JPH079878B2 - Ｘ線露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Ｘ線露光装置に係り、特にマスクパターンを
高精度に基板に位置合わせして焼付けるプロキシミテイ
露光又は投影露光に有効なＸ線露光装置に関する。

〔従来の技術〕

この種のＸ線露光装置の従来技術としては、特公昭53−
34466号公報、および論文「高精度Ｘ線露光装置の開
発」（山崎新一外３名．精密機械46巻４号1980年P79〜8
4）に開示されている技術があり、その概要を第５図に
示す。

その第５図に示す従来のＸ線露光装置は、防振台11を介
して床に固定された架台２と、この架台２に固定された
Ｘ線源３と、マスク６と試料としての基板（ウエハ）７
の位置合わせを行なうマスク合わせ装置９と、このマス
ク合わせ装置９と、このマスク合わせ装置９のマスク合
わせ装置架台10と、防振台11とを備えている。

前記Ｘ線源３は、回転対陰極４に定められたＸ線発生点
５からマスク６にＸ線を照射し、ウエハ７にマスクパタ
ーンを転写するようになっている。

前記マスク合わせ装置９は、マスク合わせ装置架台10と
防振台11とにより支持されており、マスク合わせ装置９
に床１からの振動が伝わらないように、またＸ線源３の
回転対陰極４による振動によってマスク合わせ装置９に
振動が伝搬しないようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、防振台11の振動等による位置不確定
によるＸ線源とマスク合わせ装置との位置ずれの問題が
認識されていなかった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、防振台
の振動や不感帯によってＸ線源とマスク・ウエハ位置合
わせ装置との間生じる位置ずれをなくし、パターン転写
誤差を低減するようにしたＸ線露光装置を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち、本発明は、床に取付けられた架台と、この架台の
上方中央部に固定されたＸ線源と、マスクとウエハとを
位置合わせするマスク・ウエハ位置合せ装置と、該マス
ク・ウエハ位置合せ装置を固定するマスク・ウエハ位置
合せ装置用架台と、該マスク・ウエハ位置合せ装置用架
台を振動が伝搬しないように支持する防振台と、上記架
台マスク・ウエハ位置合せ装置との間で３次元（少なく
とも３軸方向）の相対的位置を検出する検出手段と、該
検出手段によって検出された３次元の相対的位置にもと
づいてマスクパターンの基板への転写位置ずれ量を演算
して求める演算手段と、該演算手段によって求められた
位置ずれを修正する修正手段とを備え、上記防振台の変
位によりＸ線源から出射されるＸ線に対してマスク・ウ
エハ位置合せ装置が傾いても自動的に高精度に位置合せ
されて常にマスクの回路パターンを正しい位置に転写で
きるようにしたＸ線露光装置である。

更に本発明は上記Ｘ線露光装置において、Ｘ線源とマス
ク・ウエハ位置合せ装置との間をHeガス等のＸ線減衰防
止ガスを封入すべく密閉構造で接続し、この接続された
密閉構造の少なくとも一部分が形状可変に構成し、Ｘ線
の減衰を防止して精度よく、しかもスループットを高め
て転写できるようにしたＸ線露光装置である。

また、本発明は、Ｘ線源とマスク・ウエハ位置合せ装置
との間に、防振台を有し、両者の相対的回転中心がＸ線
発生点の高さと一致させ、マスクパターンの基板への転
写位置ずれをなくすようにしたことを特徴とするＸ線露
光装置である。

〔作用〕

防振台の変位によりＸ線源から出射されるＸ線に対して
マスク・ウエハ位置合せ装置がずれたり、傾いても、検
出手段により相対位置が検出され、この検出値からマス
クパターンの基板への転写位置ずれを演算し、転写位置
ずれの修正手段により修正するので、転写位置ずれは生
ずることがない。

又、防振台の変位が生じても、Ｘ線源とマスク・ウエハ
位置合せ装置間の形状可変な密閉構造により、Ｘ線減衰
防止ガスがリークせず、スループット良く転写が可能と
なる。

又、Ｘ線源とマスク・ウエハ位置合せ装置間の防振台に
よる両者の相対傾きは、両者の回転中心を一致させるこ
とにより、Ｘ線が放射状に出射されるので、転写誤差を
生ずることはない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す正面図、第３図はこの
実施例におけるＸ線源とマスク・ウエハ位置合せ装置と
の相対的位置ずれにより生じるマウクとウエハの転写誤
差の関係を示す説明図である。

その第１図に示す実施例のＸ線露光装置は、床１に固定
された架台２と、これに固定されたＸ線源３と、マスク
６とウエハ７の位置合せを行なうマスク・ウエハ位置合
せ装置９と、これのマスク・ウエハ位置合せ用架台（定
盤）10と、弁12を有する空気ばね等から構成された防振
台11と、Ｘ線源３とマスク・ウエハ位置合せ装置９との
相対的位置の検出手段としての位置センサ15a,15b,15c
と、Ｘ線源３とマスク・ウエハ位置合せ装置９との相対
的位置ずれ量を演算するとともに位置ずれを修正するコ
ントローラ16とを備えて構成されている。

前記Ｘ線源３は、回転対陰極４のＸ線発生点５からマス
ク６にＸ線5aを照射し、ウエハ７にマスクパターン6aを
転写するようになっている。

このＸ線源３の具体的構成は例えばU.S.P.No.4566116に
記載されている。この他Ｘ線源３としては、プラズマフ
ォーカス型Ｘ線源、レーザープラズマ型Ｘ線源等のブラ
ズマ型Ｘ線、又はSOR（Syncrotron Orbital Radiatio
n）の如くマスク・ウエハ位置合せ装置９に比べ、大き
な線源でもよい。

次に上記防振台11について具体的に説明する。即ち第２
図に示すように架台２または10に固定されたレバー12b
にセンサバー12aが接触しており、センサバー12aはエア
供給バルブ12cと排出バルブ12dに接続している。架台２
または10があらかじめ決められた位置より上がると、セ
ンサバー12aが上昇し、排気バルブ12dが開き、エアタン
ク11a内のエアーが抜けて架台２または10は下降する。
又架台２または10が下がりすぎると、センサバー12aが
下がり、アエ供給バルブ12cが開き、アエタンク11aにエ
アが入り、架台２または10は上昇する。このようなエア
サーボ定盤では、エア供給の設定位置とエア排気設定位
置との間には不感帯（数mm）が設けられていて、不要な
エアーのロス・エア出入りによる振動を防いでいる。ま
たエアタンク11は左右に位置規制されておらず、数mmは
位置が不確定である。振動を除く防振台では、上記制御
可能な空気ばねの如く、上下左右に不確定なものが多
い。また制御（サーボ）のないゴムのみの防振台のよう
なタイプでも、十分な早さ（0.1sec位）で十分な位置に
確定（±0.1mm）するものは少ない。

前記マスク・ウエハ位置合せ装置９は、マスク支持台9a
と、U.S.P.No.4475223又はU.S.P.No.4504045に記載され
ているようにマスクとの間隙を一定に保持できるような
機構を有するウエハ載置台9bと、このウエハ載置台9bを
取付けたX,Y,θ（回転）ステージ9cとを有している。前
記マスク支持台9aには、ウエハ７に転写するパターンを
有するマスク６が固定されている。前記ウエハ載置台9b
には、試料としてのウエハ７が載置されている。さら
に、マスク・ウエハ位置合せ装置９は前記マスク・ウエ
ハ位置合せ用架台10と防振台11により支持されていて、
このマスク・ウエハ位置合せ装置９に床１からの振動が
伝わらないように、またＸ線源３から発生する振動によ
ってマスク・ウエハ位置合せ装置９に位置ずれが生じな
いようになっている。

前記Ｘ線源３とマスク・ウエハ位置合せ装置９は、蛇腹
等の柔軟な膜（ベローズ）で形成された振動遮断手段13
により接続されており、Ｘ線源３からマスク・ウエハ位
置合せ装置９へ振動が伝わらないようになっている。

また、振動遮断手段13は、U,S,P.No.4492356に記載され
ているように密閉効果を持ち、アライメント光学系13a
等を内設する露光チエンバ13bと一体で、Ｘ線5aを吸収
しにくい気体例えばHeガス13cを中に入れることによ
り、Ｘ線源３とマスク・ウエハ位置合せ装置９との間が
相対的に動いてもマスク６へのＸ線5aの照射量が安定し
て強く保たれる。

更に上記マスク・ウエハ位置合せ装置９は、マスクとウ
エハ間のX,Y,θ方向の位置合せを行なうもので、アライ
メント光学系13aを用いてマスク６とウエハ７上とにあ
るアライメントパターンを光学的に検出し、X,Y,θステ
ージ9cをＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθ（回転）方向に微
動させ、マスクアライメントパターンにウエハアライメ
ントパターンとを合わせ、位置合せする。マスクステー
ジ9aは通常X,Y軸方向に微動できるようにX,Yステージを
有するように構成されているため、マスク６を微動させ
て位置合せすることもできる。マスクステージ9a,アラ
イメント光学系13aはマスク架台８に取付けられてい
る。このマスク架台８はマスク・ウエハ位置合せ用架台
10に取付けられる。

前記位置センサ15a,15b,15cは、マスク・ウエハ位置合
せ装置９に取り付けられ、かつその先端部はＸ線源３の
架台２に当接されていて、Ｘ線源３とマスク・ウエハ位
置合せ装置９との相対的位置を検出し、その検出結果を
コントローラ16に送り込むようになっている。

前記コントローラ16は、前記位置センサ15a,15b,15cか
らＸ線源３とマスク・ウエハ位置合せ装置９との相対的
位置の検出結果を取り込み、これに基づいてＸ線源３と
マスク・ウエハ位置合せ装置９との相対的位置ずれ量を
後述の（１）〜（５）式のように算出し、この位置ずれ
量に伴うマスクパターン6aのウエハ７への転写誤差Ｇを
演算する機能と、前記転写誤差Ｇをマスク・ウエハ位置
合せ装置９にフィードバックし、この実施例ではマウク
・ウエハ位置合せ用架台10に搭載されたX,Y,θステージ
9cを第１図に符号17で示すように、転写誤差Ｇを消去す
る方向に移動させ、前記転写誤差Ｇを修正する機能とを
有している。

以下第３図により前記転写誤差Ｇの修正について説明す
る。なお第３図中、８はマスク・ウエハの鉛直線を示
す。

前記実施例のＸ線露光装置は、次のように操作され、作
用する。

すなわち、位置センサ15a,15b,15cにより、Ｘ線源３が
固定されている架台２とマスク・ウエハ位置合せ装置９
との相対的位置を検出し、この検出結果をコントローラ
16に送り込みコントローラ16により前記検出結果からＸ
線源３とマスク・ウエハ位置合せ装置９との相対的位置
ずれ量を算出するとともに、この時の転写誤差Ｇを演算
する。

いま、第３図に示すように、Ｘ線源３に対してマスク６
とウエハ７が水平方向にＸ、傾き角でθ、ずれているも
のとする。

この時の転写誤差Ｇは、 Ｇ＝G1＋G2 ……（１） となる。

ここで、G1:傾き角θによる誤差 G2:水平方向のずれ量Ｘによる誤差 である。

そして、前記誤差G1,G2はそれぞれ となる。

ただし、A:X線源３のＸ線発生点５とマスクパターンと
の距離 B:マスクパターンとウエハ表面との距離 である。

またX,θは第１図のセンサ15a,15b,15cの値yL,yk,xとセ
ンサ15a,15b間距離Ｌとセンサ15cとマスク６の距離Ｈか
ら以下のようにして求まる。

いま、例えばＡ＝300mm,B＝15μm,X＝1mm,θ＝5/1000と
すると、 G1＝0.075μｍ G2＝0.05 μｍ G＝0.125μｍ となり、この転写誤差Ｇ＝0.125μｍは、0.1μｍレベル
の位置合せの場合には許容できない誤差となる。

そこで、前記式で演算された転写誤差Ｇに基づき、コン
トローラ16によりX,Y,θステージ9cによりウエハ７を第
３図に示すごとく−Ｇだけ移動させる。その結果、修正
前の転写誤差Ｇ＝0.05〜0.1μｍを修正後は0.005μｍ以
下に抑えることができ、したがって0.8μｍ以下の線幅
のLSI焼き付けに、Ｘ線露光によるプロキシミティ露光
を適用することが可能となる。（上記説明においてはX,
Z軸平面についてであるが、Y,Z軸平面についても同様で
ある。） なお、Ｘ線源３に対するマスク・ウエハの鉛直線８方向
のずれは、マスク６からウエハ７への転写倍率に効くの
で、これも修正する必要がある。その場合には、マスク
６に対してウエハ載置台9bを前記中心線８方向に移動さ
せ、マスクパターンとウエハ表面との距離Ｂを変化させ
て修正する。

また第１図において防振台11を前記のように制御可能な
空気ばねで構成し、コントローラ16によりこの空気ばね
の空気圧をアエバルブ12により制御すれば転写誤差Ｇの
修正も可能である。その圧力補正信号を符号18で示す。
この実施例の場合は、応答時間を考慮した制御が必要で
ある。

また第４図に示すようにＸ線発生点５と同じ高さにマス
ク・ウエハ位置合せ装置用架台10の防振台11を設置すれ
ば、Ｘ線5aはＸ線発生点５より放射状に出るので、傾き
角θによる誤差G1はなくなる。よって水平方向のずれ量
による誤差のみを考えれば良いことになる。

一方水平方向の誤差を許容値以下に抑えて水平方向の誤
差も機構的になくすことも考えられる。

更にＸ線源３の防振台11をＸ線発生点５と同じ高さにし
てもよい。しかしこの場合、マスク・ウエハ位置合せ装
置９への床からの一般的振動は防げないので、床全体で
防振する等の処理が必要となる。

また、本発明では架台10と空気ばね11間に、水平方向と
上下方向とＸ線の照射方向に対する傾き角とを調整可能
な駆動ステージを組み込み、この駆動ステージを作動さ
せて転写誤差Ｇを修正するようにしてもよい。

さらに、本発明ではＸ線源３を架台２に対して単独で駆
動させ、または架台２とＸ線源３とを一体に駆動させて
転写誤差Ｇを修正するようにしてもよい。

また、前述の実施例ではＸ線源３とマスク・ウエハ位置
合せ装置９の水平方向のずれ量Ｘと傾き角θとについて
相対的位置ずれを検出し転写誤差Ｇを修正するようにし
ているが、本発明では３次元方向の相対的位置ずれを検
出し、その検出結果に基づいて転写誤差Ｇを修正するよ
うにしてもよいことは勿論である。

さらに本発明では式（１）〜（３）から明らかなよう
に、水平方向のずれ量Ｘによる誤差G1と、傾き角θによ
る誤差G2とをキャンセルさせるように修正することも可
能である。

第６図に本発明の動作を示す。ステップ＆リピート（st
ep and repeat）式Ｘ線露光装置の場合、ステージ9cのs
tep and repeat動作により、重心が変化することと、加
減速により防振台11が位置ずれを生じる。１つの例で
は、水平ずれは2mm、傾きはＬ＝1mでyL,ykの差が3.0mm
であった。これを（１）〜（５）式で計算すると、転写
誤差Ｇは0.14μｍとなる。第６図（ｂ）に示すようにＸ
線露光動作はステージ9cの区間21の粗動及び区間22の微
動の後、区間23でアライメントを行ない区間24でＸ線露
光を行ない、１回の露光サイクル25が終了する。これら
をウエハの必要露光数だけ繰り返す。このＸ線露光動作
に従い、第６図（ａ）に示すように転写誤差Ｇは実線の
如く推移する。実線27の例では、ステージ9cが停止して
区間23でアライメント動作に入っても防振台11の応答が
遅く（数Hz以下が普通）、転写誤差Ｇが−0.14μｍ残
り、1.5秒程して後、転写誤差Ｇは安定するが、防振台1
1の不感帯31のため、元に戻らず、−0.1μｍの転写誤差
Ｇが残る。第６図（ｃ）に示すようにこの転写誤差Ｇを
区間28で検出・演算し、ステージ9cの微動と同時に区間
29で修正を行なうと、第６図（ａ）に示す点線30の如く
転写誤差Ｇは±0.005μｍ以下に入れられる。

転写誤差Ｇの検出・演算の時間28は10msec内であり、0.
1μｍ程度のステージ9cの修正動作も、数msec内である
ので、応答速度は数10Hz以上（〜数100Hz）あり、防振
台の動作に比較して十分早い。また修正動作は時により
（区間28に示す粗動時、区間32で示す安定時）行なう必
要がない。

応答は十分早いので、防振台11の特性はかなり早い振動
（20Hz）位までは十分応答できる。

また、ステージ9c以外の修正手段により、転写誤差Ｇを
なくしても勿論良い。即ち修正手段として防振台制御、
カウンタウエイトがあり、検出・演算手段により得られ
る転写誤差Ｇをフィードバックすれば容易に実現でき
る。

また検出・演算のみして、許容誤差内時のみ露光する方
式も容易に実現可能である。

また、位置センサには、通常の接触型センサの外に、加
速度計、または傾斜計のようなセンサや、光学式等の非
接触センサを使用することも可能である。更にＸ線源
（架台２）側から位置センサを付けても良いことは勿論
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、マスク・ウエハ位
置合せ装置を防振台で支持して、Ｘ線源や外部から振動
等による影響をなくすと共に、防振台で支持したことに
よるＸ線源とマスク・ウエハ位置合せ装置との間に生ず
る位置ずれ誤差を検出手段及び演算手段により求め、こ
の位置ずれ誤差を修正して転写誤差を著しく小さくして
0.8μｍ以下の線幅のLSI焼付けに、即ちＸ線露光による
プロキシミティ露光又は投影露光の適用を可能ならしめ
る効果を有する。

また本発明によれば、更にＸ線源とマクス・ウエハ位置
合せ装置間のＸ線通過部分を形状可変で密閉構造で構成
したことにより、Ｘ線の減衰を防止し、高精度でスルー
プットを向上させて露光することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＸ線露光装置の一実施例を示す正面
図、第２図は第２図に示す防振台をよく具体的に示した
拡大図、第３図はＸ線源とマスク・エウハ位置合せ装置
との相対的位置ずれにより生じるマスクとウエハの転写
誤差の関係を示す説明図、第４図は本発明のＸ線露光装
置の他の実施例を示す正面図、第５図は従来技術を示す
正面図、第６図（ａ）は転写誤差と時間の関係を示した
図、第６図（ｂ）はＸ線露光動作の時間関係を示した
図、第６図（ｃ）は転写誤差検出・修正の時間関係を示
した図である。 ３……Ｘ線源、６……マスク、７……ウエハ、９……マ
スク・ウエハ位置合せ装置、10……マスク・ウエハ位置
合せ装置架台（定盤）、11……防振台、13……振動遮断
手段、15a〜15c……位置センサ、16……コントローラ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】床に取付けられた架台と、この架台に固定
   されたＸ線源と、マスクとの間隙を一定に保持制御でき
   るように構成されたウエハ載置台を取付けたＸ・Ｙ・θ
   ステージと、マスクを取付けできるようにマスクステー
   ジを装着し、マスクのアライメントパターンとウエハの
   アライメントパターンとを光学的に検出するアライメン
   ト光学系を備えたマスク架台とを設置し、マスクとウエ
   ハとを相対的に位置合わせするマスク・ウエハ位置合わ
   せ装置と、該マスク・ウエハ位置合わせ装置を固定する
   マスク・ウエハ位置合わせ装置用架台と、該マスク・ウ
   エハ位置合わせ装置用架台を振動が伝搬しないように支
   持する防振台と、上記架台とマスク・ウエハ位置合わせ
   装置との間で３次元の相対的位置を検出する検出手段
   と、該検出手段によって検出された３次元の相対的位置
   にもとづいてマスクパターンの基板（ウエハ）への転写
   位置ずれ量を演算して求める演算手段と、該演算手段に
   よって求められた転写位置ずれ量を修正する修正手段と
   を備え付けたことを特徴とするＸ線露光装置。
2. 【請求項２】上記防振台は、床に取付けたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のＸ線露光装置。
3. 【請求項３】上記防振台を、Ｘ線発生点と同じ高さに上
   記架台に取付けしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のＸ線露光装置。
4. 【請求項４】修正手段として、求められた位置ずれ量に
   基づいてマスクとウエハとを相対的に微動させることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線露光装置。
5. 【請求項５】修正手段として、更にマスクに対してウエ
   ハ載置台を微動させることを特徴とする特許請求の範囲
   第４項記載のＸ線露光装置。
6. 【請求項６】修正手段として、マスクとウエハとの相対
   的変位測定手段を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第４項または第５項記載のＸ線露光装置。
7. 【請求項７】マスク架台上に、Ｘ線源とマスクとの間を
   Ｘ線が減衰しないようにHe等のガスを封入した密閉室を
   形成し、この密閉室の上端とＸ線源との間を形状変形可
   能なジャバラで接続したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のＸ線露光装置。
8. 【請求項８】上記防振台を制御可能な空気バネで構成し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線露
   光装置。
9. 【請求項９】上記Ｘ線源として、プラズマＸ線源で構成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＸ線
   露光装置。