JPH0587013B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、放射光を用いて試料上にパターンを
転写したり試料表面にエツチング・膜形成処理等
を行う表面処理装置に係わり、特に真空側より雰
囲気側に放射光を導くための放射光透過窓の改良
をはかつた放射光による表面処理装置に関する。

〔発明の技術的背景のその問題点〕

近年、半導体素子が微細化されるに伴い、その
製造プロセスには光リソグラフイに代わつてＸ線
リソグラフイが用いられる可能性が高まつてい
る。Ｘ線リソグラフイにおけるＸ線源としては、
通常のＸ線管やシンクロトロン源等があるが、特
に後者は前者に比し、スループツトが遥かに高い
こと、半影部分が殆どないこと、コントラストが
高いこと、更に厚いレジストを使用できる等の理
由で注目されている。

シンクロトロン源による放射光は超高真空中の
電子流から放射されるが、Ｘ線マスクをウエハ上
に近接させてレジストを露光する箇所では、放射
光によるＸ線マスクの温度上昇を抑え、更にマス
クやウエハの整合、搬送系動作を容易にするため
大気に近い状態が望ましい。従つて、放射光側の
真空と露光側の雰囲気とを隔てる窓が必要であ
る。この窓に必要な条件は、容易に判るように、
十分な機械的強度を有することと、有用な波長放
射光を透過することである。これらの条件は、互
いに相反する性質であり、これらを共に満足させ
ることは極めて困難である。実際には、放射光吸
収の少ない低原子量元素からなる材料、例えば金
属ベリリウム膜やカプトン有機膜等の薄肉膜で放
射光透過窓が作られている。

一方、電子が水平軌道を回る場合は、得られる
放射光は水平方向には均一で、垂直方向には幅５
［mm］程度の光束である。従つて、半導体ウエハ
の広い面積部分に均一な放射光照射を行うために
は、放射光の反射鏡等を振動させて上記光束が垂
直方向に振動走査するようにするか、或いはマス
ク・ウエハ系を機械的に移動せしめるかする必要
がある。

このような理由から、従来の放射光によるパタ
ーン転写装置は第３図に示す如く構成されてい
る。この図において、３１はシンクロトロン
（SR）、３２はＸ線ビーム（放射光束）、３３は反
射ミラー、３４は反射ミラー３３を振動するため
の振動機構、３５はビームラインを形成する筒
体、３６はビームラインを真空排気する真空排気
系、３９は放射光透過窓、４１は露光室、４２は
Ｘ線マスク、４３はウエハをそれぞれ示してい
る。

SR３１の蓄積リングを走る電子流は超高真空
中の残存ガスにより寿命が制限されるので、SR
３１のみならず放射光取出しビームラインからの
ガスの流入を極力抑える必要がある。放射光は、
減衰を避けるため、小さい入射角で反射ミラー３
３に入射して反射される。反射された反射光束
は、窓３９を透過してHeガスで満たされた露光
室４１に入り、マスク・ウエハに達するが、前述
のように水平方向に一様で垂直方向に狭い帯状で
あるので、これがマスク・ウエハの所定の領域を
同等に照射するように反射ミラー３３の角度を変
化させ、ビームを走査する。窓３９について言え
ば、少なくとも走査放射光の通路面積より大きい
面積であること、高真空と雰囲気とを隔てるため
に強固であること、放射光を減衰させないための
なるべく薄肉厚であること等が要求される。実際
には、この窓３９を通してHeガスが浸透するの
で、ビームライン側に強力な真空排気系３６を設
けているが、SR３１側への流入も避けられず、
電子流の寿命が減少するのが実情である。

なお、上記の問題はパターン転写装置に限るも
のではなく、放射光の照射を利用して試料表面を
エツチング、或いは試料表面に膜を形成する各種
の表面処理についても同様に言えることである。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、放射光透過窓による放
射光の減衰を低減することができ、且つ該窓を介
して真空側に浸透するガスを少なくすることがで
き、試料に照射される放射光の利用効率を高めス
ループツトの向上をはかり得る放射光による表面
処理装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、放射光透過窓の面積をできる
限り小さくし、該窓を移動させることにより所定
幅の領域に放射光の照射を行うことにある。

即ち本発明は、真空側に放射光源及びこの放射
光源からの放射光を反射する反射鏡を配置すると
共に、雰囲気側に試料を配置し、真空側と雰囲気
側とを放射光透過窓により隔て、反射鏡により反
射した放射光を放射光透過窓を介して試料上に照
射すると共に、反射鏡を振動して該反射鏡からの
放射光を試料上で走査し、該試料表面に所定の処
理を施す表面処理装置において、前記放射光透過
窓を、該窓の配置位置における前記放射光の走査
幅より小さく形成し、且つ該窓を前記反射鏡から
の放射光が常に入射するように前記反射鏡の振動
に同期して移動するようにしたものである。

〔発明の効果〕

従来技術の説明で述べたように、真空側への
Heガス等の浸透、雰囲気側からの窓の圧力破壊
による真空破れ等を防ぐためには、窓は十分厚い
必要がある。一方、スループツトの点からは、窓
は薄くなければならない。本発明では、薄肉窓部
分が放射光束面積程度でよいため、機械的強度が
緩和でき、薄い膜を使うことができる。この結
果、放射光の窓による減衰が少ないため、試料に
照射される光量が増大する。また、窓面積が小さ
いので、窓を浸透するガスが少なく、真空側の電
子流等の寿命を向上させる。

従つて、試料に照射される放射光の利用効率を
高めることができ、例えばパターン転写に適用し
た場合、露光スループツトの向上をはかることが
できる。また、放射光による励起を利用したエツ
チングや膜形成等の表面処理に適用した場合、該
処理スループツトを向上させることができる。

〔発明の実施例〕 以下、本発明の詳細を図示の実施例によつて説
明する。

第１図は本発明の一実施例に係わるパターン転
写装置を示す概略構成図である。図中１１はシン
クロトロン（SR）であり、このSR１１から放射
されたＸ線ビーム（放射光）１２は反射ミラー１
３により45［mrad］上方に反射される。この反射
ミラー１３は、石英基板にAuを蒸着してなるも
ので、振動機構１４により図中矢印Ｐ方向に水平
軸に関して最大±３［mrad］振動される。この振
動により、上記Ｘ線ビーム１２は往復偏向される
ものとなつている。また、反射ミラー１３で反射
したＸ線ビーム１２が通過するビームラインを囲
む筒体１５には真空ポンプ１６が接続され、ビー
ムラインは真空排気されている。

筒体１５の先端側には、ベローズ１７の一端が
接続されており、このベローズ１７の他端開口部
には、摺動板１８を介して放射光透過窓１９が気
密に取着されている。摺動板１８は、中央部に窓
１９を取付けるための開口が設けられた円板体か
らなるもので、振動機構２０により前記反射ミラ
ー１３の振動と同期して振動される。放射光透過
窓１９は、高さ１［cm］、横３［cm］で真空側に凸
な円筒面を有しており、厚さ５［μm］のBe膜か
ら形成されている。なお、反射ミラー１３から放
射光透過窓１９までの距離は６［ｍ］である。そ
して、前記反射ミラー１３で反射したＸ線ビーム
１２は、常に放射光透過窓１９の中央部を透過し
て、大気圧に保持された試料処理室２１内に導入
されるものとなつている。

処理室２１内には、パターン転写用のＸ線マス
ク２２及び半導体ウエハ２３が対向配置されてい
る。マスク２２は、Ｘ線透過基板上にＸ線遮蔽体
からなるパターンを形成したものである。ウエハ
２３はその上面にＸ線感光材であるレジストが塗
布されたものである。そして、マスク２２にＸ線
ビーム１２が照射され、該ビームが垂直方向に走
査されることにより、ウエハ２３上にマスク２２
のパターンが転写されるものとなつている。

ここで、反射ミラー１３によるＸ線ビーム１２
の移動及び摺動板１８による放射光透過窓１９の
移動の状態を、第２図ａ，ｂを参照して説明す
る。まず、反射ミラー１３によりＸ線ビーム１２
が一方の端まで移動されると、第２図ａに示す如
く摺動板１８も一方の端まで移動される。従つ
て、Ｘ線ビーム１２は放射光透過窓１９の中央部
を透過してマスク２２の左側に照射される。ま
た、Ｘ線ビーム１２が他方の端まで移動される
と、これに同期して摺動板１８も第２図ｂに示す
如く他方の端に移動される。従つて、この場合も
Ｘ線ビーム１２は放射光透過窓１９の中央部を透
過してマスク２２の右側に照射される。つまり、
Ｘ線ビーム１２は、常に放射光透過窓１９の中央
部を通りながら、第２図ｂ中に示す矢印Ｑの範囲
を往復操作されることになる。

次に、上記構成された本装置の作用について説
明する。

本発明者等は、ライン＆スペースのパターンを
有するＸ線マスク２２を用い、ウエハ２３上にパ
ターン転写を行つた。このとき、マスク位置での
Ｘ線強度は光束の中心で100［mmＷ／cm²］であつ
た。往復１［sec］の走査を９回行い、横2.5［cm］、
縦３［cm］の領域の２［μm］厚のPMMA（ポリメ
チルメタクリレート）レジストを露光した。現像
後、0.3［μm］幅のライン＆スペースのレジスト
パターンが精度良く得られた。なお、本実施例に
係わる放射光透過窓１９を使用した場合の電子流
の寿命は７時間であつた。

一方、放射光透過窓１９の振動手段を用いず従
来通りの窓を付ける場合では、窓面積を十分に大
きくする必要があり、ここでは60［mmφ］の開口
部に球殻状の薄肉窓を取付けた。この場合、窓面
積が増大することから、安全のため厚さを12
［μm］にせざるを得なかつた。このため、窓によ
るＸ線ビームの吸収が増え、同上の露光を行うの
に１秒走査を20回要した。また、ビームラインに
同一の真空系を使用した場合、SR１１における
電子流の寿命は6.5時間となつた。これは、放射
光透過窓を形成するBe膜の厚さが増えたにも拘
らず、真空−雰囲気を隔てる窓面積が大きいた
め、Heの浸透が多く、ビームライン−シンクロ
トロン系の真空が低下したためと考えられる。

このように本実施例によれば、真空側と露光領
域雰囲気側とを隔てる窓面積を放射光束程度に小
さくできるので、放射光透過窓１９を薄く形成す
ることができる。このため、窓１９によるＸ線ビ
ーム１２の減衰が少なくなり、露光量が増える結
果、露光スループツトが格段に向上する。また、
窓面積が小さいことは、雰囲気側からのHeガス
の真空側への浸透を減少せしめ、真空側の高真空
を保てる結果となる。このため、シンクロトロン
の放射光発生時間を増し、スループツトを更に増
大せしめることが可能となる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定される
ものではない。例えば、前記放射光透過窓として
は強度の点から曲面板の方が有利であるが、窓面
積を小さくできるので平板を用いることも可能で
ある。また、実施例では固定のビームラインに対
し真空窓を移動せしめる方法としてベローズを用
いたが、体真空性可動接触ゴムのような材料での
接触移動、その他で良いことは勿論である。ま
た、パターン転写に限らず、所定の雰囲気中にあ
る試料に放射光を照射してエツチング或いは膜形
成等を行う放射光励起による表面処理にも適用す
ることが可能である。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるパターン転
写装置を示す概略構成図、第２図ａ，ｂは上記装
置の作用を説明するための模式図、第３図は従来
装置を示す概略構成図である。 １１……シンクロトロン（SR）、１２……Ｘ線
ビーム（放射光）、１３……反射ミラー、１４…
…ミラー振動機構、１５……筒体、１６……真空
ポンプ、１７……ベローズ、１８……摺動板、１
９……放射光透過窓、２０……摺動板振動機構、
２１……露光室、２２……Ｘ線マスク、２３……
ウエハ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空側に放射光源及びこの放射光源からの放
   射光を反射する反射鏡を配置すると共に、雰囲気
   側に試料を配置し、真空側と雰囲気側とを放射光
   透過窓により隔て、反射鏡により反射した放射光
   を放射光透過窓を介して試料上に照射すると共
   に、反射鏡を振動して該反射鏡からの放射光を試
   料上で走査し、該試料表面に所定の処理を施す表
   面処理装置において、前記放射光透過窓は、該窓
   の配置位置における前記放射光の走査幅より小さ
   いものであり、且つ前記反射鏡からの放射光が常
   に入射するように前記反射鏡の振動に同期して移
   動するものであることを特徴とする放射光による
   表面処理装置。 ２ 前記放射光源は、シンクロトロン或いは蓄積
   リングからなるものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の放射光による表面処理装
   置。 ３ 前記試料はパターン転写用マスクと対向配置
   されており、前記放射光は上記転写用マスクを介
   して試料上に照射されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の反射光による表面処理装
   置。