JPH0324769B2 - - Google Patents

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JPH0324769B2
JPH0324769B2 JP57179851A JP17985182A JPH0324769B2 JP H0324769 B2 JPH0324769 B2 JP H0324769B2 JP 57179851 A JP57179851 A JP 57179851A JP 17985182 A JP17985182 A JP 17985182A JP H0324769 B2 JPH0324769 B2 JP H0324769B2
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JP
Japan
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radiation
convex mirror
synchrotron
mirror
ray
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Takeshi Kimura
Kozo Mochiji
Hidehito Oohayashi
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/70075Homogenization of illumination intensity in the mask plane by using an integrator, e.g. fly's eye lens, facet mirror or glass rod, by using a diffusing optical element or by beam deflection
    • HELECTRICITY
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    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • X-Ray Techniques (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はX線露光装置に係り、詳しくは大面積
のマスクパーンを高い精度で均一に転写すること
のできる、X線露光装置に関する。
〔従来技術〕
X線リソグラフイの原理は第1図に示すごと
く、X線1をマスク2に照射し、X線透過性材料
3およびX線吸収性材料4から構成されるマスク
パターンをマスク後方にある感放射線性レジスト
膜5に転写するものである。X線は通常、電子線
励起型のクーリツヂ管方式の点X線源から得られ
るものが利用されるが、輝度が低いうえ、発散光
に起因する半影ボケにより解像度が低下するとい
う問題がある。これに対し、シンクロトロン軌道
放射光は点X線源に比べ約103倍高輝度であり平
行性も良いことから、サブミクロン寸法のパター
ン転写を行う上で最も有望なX線源の一つであ
る。
シンクロトロン軌道放射線束の断面積はシンク
ロトロンの規模にもよるがシンクロトロン軌道か
ら10m程離れた位置で大略、短径20〜30mm、長径
40〜60mm程度のだ円状である。しかし、シンクロ
トロン軌道面に垂直な方向に輝度分布があるた
め、レジスト膜を実効的に均一に露光できる面積
は数mm幅の帯状の面積にすぎず、大口径シリコン
ウエハを露光するには問題があつた。これを解決
するためにマスク・ウエハの載物台をシンクロト
ロン軌道放射光に対し移動させ、等価的にマス
ク・ウエハ上を該放射光でスキヤニングさせるこ
とが考えられるが、マスク・ウエハの位置合せ機
構と上記移動機構が個別に必要となり、装置構造
が複雑となる、露光中の上記移動機構作動により
マスク・ウエハが振動し、精密なパターン転写が
行えない、ことなど新たな問題が生ずる。
また、上記問題を避ける目的から第2図に示す
ごとく円筒形凸面ミラー31によりシンクロトロ
ン軌道放射光32を反射せしめ、放射光束の断面
積を拡大する方法が提案されている(IBM
Research Report、RC8220、1980)。しかし、シ
ンクロトロン軌道放射光は第3図に示すごとく連
続スペクトルであり、この方法によれば、第2図
中の光束Aの上記ミラー31に対する入射角θA
り小さな全反射臨界角を有する波長成分は、反射
率が極めて低い値となるため試料面SAには殆ん
ど照射されない。一方、光束Bのミラーに対する
入射角θBはθB<θAであり、試料面SBにはSAに比
べ、より短波長の放射光成分がさらに加わつて照
射されることになり、したがつて、試料面に照射
される放射光に波長分布が生じ、均一な露光がで
きないことになる。
さらに、上記凸面ミラーを用いる方法におい
て、単一波長化(モノクロ化)した放射光を用い
ることにより、試料面に照射された放射光の前記
波長分布を低減させる場合に於ても光束A、Bに
おける同一光束幅Δの反射光の光束幅拡大率が異
なるまた、全反射臨界角内にあつても反射率には
入射角依存性があるため、試料面に照射される放
射光に強度分布が生じ、試料全面に亘る均一な露
光ができないことになる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は前記問題点を解決し、大面積の
マスクパターンを露光ムラなく高精度で転写でき
るX線露光装置を提供するものである。
〔発明の概要〕
本発明において用いられる放射線束断面積拡大
機構は円筒形凸面ミラーおよびこれを回転あるい
は回転振動させる機構部から成る。すなわち、上
記凸面ミラーにより反射しその断面積が拡大され
た放射線束を上記凸面ミラーに回転または回転振
動を与えることにより、被露光試料面上を繰り返
しスキヤニングするごとく振動させ、露光面積を
さらに拡大するとともに、反射放射線束内の放射
線密度分布および波長分布を実効的に低減させる
ものである。
〔発明の実施例〕
実施例 1 本発明の1実施例を第4図により説明する。第
4図において記号51は本発明において用いられ
る円筒形凸面ミラーを示し、その曲率半径R=
2mの石英円筒面上にAu層を30〜50nmの厚さで
形成したものを使用した。
幅W=5mmのスリツト53を用いて、シンクロ
トロン軌道放射光54のうち、レジスト膜を実効
的に均一に露光できる部分54′を選択的に通過
させ、これを静止状態にある上記ミラー51に入
射した。
なお、シンクロトロンの電子加速エネルギEは
1.0GeV(109eV)、電子偏光強度M=1T、加速電
流値I=100mAとした。
上記放射光54′のミラー51への入射角は放
射光54′の上端部54′aがミラー51の接線と
なるごとくミラー位置に設定した。このとき、放
射光54′の下端部54′bのミラー51への入射
角は大略70mradであり、波長λ=1nmの放射線
の臨界入射角θCに相当するため、これより短波長
の放射光の反射率は急激に低下する。この反射光
55の試料56上における輝度分布を第5図に示
す。なお、ミラー51から試料56までの距離は
1mとした。
第5図から明らかなように、凸面ミラーが静止
していると、xの増大とともに、各波長ともに相
対輝度の低下が著るしく、ウエーハ全面を均一に
照射することは、明らかに不可能である。
これに対し、第6図は上記条件において、ミラ
ー51を放射光束54′a上にある軸52の周り
に矢印57で示すように、振幅±100mradで回転
振動させたときの同様の輝度分布を示したもので
ある。第6図から明らかなようにλ1nmの放射
光で均一な露光ができる範囲が大略50mm幅とな
り、入射光54′の幅W=5mmに対し10倍拡大さ
れる。
また、λ=5mmのときは幅10cm以上の範囲内
で、極めて均一な相対輝度の得られることが認め
られた。
なお、上記実施例におけるミラー51の回転軸
が入射光束54′の光軸よりずれた場合は均一な
露光輝度を得る面積が減少するため好ましくな
い。
実施例 2 上記実施例1の放射光束反射ミラー機構により
面積拡大された放射光を1μm厚さのPMMA
(Polymethyl Methacrylate)レジストに照射
し、現像したのちのレジスト残存膜厚の光束拡大
方向の分布を調べた結果を第7図に示す。第6図
の放射光輝度分布に比し、均一な露光ができる範
囲が約80mm幅と極めて大きくなつていることが判
る。これは上記PMMAレジストがかなり広い波
長領域に亘つて感度を有するため長波長成分の影
響によつて、極めて高い均一性が広範囲にわたつ
て得られたものと推定される。
上記のように、本発明は凸面ミラーを回転もし
くは回転振動させることによつて、照射光度の均
一性を向上させるものである。
上記回転もしくは回転振動は、凸面ミラーの中
心軸(円筒状凸面ミラーの中心軸)と平行で、か
つ、中心より偏心した軸を回転軸として行なわれ
る。これにより、凸面ミラーからの反射光は、あ
たかも走査するように、マスクやレジスト膜に照
射され、その結果、極めて均一な照射強度分布が
広い範囲にわたつて得られるのである。凸面ミラ
ーを上下もしくは斜め方向に振動させても、上記
照射強度分布の均一性を向上させることができ、
実施は可能である。
しかし、所望回転軸の周囲に回転もしくは回転
振動させることの方が容易なことが多いので、通
常の場合は、凸面ミラーを回転もしくは回転振動
させることが多い。
〔発明の効果〕
本発明によれば、均一に露光できる面積を大幅
に増大することができる。本発明において用いら
れる凸面ミラーの放射線の反射率は、例えばX線
リソグラフイに有効な波長領域1〜5nmの超短波
長においてはほぼ10%程度であるが、シンクロト
ロン軌道放射光の強度がクーリツヂ管方式などの
従来のX線源に比べてほぼ3桁高いため、所要露
光時間はマスク・ウエハのアライメント時間に比
し無視できる程度となり、この結果、スループツ
トは著るしく向上した。このほか、前述したマス
ク・ウエハ移動による露光面積拡大方式に比べ、
振動が大幅に低減できるため、サブミクロンパタ
ーンの転写精度、合せ精度が向上する効果が得ら
れる。凸面ミラーの回転により発生する振動は従
来方式のそれよりも少なくすることができ、ま
た、ミラー機構部とマスク・ウエハアライメント
機構部とは真空ベローズ等を介することにより軟
結合とすることができるため、振動をさらに少な
くすることが可能である。
さらに、凸面ミラーの曲率半径あるいは回転振
動振幅を選定することにより、放射線の入射角を
限定できるため、被露光試料の特性劣化を誘起す
る短波長の放射線を遮断することができる。
また、上記本発明の効果はシンクロトロン軌道
放射光を用いた場合に限らず、単結晶に入射した
電子が発生させる、いわゆるレプトンチヤネリン
グ放射光(応用物理、第49巻第10号、1980)やレ
ーザ光など指向性が強く、線束断面積の小さな光
源についても有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図はX線リソグラフイの原理説明図、第2
図は凸面ミラーによる放射線束の断面拡大方法を
示す模式図、第3図は電子シンクロトロン放射光
の波長特性線図、第4図は本発明の実施例を説明
するための模式図、第5図は従来法における反射
光輝度分布を示す曲線図、第6図および第7図は
本発明の効果を示す曲線図である。 1…X線束、2…X線マスク、3…X線透過メ
ンブレン、4…X線吸収体、5…レジスト、31
…凸面ミラー、32…入射放射線束、33…反射
後の放射線束、51…凸面ミラー、52…凸面ミ
ラーの回転軸、53…スリツト、54…入射放射
線束、54′,54′a,54′b…スリツト通過
後の放射線束、55…反射後の放射線束、56…
露光試料。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 所望の光径を有するシンクロトロン放射線束
    を凸面ミラーに入射する手段と、上記凸面ミラー
    からの反射光を、所望のパターンを有するマスク
    を介して感放射線性レジスト膜に照射する手段を
    そなえたものにおいて、上記凸面ミラーを、上記
    凸面ミラーの中心軸と平行で、かつ、偏心した軸
    を回転軸として回転もしくは回転振動させる手段
    をそなえたことを特徴とするX線露光装置。
JP57179851A 1982-10-15 1982-10-15 X線露光装置 Granted JPS5969927A (ja)

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JP57179851A JPS5969927A (ja) 1982-10-15 1982-10-15 X線露光装置
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JPH0324769B2 true JPH0324769B2 (ja) 1991-04-04

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