JPH03155116A - シンクロトロン放射光露光装置及びその露光方法 - 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〕 この発明は、シンクロトロン放射光を用いて。

超ＬＳＩ等の回路パターンをウェハ等の被露光板状物に
転写せしめるシンクロトロン放射光露光装置及びその露
光方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体（ＬＳＩ）の高集積化技術の進歩に伴い、マスク
上のパターンをレジストの付着したウェハ等の上に転写
する半導体リソグラフィ装置でも、軟Ｘ線を含むシンク
ロトロン放射光の利用が注目されるようになった。

この放射光は、第６図に示されるように、高真空の電子
蓄積リング（３）内で光速に近い速さの電子を偏向磁石
（３０）の磁界により曲げた時に電子軌道の接線方向に
放射される電磁波であるが、平行性が良く、且つ強い軟
Ｘ線が得られるため、線幅がサブミクロンクラスになる
超ＬＳＩのマスクパターンを上記露光板状物に転写する
Ｘ線露光装置の次期Ｘ線源として期待されている。

該シンクロトロン放射光を用いる実際の露光装置では、
電子蓄積リング（３）等の放射光源から発せられた放射
光がビームライン（３１）を通って転写装置（４）内に
導かれ、その内部でＸ線マスク（図示なし）やウェハ開
動ステージ（図示なし）等の各種装置を用いてマスクパ
ターンを被露光板状物の表面（この場合はウェハの上に
被覆されたレジスト）に転写する構成となっている。

このうち、ビームライン（３１）内部は、電子蓄積リン
グ（３）内の高度の真空状態に悪影響を及ぼさないよう
にするため真空に保たれ、他方、転写装置（４）は、マ
スクの温度上昇を抑えるため、その周りをチャンバ（４
０）で囲んで内部を大気や他のガス雰囲気（放射光減衰
作用の小さいヘリウムガス等）で満たしている。そこで
シンクロトロン放射光を放射する放射光源側（図では電
子蓄積リング（３）及びビームライン（３１））と転写
装置（４）との間には、放射光路途中に放射光源側の高
真空域と転写装置！（４）側の雰囲気とを隔て且つ放射
光の一部を透過可能なベリリウム薄膜等の放射光透過薄
膜（１）を有する放射光透過窓が設けられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第７図は、このような放射光透過薄膜（１）の取付けら
れた放射光透過窓の従来例を示す断面図である。同図に
示すように、ビームライン（３１）の真空フランジ等か
らなる窓枠（２０）にスペーサ（２５）を介して平板状
の放射光透過薄膜（１）の端部側が取付けられ、更にそ
の上から止めフランジ等の窓枠材（２３）でクランプし
ている。

一方、電子蓄積リング（３）等の放射光源から放射され
てきたシンクロトロン放射光は、電子の軌道面（水平面
）に垂直な方向への発散角が小さいため、照射面が横長
の扁平になってしまう。そこで電子蓄積リング（３）の
設計軌道中の直線部に電子波動用の電磁石を設置し、こ
こで摂動用水平磁場を発生せしめて電子ビームの平衡軌
道を、第８図に示すように変動させ（変形閉軌道を作り
）。

照射野を拡大させるものや、第９図に示すようにビーム
ライン（３１）の放射光路上に反射ミラー（５０）を設
け、該反射ミラー（５０）を振動的に上下に移動させた
り回動せしめて、この反射ミラー（５０）で反射される
シンクロトロン放射光を上下にスキャンし、照射面積を
拡大する等の工夫がなされている。

この様に放射光源側でシンクロトロン放射光を上下方向
にスキャンしたり、又は取出してくる途中で反射ミラー
（５０）等によりこれを上下方向にスキャンし、その照
射野を拡大せしめた場合には、これに対応させて前記放
射光透過薄膜（１）もそのスキャン方向に拡大したもの
が用いられることが望ましい。

しかし、放射光源側と転写装置（４）との間にはかなり
の圧力差があるため、このように薄膜（１）の大きさを
拡大した場合には、上記放射光透過窓の構成では、該薄
膜（１）がその半径方向中心部を中心に放射光源側に膨
出することとなり、それにより前記第７図の破線に示さ
れるように、この薄膜（１）に大きな引張り応力が掛る
ことになる。その結果、この様な放射光透過薄膜（１）
では、必然的にある程度厚みを増して強度を出す必要が
生ずる。従ってシンクロトロン放射光を用いた露光装置
では放射光透過薄膜（１）での放射光の減衰が大きくな
り、軟Ｘ線成分の透過率が低下するという問題があった
。

本発明は以上のような問題に鑑み創案されたもので、シ
ンクロトロン放射光を用いる露光装置で実用的な生産能
力を得るため、放射光の透過薄膜をできるだけ薄くし、
それによって放射光の透過率を上げることができる露光
装置の構成を提供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

シンクロトロン放射光の減衰の低減を目的として放射光
透過薄膜（１）の膜厚を薄くしつつ、放射光源側と転写
装置側の圧力差により作用する引張り応力にも該放射光
透過薄膜（１）が耐えられるようにするため、その膜面
を球面状に成形するというアイデアも提案されたが、そ
れだけでは前述のようにシンクロトロン放射光のスキャ
ンによる照射野の拡大に対応させて放射光透過薄膜（１
）をそのスキャン方向に拡大することは困難である。

そのため本発明のシンクロトロン放射光露光装置では、
第１図に示す様に、放射光透過窓に設けられる放射光透
過薄膜（１）を、放射光源側に突比し、且つシンクロト
ロン放射光のスキャン方向に弧を描く円筒面状に形成し
たものを用いることを基本的特徴としている。

この様に放射光透過薄膜（１）を円筒面状に形成して用
いると、その弧が描かれる方向については次式に示され
る引張り応力σのみが該放射光透過薄膜（１）に作用す
ることになる。

２°１　・・・・・・・・・・・・・・・■σ　＝ を 但し、Ｐ；圧　力 Ｒ：円筒面曲率半径 ｔ：膜厚み 従って、膜厚ｔが薄くてもそれに対応した円筒面曲率半
径Ｒを選ぶことにより、任意の引張り応力σにすること
ができ、放射光透過薄膜（１）の耐圧強度を増すことが
できる。そのため、膜厚ｔを薄くしてシンクロトロン放
射光の減衰率を低く抑えながら、該放射光透過薄膜（１
）をシンクロトロン放射光のスキャン方向に拡げること
が可能となる。

一方、円筒面状にした放射光透過薄膜（１）の膜厚ｔが
どの位置においても等しい場合、第２図に示す様に、放
射光源側から入射して該放射光透過薄膜（１）中を透過
直進するシンクロトロン放射光は平行光であるため、該
直進方向における膜中の各透過距離ｘ１・・・・・・Ｘ
、は、膜中央部が一番小さく。

スキャン方向の膜層縁端に近づく程次第に大きくなる。

従って放射光の減衰率も放射光スキャン方向の膜層縁端
に向かう程大きなものとなる。

この様な問題に対する一つの解決策としては、放射光透
過薄膜（１）の円筒面状の中央部を中心に放射光スキャ
ン方向に膜厚しが次第に薄くなるように成形し、これに
よって転写装置（４）側で得られる放射光強度が略どの
位置においても等しくなるような構成にすることも可能
である。しかしこの場合、放射光スキャン方向端部側の
放射光透過薄膜（１）の厚みが薄くなってしまい、前述
の様に放射光スキャン方向に放射光透過薄膜（１）の大
きさが拡大されるならば、前記０式よりこの端部側の膜
面に作用する引張り応力σが増大し、これに耐えられな
くなってしまう可能性もある。

そこで第２発明では、この様な膜厚の変更によらずに転
写装置（４）側で得られる放射光露光量がどの位置にお
いても等しくなる様にするため、前記走査手段（放射光
源側による走査又は反射ミラー　（５０）による走査）
によるシンクロトロン放射光のスキャンスピードをその
スキャン方向でコントロールする構成を採ることにした
。即ち、そのスキャンスピードは、放射光透過薄膜（１
）の円筒面状中央部から離れる程次第に遅くなる様にし
、前記転写装置（４）側のシンクロトロン放射光の露光
量がそのスキャン方向で一定となる様に制御するもので
ある。

〔実施例〕

以下、本発明に係るシンクロトロン放射光露光装置の具
体的実施例を、その放射光透過窓における放射光透過薄
膜の取付は方と共に示し、又この露光装置における放射
光のスキャンスピードの制御についても併せて説明する
。

第３図は本発明のシンクロトロン放射光露光装置の構成
の一例を示す縦断面図である。

本実施例では、放射光透過窓に取付けられた放射光透過
薄膜（１）により、高真空域の放射光源（３ａ）側と、
雰囲気制御チャンバ（４０）によって内部雰囲気が制御
される転写装置（４）側とが気密に隔てられている。

そのうち放射光ｇ　（３ａ）側の構成は、シンクロトロ
ン放射光を放射する電子蓄積リング（図示なし）及びビ
ームライン（３１）を有しており、他方、転写装置（４
）側の構成はマスクを支えるマスクテーブル（図示なし
）と被露光板状物を支持する微動ステージ（図示なし）
等を有しており、これらを雰囲気制御チャンバ（４０）
で囲んで、内部をヘリウムガス雰囲気で満たしている。

そして、放射光源（３ａ）側から発せられるシンクロト
ロン放射光の照射野を拡大するための走査手段（５）を
上記ビームライン（３１）途中に備えている。

即ち該走査手段（５）は、炭化ケイ素等を素材とする放
射光反射ミラー（５０）とその回動機構からなり、ビー
ムライン（３１）の途中に設けられたミラー収容チャン
バ（３１ａ）内に収容されている。そしてこの走査手段
（５）の働きは回動機構に設けられた廃動軸（５２）の
上下動により、ミラー（５０）の鏡面の向きを水平軸（
５１）を中心に振動的に往復回動せしめて、電子蓄積リ
ングから放射されビームライン（３１）中を進行してく
るシンクロトロン放射光をその鏡面で反射させ、その反
射光を上下にスキャンするものである。

又、前記放射光透過薄膜（１）は、放射光源（３ａ）側
のビームライン（３１）と転写装置（４）側の雰囲気制
御チャンバ（４０）の間に設けられた放射光透過窓（２
）の窓枠（２０）の枠開口部（２０ａ）に、放射光スキ
ャン方向に弧を描く様に円筒面状に取付けられており、
シンクロトロン放射光の透過率の高いベリリウム膜で構
成されている。

第４図は、放射光透過薄膜（１）が放射光透過窓（２）
にどの様に取付けられるかを分解した状態で示す説明図
である。

該放射光透過窓［（１）を固定する窓枠（２０）は円盤
状本体の転写装置（４）面側に枠開口部（２０ａ）を横
切る様にして円筒面状にえぐられる凹部（２１）が形成
されている。そして該窓枠（２０）はビームライン（３
１）側に取付はビス（２２）で固定される。又この凹部
（２１）の形成に当っては、窓枠（２０）の転写装置（
４）側の面を、シンクロトロン放射光のスキャン方向に
弧を描き、且つその弧の曲率半径Ｒを１９ｏｙｎとして
円筒面状にえぐることで形成される。この凹部（２１）
に一定厚み（七〇＝１０μｍ）の放射光透過薄膜（１）
をそのまま接触せしめ、その反対側から、前記凹部（２
１）の曲率に合わせて形成された円筒面状の突出面を有
するかまぼこ状の窓枠材（２３）を当てて押えビス（２
４）で止め、該放射光透過薄膜（１）の周囲を隙間なく
前記窓枠（２０）に固定している。この窓枠材（２３）
の中央部には、窓枠（２０）の前記枠開口部（２０ａ）
に対応させて、同じくシンクロトロン放射光の通過がで
きる様に該放射光の通過開口部（２３ａ）が設けられて
いる。尚、この様な放射光透過窓（２）への取付は方法
以外にも、例えば予め放射光透過薄膜（１）を円筒面状
に成形しておき、その曲率に合わせて円筒面状にえぐら
れる凹部（２１）を窓枠（２０）に形成し、前記放射光
透過薄膜（１）をこの凹部（２１）とかまぼこ状の窓枠
材（２３）の間に挟持せしめて固定する様にしても良い
。

この様に放射光透過薄膜（１）が窓枠固定部分を含め円
筒面形状のまま窓枠（２０）に固定されるため、この固
定部分との境の膜面に余計な応力が作用することがなく
なり、この様な一体型の取付は方によって、放射光透過
薄膜（１）の円筒面状取付けによる該薄膜（１）の耐圧
強度が計算上の理論値と略一致するものとなる。本実施
例では厚み１０μｍのベリリウム薄膜からなる放射光透
過薄膜（１）の取付けられた上記窓枠（２０）で、その
開口部（２０ａ）の大きさを放射光のスキャン方向に２
５ｍｎまで拡げることができ、平面的な状態で放射光透
過薄膜（１）が取付けられていたこれまでの例で拡げる
ことのできたその開口部（２０ａ）の大きさの最大値５
°ｎＷ１に比べ、格段に大きなものにすることが可能に
なった。

次に、本実施例のシンクロトロン放射光露光装置におけ
る実際の露光に当り、前記走査手段（５）によるシンク
ロトロン放射光のスキャンスピードの制御を行なったの
で、その露光方法の詳細につき説明する。

第５図に示す様に、放射光透過薄膜（１）中央部Ｏにお
ける放射光の透過距離がｔ。である場合にそこから放射
光スキャン方向にｙ、ずれた位置Ｙでは、該薄膜（１）
を透過してくる平行光たる前記シンクロトロン放射光の
透過孔ａ　ｔ　＊は、この薄膜（１・）の曲率半径Ｒの
中心点Ｃにおける前記膜中央部０とＹの位置との間でな
す角度をθとすると、次式■で表わされることになる。

ｔ、＝　　−１上−・・・・・・・・・・・・・・・■
ＣＯＳθ 又、上記位置Ｙの膜中央部０からのずれｙ＃は、次式〇
で表わされる。

ｙｓ＝Ｒｓｉｎθ　・・・・・・・・・・・・・・・■
ここでヘリウムガス雰囲気のシンクロトロン放射光吸収
係数をλとすると、放射光透過薄膜（１）中央部Ｏにお
ける放射光透過強度ＩＯ（ここでは膜透過直後の放射光
強度）は、 ■。＝Ｉ’ｅ−λｔＯ・・・・・・・・・叩・・■但し
、Ｉ′：膜透過直前の放射光の強度で表わされ、又薄膜
（１）Ｙ位置での放射光透過強度ｒ、（ここでも同じく
膜透過直後の放射光強度）は、Ｌ＝Ｉ’ｅ−”・＝Ｉ’
ｅ−リ…　・・・・・・・・・・・・■で表わされるこ
とになる。

従って放射光透過薄膜（１）の位置Ｙにおける膜中央部
０に対する比強度は００式から、の様になる。

ここで放射光のスキャンによる位置Ｙにおける放射光露
光時間と膜中央部０における放射光露光時間との比（比
露光時間）をとって、放射光透過薄膜（１）を透過して
きたシンクロトロン放射光の転写装置（４）側における
露光量が、放射光スキャン方向のどの位置においても一
定、即ち、（比露光時間）×（比強度）；一定であると
すれば、本実施例では薄膜（１）の曲率半径Ｒが１９ｍ
ｍ、その膜厚ｔ６が１０μｍであるので、０式に代入す
ると、 放射光スキャン方向の薄膜（１）各位置Ｙにおけるスキ
ャンスピードＶは。

膜中央部０のスキャンスピード（ｖｏ）に対して膜Ｙ位
置のスキャンスピード（Ｖ、）の比は、となる。

ベリリウム膜厚１０μｍで構成される本実施例の放射光
透過薄膜（１）の透過率を６０％とすると、−λ＝Ｑｎ
０．６　　・・・・・・・・・・・・■０ となり、これを上記０式に代入すると、ということにな
る。

但し　０≦θ≦４５ となる。この時位置Ｙにおける膜中央部０がらのずれｙ
、は前記０式より ’／　ａ＝１９ｘ　ｓｉｎθ である。

従ってθ＝４５°、即ち膜中央部０がら放射光スキャン
方向にＶ　５＝１９Ｘｓｉｎ　４５ずれた位置Ｙでは、
該中央部Ｏのスキャンスピードの約８１％の速度でスキ
ャンすれば、転写装置（４）側における露光量が膜中央
部０を透過してくる放射光の露光量と同一になる。

この様に放射光透過薄膜（１）中央部０から放射光スキ
ャン方向にずれるに従って上述に示した割合でそのスキ
ャンスピードを遅くすれば、転写装置（４）側における
放射光の露光量を一定とすることが可能となる。

尚、放射光透過薄膜（１）中央部Ｏと、そこから放射光
スキャン方向にｙ、ずれた位置Ｙでは、これらの膜面か
ら転写装置（４）側のマスク（図示なし）までの間にあ
るヘリウムガス雰囲気の厚みが、該薄膜（１）の撓み分
異なるが、ヘリウムは軟Ｘ線の吸収が小さいので、この
撓み分のヘリウムガス雰囲気厚みによる軟Ｘ線の減衰を
本実施例の場合は無視するものとする。又水平方向にス
リット状に放射されるシンクロトロン放射光は、そのス
リット巾方向（垂直方向）に軟Ｘ線強度分布を持つが、
本実施例の場合はこの巾を無視し、放射光透過薄膜（１
）の垂直方向のどの位置に入射するシンクロトロン放射
光の軟Ｘ線成分の強度も全て等しいものとした。

〔発明の効果〕

以上詳述した本発明のシンクロトロン放射光露光装置に
よれば、放射光透過窓に取付けられる放射光透過薄膜を
放射光スキャン方向に弧を描く円筒面状にしたものを用
いているため、高い耐圧強度が得ら九、その膜厚を薄く
して放射光減衰率を低く抑えつつ、該放射光透過薄膜を
放射光スキャン方向に拡げて放射光照射野を拡大せしめ
ることが可能となり、露光装置におけるスループットを
向上せしめることができる。又第２発明の露光方法によ
れば、シンクロトロン放射光のスキャンスピードをその
スキャン方向で変えることによ男、転写装置側における
放射光露光量がその全域に亘り一定とすることができる
ことになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す断面図、第２図は放射
光透過薄膜の膜厚と放射光透過距離の関係を示す説明図
、第３図は本発明のシンクロトロン放射光露光装置の一
実施例を示す縦断面図、第４図は本実施例における放射
光透過薄膜の放射光透過窓取付は状態を示す説明図、第
５図は放射光透過薄膜の円筒面状膜面の各点とその点に
おける放射光透過距離の関係を示す説明図、第６図はシ
ンクロトロン放射光を用いたＸ線リソグラフィの概略を
示す説明図、第７図は従来の放射光透過窓の構造を示す
断面図、第８図は電子波動リングによって電子ビームの
平衡軌道を変動させたときのシンクロトロン放射光の照
射野の拡大の状態を示す説明図、第９図は放射光反射ミ
ラーによるシンクロトロン放射光のスキャン方法を示す
説明図である。 図中（１）は放射光透過薄膜、（２）は放射光透過窓、
（３）は電子蓄積リング、（３ａ）は放射光源、（４）
は転写装置、（５）は走査手段、（５０）は放射光反射
ミラーを各示す。 第 ５ 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シンクロトロン放射光を放射する放射光源と、該
   シンクロトロン放射光の照射によりパターン露光を行な
   う転写装置と、放射光源側で又はシンクロトロン放射光
   が取出されてくる途中で該シンクロトロン放射光を所定
   方向にスキャンする走査手段と、放射光源側の高真空域
   と転写装置側の雰囲気とを隔て且つ走査手段によりスキ
   ャンされて進行してくるシンクロトロン放射光の一部を
   転写装置内に透過せしめる放射光透過薄膜の設けられた
   放射光透過窓を有するシンクロトロン放射光露光装置に
   おいて、該放射光透過窓の放射光透過薄膜を、放射光源
   側に突出し且つシンクロトロン放射光のスキャン方向に
   弧を描く円筒面状に形成したことを特徴とするシンクロ
   トロン放射光露光装置。
2. （２）前項記載のシンクロトロン放射光露光装置におい
   て、その放射光透過窓の窓枠に対し、その転写装置側の
   面に、枠開口部を横切る状態で且つシンクロトロン放射
   光のスキャン方向に弧を描く様に円筒面状にえぐられる
   凹部を形成すると共に、前記放射光透過薄膜を該凹部に
   接触させ、他方その反対側から前記凹部の曲率に合わせ
   て形成された円筒面状の突出面を有し且つシンクロトロ
   ン放射光の通過開口部の設けられた窓枠材を当てて該放
   射光透過薄膜の周囲を隙間なく前記窓枠に固定したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシンクロトロ
   ン放射光露光装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項乃至第２項記載のシンクロ
   トロン放射光露光装置による露光方法につき、前記走査
   手段によるシンクロトロン放射光のスキャンスピードを
   、放射光透過薄膜の円筒面状中央部から離れる程次第に
   遅くなる様に制御し、前記転写装置側のシンクロトロン
   放射光露光量がそのスキャン方向で一定になる様にした
   ことを特徴とする露光方法。