JPH0582417A - 縮小投影型ｘ線リソグラフイ装置 - Google Patents

縮小投影型ｘ線リソグラフイ装置

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Abstract

(57)【要約】 【目的】縮小投影型Ｘ線リソグラフィにおいて、露光波
長が４０〜１５０Åと、従来の等倍近接露光の場合によ
り長いため、装置を高真空中に保つ必要があった。これ
により、ウェーハ交換の作業効率が下ること、および、
レジスト分解物等による光学ミラーの汚染が問題であっ
た。 【構成】上記課題を解決するため、本発明ではＸ線リソ
グラフィ装置の光学系室とウェーハ露光室を分離する方
法を提案した。これは図１および図２に示すように、差
動排気部と薄膜窓より構成される分離機構の導入により
達成される。 【効果】大気圧中でのウェーハへの露光が可能となり、
露光生産性の向上，露光精度の向上、および、光学素子
寿命の向上が期待される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子の製造方法に
係り、特に、高集積度メモリーなどの微細パターンを形
成するためのＸ線リソグラフィに関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線リソグラフィは高い生産能力のもと
で、将来の高集積ＬＳＩを製造しうる微細加工手段とし
て、その開発が進められており、今迄は、専ら、ＬＳＩ
と同一スケールのマスクを転写する等倍方式が検討され
てきた。しかし、この方法ではマスクの精度により転写
性能がされるため、新たに、拡大したマスクを縮小して
ウェーハに焼き付ける縮小投影方式が提案されている。
例えば、１９９１年 テクニカル ダイジェスト シリ
ーズ ヴォリューム オブ ソフト−エックス−レイプ
ロジェクション リソグラフィ 第５７頁乃至第５９頁
（１９９１Technical Digest Series Volume of Soft-
X-ray Projection Lithography，p.５７−５９）におい
て論じられている。本方法では結像光学系等の制約か
ら、Ｘ線波長は従来の等倍方式より１桁以上長い１３０
Åとなっている。このため、光学系ならびに、ウェーハ
露光部を含めた全システムが１つの高真空室に配置され
ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の例に見られるよ
うに、縮小投影型のＸ線リソグラフィにおいては、装置
全体が１つの真空室置かれているために、ウェーハの交
換に時間がかかる、また、露光中にレジストから発生す
る有機物によって光学素子が汚染されるという重要な問
題を抱えていた。これを解決するためには、光学系を配
置する空間とウェーハを露光する空間を分離し、さら
に、ウェーハの露光を大気もしくは大気圧中で行えるよ
うにする必要がある。ここで、電子線描画装置などで用
いられている差動排気法の利用が考えられるが、Ｘ線の
場合、露光領域確保のため、差動排気通路を電子線装置
のように細く絞ることができない。この結果、ウェーハ
配置室を大気圧にして、光学系室を１０-6Torr以下の保
つことは困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、差動排気装置の高真空側に露光用Ｘ線を透過しうる
薄膜窓を設け、これによりウェーハ配置室と光学系室を
分離するようにした。
【０００５】
【作用】差動排気通路の面積を露光が可能な程度に確保
(例えば、１０cm2)した場合、ウェーハ近傍を大気圧に
して、低圧側(すなわち薄膜窓側)を１０-2Torr以下に保
つことは容易である。一方、薄膜窓の低真空側の圧力が
１０-2Torrであれば、窓の膜厚が１μｍ程度の薄膜でも
高真空側(光学系)との差圧に十分耐えられる。この結
果、露光Ｘ線の強度をほとんど減衰させることなく２つ
の空間を分離することが可能となる。さらに、光学素子
の多層膜材料に該薄膜と共通の元素を含ませることによ
り、該露光Ｘ線の該光学素子による反射率は著しく向上
し、該空間分離膜を設けたことによる露光Ｘ線強度の減
衰は大幅に軽減される。
【０００６】
【実施例】〈実施例１〉以下、本発明の実施例１を図１
を用いて説明する。シンクロトロン放射光を分光し、
４.５ｎｍ の波長に単色化された軟Ｘ線(1）を光学系室
(2）に導入し、Ｘ線マスク(3）に入射させる。Ｘ線マス
クはＳｉＣ基板上にダングステン(Ｗ)とカーボン(Ｃ)を
それぞれ２ｎｍ，３ｎｍの厚さで交互に５０層重ねた
（多層膜）を形成し、次に、ドライエッチングにより、
多層膜を加工してマスクパターンとした。結像光学系は
２枚の非球面凹面鏡(4）(5），１枚の非球面凸面鏡
(6）、および、１枚の平面鏡(7）により構成される。す
べての反射鏡表面には上記Ｘ線マスクに使用したものと
同じ多層膜が形成されている。光学系室(2）はダイヤモ
ンド薄膜(厚さ１μｍ)(9）で差動排気部(9）と分離され
る。光学系室(2）は１×108 Torr以下の真空とした。差
動排気部の外側は大気であり、差動排気部の先端とウェ
ーハ(10)表面の間隙は５０μｍとした。差動排気部は光
路方向に３段構成となっており、それぞれ１Torr，１０
-1Torr，１０-2Torrの真空度を保っている。露光終了
後、ウェーハを交換する時は差動排気部の先端が退避域
(11)上にくるようにステージ(12)を移動させる。退避域
の高さはウェーハと同じ高さに設定してある。上記実施
例により、光学系室と露光室が完全に分離されるため、
レジストの露光中の分解物などによる光学系が防止さ
れ、また、ウェーハ試料の交換が容易になり、生産性が
向上する。さらに、波長４.５ｎｍ Ｘ線は多層膜のカー
ボン膜および分離窓のダイヤモンド薄膜をよく透過する
ので、波長に従来よく用いられている１３.５ｎｍ を用
いた場合に比較べて、ウェーハに露光される光子密度は
１０4倍大きい。
【０００７】〈実施例２〉以下、本発明の実施例２を図
２を用いて説明する。Ｘ線マスクおよび光学系の構造な
らびに配置は実施例１の場合と同じである。但し、マス
クおよび光学ミラーの多層膜にはモリブデンおよびシリ
コンを周期長９.５ｎｍ で交互に２０回積層したものを
使用した。また、マスクに入射する軟Ｘ線(1）の波長は
１３.５ｎｍである。光学系室(2）と露光室(3）はシリ
コン室化(Ｓｉ3Ｎ4)膜(4）によって分離されている。
【０００８】Ｓｉ3Ｎ4膜の厚さは１μｍ、分離窓の大き
さは直径２０mmの円である。光学系室(2）の内部は１×
１０-8Torr以下の真空である。露光室には円錐状の差動
排気(5）が取り付けられ、差動排気部先端とウェーハの
間隙を１mmとした。これにより、軟Ｘ線ビーム照射部は
１×１０-3〜１×１０-2Torr、中間部は１×１０-2〜１
×１０-1Torrの真空度、また差動排気部の周囲は大気圧
のＨｅ雰囲気に保たれている。本実施例によれば、分離
窓のＳｉ3Ｎ4膜(4）にかかる２つの室の圧力の差を１気
圧より著しく小さくできるので、当該Ｓｉ3Ｎ4の膜厚が
１μｍでも、十分耐えることができる。これにより波長
１３.５ｎｍ のＸ線の当該Ｓｉ3Ｎ4膜の透過率は２０％
が得られる。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば、縮小投影型Ｘ線リソグ
ラフィ装置の光学系室と露光室を異なる雰囲気および圧
力状態に分離することが可能となる。この結果、以下の
効果を有する。
【００１０】(1）露光中にレジストが分解して発生する
気体などによる光学ミラーおよびＸ線マスク表面の汚染
が防止できる。
【００１１】(2）露光室が大気圧雰囲気となるので、ウ
ェーハの交換時間が従来の１／１０に短縮され、露光生
産性が約５倍向上する。さらに、大気圧下では、ウェー
ハのステージ上での保持に真空チャック方式が使用でき
るので、従来の機械的保持の場合に比べて、露光精度が
向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に記載したＸ線リソグラフィ装置の断
面図。
【図２】実施例２に記載したウェーハ露光室の断面図。
【符号の説明】
図１ (1）…軟Ｘ線、(2）…光学系室、(3）…Ｘ線マス
ク、(4）…凹面鏡、(5）…凹面鏡、(6）…凸面鏡、(7）
…平面鏡、(8）…差動排気部、(9）…分離窓（ダイヤモ
ンド膜）、(10)…ウェーハ、(11)…退避域、(12)…ステ
ージ。図２ (1）…軟Ｘ線、(2）…光学系室、(3）…露
光室、(4）…分離窓(Ｓi3Ｎ4膜)、(5）…差動排気部、
(6）…ウェーハ、(7）…ウェーハステージ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 信次 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 寺澤 恒男 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 伊東 昌昭 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】縮小投影を利用したＸ線露光において、Ｘ
    線マスクならびにＸ線を結像させるための光学素子を配
    置する空間とウェーハ試料を配置する空間を、差動排気
    機構および薄膜窓により分離することを特徴とする縮小
    投影型Ｘ線リソグラフィ装置。
  2. 【請求項２】請求項１において、結像用光学素子を配置
    する空間を１×１０-6Torr以下の真空にすることを特徴
    とする縮小投影型Ｘ線リソグラフィ装置。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の窓用薄膜材料に有機物，
    無機物、あるいは金属を用いて行うことを特徴とする縮
    小投影型Ｘ線リソグラフィ装置。
  4. 【請求項４】請求項３に記載の薄膜の膜厚に分布を持た
    せることにより、結像光学系で生じるウェーハ面への露
    光強度分布を補正することを特徴とする縮小投影型Ｘ線
    リソグラフィ装置。
  5. 【請求項５】請求項１の薄膜窓にスリットを入れて、窓
    の面積を分割することを特徴とする縮小投影型Ｘ線リソ
    グラフィ装置。
  6. 【請求項６】請求項３の薄膜材料として、Ｂｅ，Ｂ，Ｃ
    （ダイヤモンド），ＢＮ，Ｂ4Ｃ，Ｓｉ，ＳｉＯ2，Ｓｉ
    3Ｎ4，ＳｉＣ 、および、これらの複合膜を使用するこ
    とを特徴とする縮小投影型Ｘ線リソグラフィ装置。
  7. 【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６の方法
    により分離された試料配置用空間の圧力を１×１０-6To
    rr以上、大気圧以下とすることを特徴とする縮小投影型
    Ｘ線リソグラフィ装置。
  8. 【請求項８】請求項７で規定した圧力範囲の試料配置用
    空間の雰囲気をヘリウムとすることを特徴とする縮小投
    影型Ｘ線リソグラフィ装置。
  9. 【請求項９】請求項１，２，３，４，５または６の方法
    により分離された試料配置用空間の真空度を差動排気に
    より段階的に変化させることを特徴とする縮小投影型Ｘ
    線リソグラフィ装置。
  10. 【請求項１０】請求項９の差動排気により、段階的に真
    空度を変化させた試料配置用空間において、試料側近傍
    を大気圧に、また、薄膜窓側近傍を１Torr以下の真空に
    することを特徴とする縮小投影型Ｘ線リソグラフィ装
    置。
  11. 【請求項１１】請求項１に記載した結像用光学素子に多
    層膜ミラーを用い、多層膜を構成する片方の薄膜材料が
    特許請求項第３項の窓用薄膜材料と同一、もしくは、少
    なくとも１種類以上の共通な元素を含むことを特徴とす
    る縮小投影型Ｘ線リソグラフィ装置。
  12. 【請求項１２】請求項１において、Ｘ線マスクに入射す
    るＸ線の波長が、特許請求項第３項の窓用薄膜材料のＸ
    線吸収端波長より、わずかに長いことを特徴とする縮小
    投影型Ｘ線リソグラフィ装置。
  13. 【請求項１３】請求項１の差動排気において、試料上の
    高真空側の圧力を測定し、この値が一定値となるように
    差動排気部先端と試料表面の間隙を制御することによっ
    て、試料の高さを制御する方法。
  14. 【請求項１４】請求項１により光学系配置室から分離さ
    れた試料配置室に反応性ガスを導入し、Ｘ線マスクを反
    射、あるいは透過したＸ線を用いて、レジスト、あるい
    は半導体材料を選択的にエッチングもしくはデポジショ
    ンすることを特徴とする縮小投影型Ｘ線リソグラフィ装
    置。
  15. 【請求項１５】請求項１４において、反応性ガスに有機
    モノマーを利用し、Ｘ線照射部のレジストポリマーに放
    射線グラフト共重合を形成した後、非照射部のレジスト
    を現像液で溶解させて、パターンを形成することを特徴
    とする縮小投影型Ｘ線リソグラフィ装置。
  16. 【請求項１６】請求項１に記載した縮小投影型Ｘ線リソ
    グラフィ装置において、露光終了後、ウェーハを交換す
    る際に差動排気部の先端とウェーハ表面の間隙が露光時
    の値以上に大きくならないように、差動排気部が退避で
    きるようにしたことを特徴とする縮小投影型Ｘ線リソグ
    ラフィ装置。
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