JPH0440400A - 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
Ｘ線源とするＸ線露光装置におけるビーム走査光学系に
関する。

【従来の技術］ 半導体集積回路の高密度化に対応でき、かつ生産性が高
いリソグラフィ技術として、シンクロトロン放射光（Ｓ
ｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　：　Ｓ　
Ｒと呼ぶ）をＸ線源とするＸ線露光法が有望視されてい
る。これは、パターンが描画されたマスクと、レジスト
が塗布されたウェハとを数十μｍの間隔で保持し、ＳＲ
中の波長１ｎｍ程度のＸ線を照射して、２０〜４０ｍｍ
角の領域でパターンを等倍転写するものである。Ｘ線露
光法は、霧光波長が短いため、０．１〜０．２μｍの解
像度が期待されている。ＳＲは、電子蓄積リング中で電
子を光速に近い速さで円弧運動させるとき、軌道の接線
方向に放射される電磁波であり、輝度が高くがっ指向性
が良いという利点がある。しかしながら、ＳＲは水平面
内（電子軌道面内）では数十ｍｒａｄの範囲に一様に放
射されるが、鉛直面内での発散角は１　ｍ　ｒ　ａ　ｄ
程度であり、また輝度は角度分布をもっている。したが
って、マスクとウェハを光源から数ｍ離れた位置に設置
する場合、露光領域を拡大し、かつ露光強度を一様化す
るため、ビームを鉛直方向に走査する必要がある。 従来の第１のビーム走査光学系は、プロシーデインゲス
　オブ　ソサエティ　オブ　フォトオプティカル　イン
スツルメンテーション　エンジニアズ（Ｐｒｏｃ、５Ｐ
ＩＥ）、４４８巻、１９８３年、９３頁〜１０１頁に開
示されているように、反射鏡を回転振動させるものであ
る。 第２図は、この光学系をメリディオナル面内（ここでは
鉛直面内）で示している。Ｘ線源１１から放射されたビ
ーム１２を反射鏡１３によりマスク１４に偏向し、パタ
ーンをウェハ１５に転写する。反射面上にある回転軸１
６の周りに反射鏡を回転振動させることにより、ビーム
を走査する。 サジタル方向（ここでは水平方向）にビームをコリメー
トして露光強度を増加させるために、反射鏡としては円
筒面鏡が使用される。すなわち、反射鏡の形状は、メリ
デイオナル面内では直線であり、サジタル面内では円弧
である。また、上記従来技術では、露光強度の一様性の
改善などを目的として、Ｘ線源位置に焦点を有する放物
面鏡や楕円面鏡で円筒面鏡を置換した光学系も開示され
ている。 従来のビーム走査光学系の第２の例として、特開昭６３
−１１６４２４号公報に開示されている光学系を挙げる
ことができる。この従来例は、反射鏡を直線振動させる
もので、第３図にメリデイオナル面内でのこの光学系を
示す。同図で第２図と同一の符号は同一部分を表す。こ
れはＸ線源から放射されたビームの主光線１７と平行方
向に反射鏡を直線振動させ、ビームを走査する。反射鏡
の形状は、円筒面である。 従来のビーム走査光学系の第３の例は１本発明者が先に
出願した特開平１−９６６００号に開示されているよう
に、反射鈑を回転振動させるものである。第４図は、こ
の光学系をメリディオナル面内で示しており、第２図と
同一の符号は同一部分を表す。この従来例では、回転軸
は反射面の外部にある。また、Ｘ線源から放射されたビ
ームの主光線１７に関して、任意の回転角において入射
角が一定となるように、反射鏡のメリディオナル面内の
形状（曲＃りが与えられている。一方、水平方向にビー
ムをコリメートするために、サジタル面内の形状は１円
弧となっている。 【発明が解決しようとする課題］ 従来の第１のビーム走査光学系では、反射鏡の入射角が
数ｍｒａｄ変化し、またビームがメリディオナル面内で
コリメートされないため、以下の問題点がある。 第１に、反射率が入射角とともに変化するため、露光強
度がマスク上の位置によって変化し、−様なパターン線
幅を得ることが困難である。 第２に、マスクに入射するビームの方向がマスク上の位
置によって変化するため、転写パターンに歪（ランアウ
ト誤差）が生じる。 第３に、マスク上の同一位置においても入射ビームの方
向が変化するため、半影ぼけが生しる。 第５図は、この光学系におけるランアウト誤差と半影ぼ
けを示しており、第２図と同一の符号は同一部分を表す
。ここで１反射鏡の回転軸からＸｍ源とマスクまでの距
離をそれぞれｒ工とｒ２、ビームの発散角をγ、マスク
上の主光線の走査長さをａ、マスクとウェハの間隔をｇ
とする。反射鏡の入射角の変化量δは。 で表される。また、Ｘ線源の虚光源は、回転軸を中心と
する半径ｒ２の円弧１８上を移動する。したがって、ラ
ンアウト誤差ＷＲと半影ぼけｗｐは。 ＷＲ＝Ｔηｇ で表される。例えば、ｒ１＝５ｍ、ｒ、＝＝２ｍ、γ＝
１ｍｒａｄ、ａ＝３０ｍｍ、ｇ＝４０ｐｍ、とすると、
δ＝７．５ｍｒａ　ｄ、ｗＲ＝０．３μｍ、ＷＰ＝０．
１μｍとなる。このランアウト誤差と半影ぼけは、微細
なパターン線幅（例えば０．２μｍ）に比較して、無視
できない量である。なお。 この光学系で放物面鏡を使用する場合、ビームはメリデ
ィオナル面内でコリメートされるが、入射角が走査中に
変化するため、上記の問題は依然として残る。 従来の第２のビーム走査光学系では、反射鏡の入射角は
一定であるが、ビームがメリデイオナル面内でコリメー
トされていない。したがって、露光強度の変化とランア
ウト誤差の問題はないが、半影ぼけは依然として残る。 この場合、半影ぼけｗｐは。 ｗＰ＝γｇ で表される。例えば、ｙ＝１ｍｒａｄ、ｇ＝４０μｍと
すると、ｗｐ＝０．０４μｍとなり、無視できない量で
ある。 従来の第３のビーム走査光学系では、反射鏡の入射角は
一定であるが、ビームがメリデイオナル面内でコリメー
トされるとは必ずしも限らない。 したがって、一般には半影ぼけは除去されない。 このように、従来のビーム走査光学系では、露光強度の
変化、ランアウト誤差、および半影ぼけの問題があった
。本発明の目的は、Ｘ線露光装置において、露光領域を
拡大し、かつ高精度のパターン転写を行うためのビーム
走査光学系を提供することにある。 【課題を解決するための手段】 上記目的は、Ｘ線源から放射されるビームを反射鏡でマ
スクに偏向するＸ線露光装置において、前記Ｘ線源位置
に焦点を有する放物面鏡を使用し、前記ビームの主光線
に関して入射角が実質的に一定となるように前記放物面
鏡を振動させ、前記ビームを走査することにより達成さ
れる。

【作用】

第１図は、本発明によるビーム走査光学系をメリディオ
ナル面内で示したものである。Ｘ線源１から放射された
ビーム２を放物面鏡３によりマスク４に偏向し、パター
ンをウェハ５に転写する。 なお、放物面とは、放物線を主軸の周りに回転して得ら
れる面である。放物面鏡の焦点はＸ線源位置にあるため
、発散ビームは、メリディオナル面内とサジタル面内と
もにコリメートされる。ビームの主光線７の延長線上に
あり、Ｘ線源位置に関して放物面鏡と対称位置にある回
転軸６の周りに放物面鏡を回転振動させる。後述のよう
に、入射角は実質的に一定であるため、ビームは平行に
走査する。なお、走査に伴って放物面鏡の焦点はＸ線源
位置から離れるが、この偏差量は十分小さいため、ビー
ムは実質的にコリメートされる。このように、Ｘ線源か
ら放射された発散ビームを放物面鏡でコリメートし、入
射角を一定に保持してビームを平行に走査することによ
り、ランアウト誤差と半影ぼけを除去できる。さらに１
反射率が一定であるため、−様な露光強度が得られる。 次に、上記のビーム走査光学系において、入射角が実質
的に一定となることを第６図を用いて説明する。図にお
いて、Ｘ線源位置を原点Ｏとし、Ｘ線源から放射される
ビームの主光線をｙ軸とし、これに垂直にｙ軸をとる。 初め、放物面鏡は実線で示す位置（中立位置）にあり、
焦点が点○と−致し、主光線が点Ｐ　（ｆ、Ｏ）におい
て斜入射角（入射光線と反射面とのなす角）αで入射す
るものとする。次に、放物面鏡を点Ｃ（−ｆ、Ｏ）の周
りに微小角度θだけ回転するとき（１θ１（αであり、
時計方向の回転のとき、θ〉０とする）。 放物面鏡が破線で示す位置に移動し、主光線が点Ｑ　（
ｑ、Ｏ）において斜入射角βで入射するものとする。こ
のとき、β＃αとなることを、以下説明する。 まず、ｓｉｎθ≠θ、ｃｏｓθ≠１と近似すると、移動
後の焦点Ｆの座榛は（０，ｆθ）で表される。また、放
物面鏡は、近似的にはｙ軸方向に２ｆθだけ直線移動す
るので、ｓｉｎα弁αと近似すると、 ２θ ｑ弁ｆ（１＋−）（５） α の関係がある。点Ｐと点Ｑから放物面の頂点における接
線に下した垂線の足をそれぞれ点Ａと点Ｂとすると、点
Ｐと点Ｑにおける接線は、それぞれ１０ＰＡとＺＦＱＢ
を二等分する。すなわち、１ＯＰＡ＝２α ｌＦＱＯ＋１０ＱＢ＝２　（β＋／ＦＱＯ）の関係があ
る。ただし、ＺＦＱ○は符号を含み、θ〉０のとき／Ｆ
ＱＯ〈０とする。また１、　　ｆθ　。 １ＦＱＯキー□キーθ ２θ α １０ＱＢ＝ｌＯＰＡ−ｅ の関係がある。したがって、式（６）〜（９）から、 であり、入射角は実質的に一定である。 なお、Ｘ線源から放射されるビームの発散角をγとし、
ｓｉｎγ弁γと近似すると、マスク上の主光線の走査長
さａと有効露光領域長さｈは８次式の関係がある。 ａ＝ｈ＋ｆγ また、放物面鏡に必要な回転角ωと反射面長さｂは、 ｂ＝　８　　°　８ ｓｉｎ　２α　”２ａ で表される。 以上では、放物面鏡の回転振動によるビーム走査を説明
したが、放物面鏡をビームの主光線と平行方向に直線振
動させることにより、Ｘ線源から放射された発散ビーム
をコリメートし、入射角を一定に保持してビームを平行
に走査することも可能である。 第７図はこのビーム走査光学系を示しており、第１図と
同一の符号は同一部分を表す。Ｘ線源から放射されるビ
ームの発散角をγ、マスク上の主光線の走査長さをａ、
放物面鏡の斜入射角をα、ＸＭ源と中立位置における放
物面鏡との距離をｆとすると、必要な移動距離ｄと反射
面長さｂは、ｄ＝　８　゛　８ ｓｉｎ２ｃｔ”α １）＝　ｆｙ　、　ｆｙ ・　　　　０　　α Ｓ１ｎ　α で表される。 なお、上記の回転振動と直線振動の他に、入射角を一定
に保持して放物面鏡を任意に振動させることにより、Ｘ
線源から放射された発散ビームをコリメートし、ビーム
を平行に走査することも可能である。

【実施例】

本発明の第１の実施例として、放物面鏡の回転振動によ
るビーム走査を説明する。まず、放物面鏡の斜入射角α
を２５　ｍ　ｒ　ａ　ｄに設定する。この場合、反射面
材料に金を使用すると、波長１ｎｍで約７０％の反射率
が得られる。次に、ｘＨ源から放射されるビームの発散
角γを１ｍｒａｄ、Ｘ線源と中立位置における放物面鏡
との距Ｊｌｉｆを５ｍに設定する。有効露光領域長さｈ
　＝　３０　ｍ　ｍを得るためには、回転角ω＝１．７
５ｍｒａｄ、反射面長さｂ＝７００ｍｍが必要である。 この場合。 入射角の変化量は０．０３ｍｒａｄ以下であり、無視で
きる量である。なお、放物面鏡の回転振動を主光線と直
角方向の直線振動で近似すると、その移動距離は１７．
５ｍｍである。実際には、回転振動は、例えばリンク機
構やカム機構により実現できる。 本発明の第２の実施例として、放物面鏡の直線振動によ
るビーム走査を説明する。放物面鏡の斜入射角αを２５
ｍｒａｄ、Ｘｉ！源から放射されるビームの発散角を１
ｍｒａｄ、Ｘ線源と中立位置における放物面鏡との距離
ｆを５ｍに設定する。 有効露光領域長さｈ＝３０ｍｍを得るためには、移動路
ｌｉｄ＝７００ｍｍ、反射面長さｂ＝２００ｍｍが必要
である。直線振動は、通常の移動台により実現できる。

【発明の効果】

本発明によれば、Ｘ線露光装置において、ビームを走査
して露光面積を拡大する場合、ランアウト誤差と半影ぼ
けを除去でき、また−様な露光強度が得られるため、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図
、第２図は従来の第１のビーム走査光学系を示す概略図
、第３図は従来の第２のビーム走査光学系を示す概略図
、第４図は従来の第３のビーム走査光学系を示す概略図
、第５図は従来の第１のビーム走査光学系におけるラン
アウト誤差と半影ぼけを示す概略図、第６図は本発明に
おいて入射角が実質的に一定であることを説明する概略
図５第７図は本発明の一実施例を示す概略図である。 符号の説明 １・・・Ｘ線源、２・・・ビーム、３・・・放物面鏡、
４・・・マスク、５・・・ウェハ、６・・・回転軸、７
・・・主光線、１１・・・Ｘ線源、１２・・ビーム、１
３・・・反射鏡、１４・・・マスク、 １５・・・ウェハ、 １６・・・回転軸。 １７・・・ 第 図 力 図 図 猶 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｘ線源から放射されるビームを反射鏡でマスクに偏
   向するＸ線露光装置において、前記反射鏡は前記Ｘ線源
   位置に焦点を有する放物面鏡であり；前記ビームの主光
   線に関する入射角が実質的に一定となるように前記放物
   面鏡を振動させ、前記ビームを走査することを特徴とす
   るＸ線露光装置。 ２、特許請求範囲第１項記載のＸ線露光装置において、
   前記ビームの主光線の延長線上にあり、前記Ｘ線源位置
   に関して前記放物面鏡と対称位置にある回転軸の周りに
   前記放物面鏡を回転振動させることを特徴とするＸ線露
   光装置。 ３、特許請求範囲第１項記載のＸ線露光装置において、
   前記ビームの主光線と平行方向に前記放物面鏡を直線振
   動させることを特徴とするＸ線露光装置。