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は露光領域内で照度ムラを
有する照明系をもつ露光装置において、露光シャッタと
して、速度制御を可能とした可動アパーチャを設け、局
所的に露光時間を制御するようなしたので、露光ｍ（フ
ォトレジストの放射線吸収ｆｌ）のムラを照度のムラよ
り小さくすることができ、露光装置の解像力を高めるこ
とができる。

また、露光プロセスの解像力から要請される露出量の均
一性に対する要求は、本発明による可動アパーチャの局
所露光時間制御によって満たすことができるため、照明
系に要求される照度ムラの許容限度は、この局所露光時
間制御の性能による要請から定まることになるが、この
許容限度は従来要求されていた照度ムラに対する要求よ
りも充分大きくなる。

一般に照度と、その均一性は設計上は相反する要求であ
るので、均一性の許容限度が大きくなれば、その分照度
を上げることができる。このことは露光時間を短縮する
ことを可能とし、露出中の時間的変動要因に起因する露
光誤差を小さくし、また露光装置の処理速度いわゆるス
ループットをあげることができる。

さらには本発明による可動アパーチャを備えた露光装置
では、従来とは異なるより強力な照度をもつ照明系にお
いて、より適切な露光がなされることが示された。露光
に要する時間を、評価関数として用いることにより、照
明光学系の最適設計の指針を与えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＸ線露光システムの概念を示す図、第２図はシ
ンクロトロン放射光を用いた照明系を示す図、 第３図は本発明の露光量制御装置の一実施例を示す図、 第４図は第３図の実施例の可動アパーチャの移動の様子
を示す図、 第５図は本発明の他の実施例を示す図、第６図は第２図
の照明系の照度分布の一例を示す図、 第７図は可動アパーチャの移動の様子を示す図、第８図
は第７図の例における露光時間の分布を示す図、 第９図は第８図の露光時間の分布による露光量の分布を
示す図、 第１Ｏ図は理想的な可動アパーチャの移動の様子を示す
図、 第１！図は第２図の照明系でシリンドリカルミラーの曲
率（半径）を変化させた場合の照度分布の変化を示す図
、 第１２図はシリンドリカルミラーの曲率（半径）の最適
値を示す図である。 １０１・・・ウェハー、１０２・・・マスク、１０５・
・・主シヤツタ−（可動アパーチャ）、１０８・・・発
光点、２０６・・・前縁、２０７・・・後縁である。 第６図 第７図 Ｙ、盲　・・・　・ ・　Ｙ、・ ・　・Ｙ１１４　Ｙ％ 五−Ｔ戸 ■・（ＴＦニーＴＦ） ＩＹｔ も８Ｚ 貫光助問 も９図 敦光、ｉ １−一 一−−−Ｙ＋１１Ｌ χ 第１０図 第１１図 η

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスクに形成されているパターンを感光材が塗布
   されているウェハに焼付けるために、シンクロトロン放
   射光でマスクを介してウェハを露光するＸ線露光装置に
   おいて、ウェハ上の領域の前記放射光による露光を開始
   させるための先縁と前記領域の前記放射光による露光を
   終了させるための後縁を有するシャッターと、前記シャ
   ッターを制御する制御手段を有し、前記先縁と後縁は前
   記領域内の前記放射光の照度ムラの方向に沿って移動す
   ると共に、前記制御手段はウェハに塗布されている感光
   材の放射光吸収量が前記領域全体で実質的に一様となる
   ように、前記領域を通過する際の前記先縁と後縁の移動
   速度をそれぞれ制御して前記領域内の各部分の露光時間
   を異ならせることを特徴とするＸ線露光装置。
2. （２）前記シャッターは前記方向に沿って移動するベル
   トを有し、前記ベルトには前記先縁と後縁を有する開口
   が形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のＸ線露光装置。
3. （３）前記先縁と後縁の間の距離をＬ＿Ｅ、前記領域の
   一端の位置座標をＹ＿１、他端の位置座標をＹ＿Ｎ、前
   記領域内で照度のピークの位置座標をＹ＿Ｐとしたとき
   、前記開口が、 Ｌ＿Ｅ≧ｍａｘ（｜Ｙ＿Ｐ−Ｙ＿１｜、｜Ｙ＿Ｎ−Ｙ＿
   Ｐ｜）を満足するように形成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載のＸ線露光装置。
4. （４）前記制御手段は、前記先縁と後縁が前記領域をそ
   れぞれ異なる変位をしながら通過するように、前記先縁
   と後縁のそれぞれの移動を独立に制御することを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載のＸ線露光装置。
5. （５）前記シャッターは前記方向に沿って移動する複数
   のベルトを有し、前記ベルトの一方には前記先縁を有す
   る開口が形成され、他方には前記後縁を有する開口が形
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のＸ線露光装置。