JPH04360515A - 放射光露光装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放射光露光装置に係り、
特に放射光が試料上で走査するよう照射される放射光露
光装置に関する。

【０００２】０．３　ミクロン以下の微細加工を必要と
する超々ＬＳＩ（大規模集積回路）の量産には、電子蓄
積リングからのＸ線を使ったＳＲ（シンクロトロン）−
Ｘ線露光や光化学反応を使った絶縁薄膜形成・配線用金
属薄膜及び半導体薄膜層の低温エピタキシャル成長等の
新加工技術が必要不可欠である。また、上記Ｘ線等の放
射光を照射する場合、１インチから数インチ角の試料上
に放射光を均一に、或いは任意の分布を持たせて照射す
る必要がある。

【０００３】しかるに、放射光は一般に水平方向には充
分な広さを有しているが、垂直方向には数ｍｍから１ｃ
ｍ程度の幅しか有していない。

【０００４】この為、水平方向の集光と縦方向の照射領
域の拡大のために走査機構を設け、放射光の入射角を上
下方向に変化させる構成としたり、また試料自体を移動
させる構成とすることにより試料に対して放射光を走査
させ、照射領域を拡大することが行われている。

【０００５】

【従来の技術】従来、走査機構として２種類の構成が知
られている。その一つは、電子蓄積リング（ＳＯＲ）装
置と試料のほぼ中央のビームライン内にトロイダル鏡（
反射鏡）を設置したミラースキャン型と呼ばれるもので
ある。このミラースキャン型走査機構は、ＳＯＲ装置か
ら照射された放射光が入射される反射鏡を駆動機構によ
り変位させることにより、反射光を上下に振り照射領域
を拡大する構成となっいる。また、もう一つの構成は、
試料をステッパ上で機械的に移動させることにより、相
対的にＳＯＲ装置から照射された放射光を試料上で走査
させるよう構成した一体型と呼ばれるものである。

【０００６】ミラースキャン型走査機構は、ビームライ
ン内の反射鏡をカム等の機械的機構で振動させるものが
一般的であり、予め定められた走査パターンで、予め定
められた回数だけ走査するよう構成されていた。また、
一体型走査機構は、マスクとウエハを位置合わせした後
、両者を機械的に固定し、予め定められた走査パターン
で、予め定められた回数だけ走査するよう構成されてい
る。

【０００７】一方、ＳＯＲ装置から照射される放射光は
常に一定の強度を有している訳ではなく、経時的に強度
が弱くなる特性を有する。従って、上記のように定常的
な走査しかできない従来のミラースキャン型及び一体型
走査機構では試料に対して一様な照射を継続して行うこ
とができなかった。

【０００８】Ｘ線露光においては、一照射領域の照射時
間は約１秒から数秒である。これに対してミラースキャ
ン型走査機構では反射鏡が重くかつ反射鏡が真空中に配
設されるため、その振動は２ヘルツ程度である。また、
一体型走査装置ではマスクとウエハを位置合わせし、こ
れを機械的に固定した上で移動させるため、機械的振動
を極端に嫌うため一走査に必要な時間は１秒程度がせい
ぜいである。このため、Ｘ線露光の照射領域を走査する
回数は１回から数回程度となる。

【０００９】また、Ｘ線露光においては、照射量の均一
性を確保するためにＸ線の照射を照射領域の途中で止め
ることはできない。これは、照射領域の途中でＸ線の照
射を中止すると、試料上にＸ線の照射された部分と照射
されない部分とで照射量が大きく異なってしまうからで
ある。

【００１０】例えば、照射領域が４０ｍｍ×４０ｍｍで
ＳＯＲ装置の蓄積電流が３００ｍＡ　の時における露光
処理の最適条件が、走査速度２ｃｍ／ｓｅｃで２回走査
、つまり照射時間が４秒であったとする。しかるに、経
時的にＳＯＲ装置の蓄積電流が２７０ｍＡ　に減少した
とすると、上記の走査条件では１０％も照射量が少なく
なってしまう。また走査回数を３回走査にすると、今度
は照射量が３５％も多くなってしまう。

【００１１】図５は従来におけるミラースキャン型走査
機構を具備した放射光露光装置１を示す要部構成図であ
る。同図において２はＳＯＲ装置、３はビームライン、
４は放射光の集光と縦方向の拡大を行うための反射鏡、
５はＸ線取り出し窓、６は露光用ステッパ、７は反射鏡
駆動装置を示している。

【００１２】ＳＯＲ装置２で発生した放射光は、ビーム
ライン３を通り反射鏡４で反射された上でＸ線取り出し
窓５より外部に取り出される。この時、反射鏡４は反射
鏡駆動装置７により変位され、よって反射Ｘ線はその反
射方向を変位させ、露光用ステッパ６に取り付けられた
試料１０上を走査する。

【００１３】この反射鏡４の変位速度は、試料１０の照
射領域に放射光を均一に照射するよう、図６及び図７に
示されるような速度制御が行われている。図６は反射鏡
４の変位速度変化を示しており、図７は露光領域を示し
ている。また各図に示すａ〜ｄは図６，図７で夫々対応
しており、従って図７における各位置の走査速度を図６
から知ることができる。

【００１４】前記したように反射鏡４は大きく重いため
瞬時に所定の角速度で運動することはできない。そのた
め、照射領域の外側には助走区間が設けられており、放
射光がａからｂに至る間において反射鏡４の変位速度は
加速され、照射領域端に掛かる直前の位置ｂでは所定の
速度で変位するよう構成されている。そして、照射を行
うｂからｃの間は所定の速度で変位し、ｃからｄの間で
は減速する。その後、またｄからｃの間で加速し、ｃか
らｂの間は所定の速度で変位し、ｂからａの間では減速
する。以後、この繰り返しを行うことにより、放射光は
照射領域において所定速度で走査を行う構成とされてい
た。

【００１５】また、図８は従来における一体型走査機構
を具備した放射光露光装置８を示す要部構成図である。 尚、同図において図５で示した放射光露光装置１と同一
構成部分については同一符号を付す。

【００１６】露光用ステッパ６には、マスク９の微細パ
ターンが試料（ウエハ）１０を所望の位置に位置決めし
て固定する位置合わせ機構（図示せず）が設けられてお
り、この位置合わせ機構はマスク９とウエハ１０の位置
がずれないように機械的に固定する。また、露光用ステ
ッパ６には走査機構１１が設けられており、この走査機
構１１は位置合わせ機構上下方向に所望の速度及び回数
だけ移動させうる構成となっている。よって、位置合わ
せ機構が移動することにより、相対的にマスク９及びウ
エハ１０上に放射光が走査される。

【００１７】走査機構１１は図７及び図９に示されるよ
うな速度制御に基づき位置合わせ機構を移動させる。図
７は露光領域を示しており、図９は位置合わせ機構（即
ち、マスク９及びウエハ１０）の移動速度変化を示して
いる。また各図に示すａ〜ｄは図７，図９で夫々対応し
ており、従って図７における各位置の走査位置を図９か
ら知ることができる。

【００１８】前記したように、一体型走査機構ではマス
ク９とウエハ１０の位置がずれないように機械的に固定
状態の位置合わせ機構を移動させる必要があるため、瞬
時に所定の速度で移動させることはできない。そのため
、ミラースキャン型走査機構と同様に照射領域の外側に
は助走区間が設けられており、放射光がａからｂに至る
間において位置合わせ機構の移動速度は加速され、照射
領域端に掛かる直前の位置ｂでは所定の速度で移動する
よう構成されている。そして、照射を行うｂからｃの間
は所定の速度で移動し、ｃからｄの間では減速する。 その後、またｄからｃの間で加速し、ｃからｂの間は所
定の速度で移動し、ｂからａの間では減速する。以後、
この繰り返しを行うことにより、放射光は照射領域にお
いて所定速度で走査を行う構成とされていた。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、放射
光露光装置には放射光を走査させるための走査機構が設
けられている。この走査機構の駆動機構としてはパルス
モータを用いるもの，機械的リンク機構やカム機構を用
いるもの等が一般的である。

【００２０】しかるに、従来の放射光露光装置では、走
査機構による走査速度は予め定められたクロックで駆動
される構成とされていたため、照射領域における走査速
度は予め定められた所定の速度以外の速度とすることが
できず、ＳＯＲ装置の発生する放射光の強度変化に追随
して速度を変えることができなかった。

【００２１】よって、ＳＯＲ装置の発生する放射光の強
度が経時的に変化すると、これに伴い試料に照射される
放射光の照射量が変化し、試料に対して常に一定した加
工を行うことができないという問題点があった。

【００２２】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、放射光の強度が変化しても試料に対し常に一定の
照射量を確保できる放射光露光装置を提供することを目
的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、電子蓄積リングから放射される放射光
が、走査機構により試料上で走査するよう照射して所定
の加工を行う放射光露光装置において、上記放射光の強
度を測定する放射光強度検出装置と、この放射光強度検
出装置が検出する放射光の強度に基づき上記走査機構を
制御し、放射光の強度変化に拘わらず試料に対する放射
光の照射量が一定量となるよう、かつ放射光の整数回の
走査で試料に対する照射が終了するよう走査速度及び走
査回数を制御する走査制御手段と、を設けたことを特徴
とするものである。

【００２４】

【作用】上記構成とされた放射光露光装置によれば、電
子蓄積リングから放射される放射光の強度が変化したと
しても、この強度変化を放射光強度検出装置が検出し、
走査制御手段により走査速度が放射光の照射量が一定量
となるよう制御されるため、試料に対して放射光の強度
変化に拘わらず一定量の照射を行うことが可能となる。

【００２５】

【実施例】次に本発明の実施例について図面と共に説明
する。図１は本発明の第１実施例である放射光露光装置
２０の構成図である。尚、同図において図５で示した放
射光露光装置１と同一構成部分については同一符号を付
してその説明を省略する。

【００２６】同図に示す放射光露光装置２０はミラース
キャン型走査機構を具備した装置である。同図において
、２１，２２はＳＯＲ装置２が照射するＸ線の強さを検
出するＸ線強度センサであり、一方のＸ線強度センサ２
１はビームライン３内に配設されると共に、他方のＸ線
強度センサ２２はビームライン３の外に配設されている
。更に、ＳＯＲ装置２には蓄積電流検出器２３が設けら
れており、この蓄積電流検出器２３から出力される信号
によってもＸ線強度が測定できるよう構成されている。 また、本実施例では反射鏡４を変位させる駆動手段とし
てパルスモータ２４が用いられている。上記のＸ線強度
センサ２１，２２、蓄積電流検出器２３及びパルスモー
タ２４は、放射光の走査を制御する走査制御装置２５に
接続されている。

【００２７】走査制御装置２５の回路構成を図２に示す
。同図中、２６はＸ線強度測定回路であり、Ｘ線強度セ
ンサ２１、または２２、または蓄積電流検出器２３で検
出されたＸ線の強度信号及びそれらの合成された信号は
このＸ線強度測定回路２６に供給され、Ｘ線の強度が判
定される。Ｘ線強度測定回路２６で判定されたＸ線強度
は走査速度・走査回数計算回路２７に供給され、ここで
Ｘ線の強度に対応した走査速度，走査回数及び走査方向
が演算される。従来においては、走査速度は一定速度に
決められており、速度を変化させることはできなかった
。しかるに本発明によれば、この走査速度・走査回数計
算回路２７の処理により走査速度を変化させることが可
能となる。また、この走査速度・走査回数計算回路２７
で求められるのは、Ｘ線の強度変化に拘わらず試料１０
に対する放射光の照射量が一定量となり、かつ放射光の
整数回の走査で照射が終了する走査速度である。

【００２８】走査速度・走査回数計算回路２７の処理に
より走査速度，走査回数及び走査方向が求められると、
該走査速度に対応したクロック周波数発生信号が可変ク
ロック発生回路２８に供給され、該走査速度に対応した
周波数のクロック信号が生成される。このクロック信号
は、走査速度・走査回数計算回路２７で求められた走査
回数，走査方向と共に走査制御回路２９に供給される。 走査制御回路２９は駆動回路３０を介してパルスモータ
２４を制御し、走査速度・走査回数計算回路２７で決定
された各値に応じて反射鏡４の変位させる。これにより
、試料１０にはＸ線の強度変化に拘わらず常に一定量の
Ｘ線が照射され、試料１０に対する均一な加工を実現で
きる。

【００２９】図３及び図４は、本発明の第２実施例であ
る放射光露光装置４０の構成図及び回路構成図である。 同図に示す放射光露光装置４０は、一体型走査機構を具
備した装置であり、従って反射鏡４を変位させ反射光を
移動させ走査を行うミラースキャン型走査機構と異なり
、マスク９を試料（ウエハ）１０に位置決めして固定す
る位置合わせ機構４１をパルスモータ４２により回転及
び移動させることにより、放射光を相対的にウエハ１０
上で走査させる構成となっている。尚、同図に示される
第２実施例に係る放射光露光装置４０と第１実施例に係
る放射光露光装置２０ではその大部分の構成を等しくし
、放射光を走査させる機構的な差があるのみであるため
、同図では図１及び図２で示した放射光露光装置２０と
同一構成部分については同一符号を付してその説明を省
略することとする。

【００３０】続いて上記構成とされた放射光露光装置２
０，４０の具体的動作について説明する。

【００３１】いま、放射光露光装置２０，４０に配設さ
れたＳＯＲ装置２の蓄積電流が　３００ｍＡの時、４０
ｍｍ×４０ｍｍの領域を露光する最適時間が４秒であっ
た場合について考える。また、露光領域を４０ｍｍ×４
０ｍｍとし、実際のパターン転写領域は照射量の均一性
を増すため、これより幾分内側を使うものとする。尚、
横方向の照射領域の長さ及び、反射光の形状は反射鏡４
の曲率半径を適当に選定することにより任意に変えるこ
とができる。

【００３２】反射鏡４或いは位置合わせ機構４１の変位
或いは移動をパルスモータ２４，４２によって駆動する
場合、その走査パターン例として、助走区間ａ−ｂ間（
図７参照）はクロックパルス数として１０００パルス、
走査領域ｂ−ｃ間は４０００パルス、ｃ−ｄ間は１００
０パルスであるとする。

【００３３】ＳＯＲ装置２からのＸ線強度は、Ｘ線強度
センサ２１，２２又は蓄積電流検出器２３の一つ或いは
複数の信号をＸ線強度測定回路２６に導き、経時的に変
化するＸ線強度を測定する。このＸ線強度信号に基づき
、必要とされる照射量から照射時間及び照射回数を計算
し必要なクロック周波数を可変クロック発生回路２８で
生成し、走査制御回路２９によって任意の走査速度及び
回数で走査する制御信号を駆動回路３０に送りパルスモ
ータ２４，４２を回転させる。

【００３４】蓄積電流３００ｍＡ　の場合、走査領域の
照射に４秒が最適であるから、走査回数を２回とすると
、１回の走査時間は２秒となる。走査領域ｂ−ｃ間の走
査に必要なパルス数は４０００であるから、４０００÷
２＝２０００つまり２ｋＨｚ　のクロックで駆動すれば
よい。

【００３５】ここで、時間が経過しＳＯＲ装置２の蓄積
電流が　２８０ｍＡになったとすると、ＳＯＲ装置２か
らのＸ線強度は０．９３３３に減少しているので、減少
前と同じ照射量を確保するためには、４．２３６　秒照
射する必要がある。 その場合、最適な１回当たりの走査時間は２秒÷０．９
３３３＝２．１４３秒となるので、初期強度に逆比例し
たクロック周波数、１．８６６７ｋＨｚ　を発生させ、
この周波数でパルスモータ２４，４２を駆動する。

【００３６】更に時間が経過して蓄積電流が２６０ｍＡ
　になった場合には、上記と同様に１回の走査時間は２
．３０８　秒となるので、クロック周波数を１．７３３
ｋＨｚとしてパルスモータ２４，４２を駆動することに
より、最適な照射量を実現できる。また、定められた走
査回数が多い場合、例えば１０回の時は、Ｘ線強度が９
．１　％減少したときには走査速度を０．９０９　倍（
クロック周波数１．８１８２ｋＨｚ）で１０回走査して
も良く、または元の速度（クロック周波数２ｋＨｚ）で
１１回走査する構成としても良い。このように、走査回
数と走査速度の選択はプロセス条件によって最適な組合
せを選定すればよい。

【００３７】尚、上記各実施例では、クロック周波数を
制御して走査速度を制御する例を示したが、同様に所望
の走査速度に制御できる方法であればどの様な制御方法
であっても本発明を適用しうることは、上記してきた説
明より明らかであろう。

【００３８】また、本実施例では、照射領域を一定速度
で照射する例を示したが、照射領域を任意の側とで分布
で照射する場合も同様に、全体の速度分布を設定された
Ｘ線強度に逆比例した速度で走査すればよいことは言う
までもない。

【００３９】また、本実施例では、全走査をクロック周
波数を変化させ、それに比例した速度で駆動した場合を
示したが、助走区間ａ−ｂ間及びｃ−ｄの間の駆動を行
うクロック周波数と、均一走査区間ｂ−ｃ間の駆動を行
うクロック周波数を別個に設定し、助走区間においては
加速を速め、均一走査区間では上記計算により求められ
る走査速度といることにより、全体の照射時間を短縮す
ることができる。

【００４０】更に、上記実施例では駆動手段としてパル
スモータを用いた例を示したが、直流モータ等で駆動す
る場合は上記発明の定める走査速度となるようにモータ
速度を制御すれば良い。また、機械的機構で走査速度を
制御する場合も同様に本発明に定める走査速度となるよ
うに駆動を制御すればよい。

【００４１】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、電子蓄積リ
ングから放射される放射光の強度が変化したとしても、
この強度変化を放射光強度検出装置が検出し、走査制御
手段により走査速度が放射光の照射量が一定量となるよ
う制御されるため、試料に対して放射光の強度変化に拘
わらず一定量の照射を行うことができる等の特長を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である放射光露光装置の要
部構成図である。

【図２】第１実施例に係る走査制御装置の構成を説明す
るためのブロック図である。

【図３】本発明の第２実施例である放射光露光装置の要
部構成図である。

【図４】第２実施例に係る走査制御装置の構成を説明す
るためのブロック図である。

【図５】従来の放射光露光装置の一例を示す要部構成図
である。

【図６】図５に示される放射光露光装置に配設される鏡
の変位速度を示す図である。

【図７】放射光の照射における助走区間と均一走査区間
を説明するための図である。

【図８】従来の放射光露光装置の一例を示す要部構成図
である。

【図９】図８に示される放射光露光装置に配設される位
置合わせ機構の移動位置を示す図である。

【符号の説明】

２　　ＳＯＲ装置（電子蓄積リング装置）３　　ビーム
ライン ４　　反射鏡 ５　　Ｘ線取り出し窓 ６　　露光用ステッパ ９　　マクス １０　　試料（ウエハ） ２０，４０　　放射光露光装置 ２１，２２　　Ｘ線強度センサ ２３　　蓄積電流検出器 ２４，４２　　パルスモータ ２５　　走査制御装置 ４１　　位置合わせ機構

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電子蓄積リング（２）から放射される
   放射光が、走査機構（４，２４，４２）により試料（１
   ０）上で走査するよう照射して所定の加工を行う放射光
   露光装置において、該放射光の強度を測定する放射光強
   度検出装置（２１，２２，２３）と、該放射光強度検出
   装置（２１，２２，２３）が検出する該放射光の強度に
   基づき該走査機構（４，２４，４２）を制御し、該放射
   光の強度変化に拘わらず該試料（１０）に対する該放射
   光の照射量が一定量となるよう、かつ該放射光の整数回
   の走査で該試料（１０）に対する照射が終了するよう走
   査速度及び走査回数を制御する走査制御手段（２５）と
   、を設けたことを特徴とする放射光露光装置。
2. 【請求項２】　　該走査機構は、該電子蓄積リング（２
   ）から該放射光の照射位置に至る途中位置に配設され、
   該放射光が入射される反射鏡（４）を駆動装置（２４）
   により角度変位させることにより反射角度を可変し該放
   射光を該試料上（１０）で走査させる構成であることを
   特徴とする請求項１の放射光露光装置。
3. 【請求項３】　　該走査機構は、該放射光の照射窓（５
   ）と対向するよう配設され、駆動手段（４２）により該
   試料（１０）を該照射窓（５）に対して移動させること
   により相対的に該放射光を該試料（１０）上で走査させ
   る構成であることを特徴とする請求項１の放射光露光装
   置。