JPH0570296B2 - - Google Patents

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エハ等の被露光板状
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）を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エハ
等の上に転写する半導体リソグラフイ装置でも、
軟Ｘ線を含むシンクロトロン放射光の利用が注目
されるようになつた。

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を通つて転写装
置４内に導かれ、その内部でＸ線マスク（図示な
し）やウエハ駆動ステージ（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（この場合はウエハの上に被覆されたレジス
ト）に転写する構成となつている。

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
をチヤンバ４０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２
３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つてしまう。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ヤンし、
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
上下方向にスキヤンしたり、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
キヤンし、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
キヤ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。従つて
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つ
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、それによつて放射光の透過
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ヤンによる照射野
の拡大に対応させて放射光透過薄膜１をそのスキ
ヤ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、放射光源側に突出
し、且つシンクロトロン放射光のスキヤン方向に
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。

σ＝Ｐ・Ｒ／ｔ … 但し、Ｐ：圧力 Ｒ：円筒面曲率半径 ｔ：膜厚み 従つて、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
射光のスキヤ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_oは、膜中央部が一番小さく、スキ
ヤン方向の膜周縁端に近づく程次第に大きくな
る。従つて放射光の減衰率も放射光スキヤン方向
の膜周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
射光スキヤン方向に膜厚ｔが次第に薄くなるよう
に成形し、これによつて転写装置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、放射光スキヤン方向端部側の放射光透過薄膜
１の厚みが薄くなつてしまい、前述の様に放射光
スキヤ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
なくなつ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
スキヤンスピードをそのスキヤン方向でコントロ
ールする構成を採ることにした。即ち、そのスキ
ヤンスピードは、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
のスキヤ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け方と共に示し、又この
露光装置における放射光のスキヤンスピードの制
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、雰囲気制御チヤンバ４０によつて内部雰囲
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。

そのうち放射光源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
雰囲気制御チヤンバ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
チヤンバ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駆動軸
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ヤンするも
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
チヤンバ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、放射光スキヤン方
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。

該放射光透過薄膜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側に取付けビス２２で固定される。又この凹部
２１の形成に当つては、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ヤン方向に
弧を描き、且つその弧の曲率半径Ｒを19mmとして
円筒面状にえぐることで形成される。この凹部２
１に一定厚み（t₀＝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２１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２４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２
０ａ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
への取付け方法以外にも、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を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け方に
よつて、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
を放射光のスキヤン方向に25mm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□ mmに比べ、
格段に大きなものにすることが可能になつた。

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ヤンスピードの
制御を行なつたので、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t₀である場合にそこ
から放射光スキヤン方向に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距離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Ｏ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〓＝t₀／cosθ … 又、上記位置Ｙの膜中央部Ｏからのずれy〓は、
次式で表わされる。

y〓＝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I₀（ここでは膜透
過直後の放射光強度）は、 I₀＝I′e^-〓^t0 … 但し、I′：膜透過直前の放射光の強度 で表わされ、又薄膜１Ｙ位置での放射光透過強度
I〓（ここでも同じく膜透過直後の放射光強度）は、 I〓＝I′e^-〓^t〓＝I′e^-〓^tn/cos〓 … で表わされることになる。

従つて放射光透過薄膜１の位置Ｙにおける膜中
央部Ｏに対する比強度は式から、 I〓／I₀＝e^-〓tn／cosθ／e^-〓^t0＝e^-〓^t0(1/cos〓^-1)
… の様になる。

ここで放射光のスキヤンによる位置Ｙにおける
放射光露光時間と膜中央部Ｏにおける放射光露光
時間との比（比露光時間）をとつて、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、放射光スキヤン方
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、 比露光時間＝１／比スキヤンスピードであるから、 膜中央部Ｏのスキヤンスピード（V₀）に対して
膜Ｙ位置のスキヤンスピード（V〓）の比は、 V〓／V₀＝e^-〓^t0(1/cos〓^-1) … 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＝ln0.6／10 … となり、これを上記式に代入すると、 V〓／V₀＝0.6^tn/10

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ヤンする走
   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ヤンされ
   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
   放射光のスキヤ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 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ヤ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 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
   スキヤンスピードを、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
   そのスキヤ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。