JPH10312947A

JPH10312947A - Ｘ線露光装置およびｘ線露光方法

Info

Publication number: JPH10312947A
Application number: JP9119592A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Shimazu; 信生島津; Akira Shimizu; 彰清水; Tomoaki Sakai; 智昭酒井; Haruo Tsuyusaki; 晴夫露嵜; Makoto Fukuda; 真福田; Seitaro Matsuo; 誠太郎松尾
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 1998-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｘ線露光において、簡素で信頼性が高く、安
価な方法を用いて、アライメントマーク検出結果に合わ
せてマスクパタンを高精度に転写できるようにする。【解決手段】Ｘ線マスク１０２を真空チャック１０３
により固定した状態で、発熱体１０６でＸ線マスク１０
２を加熱して変形させることで、Ｘ線マスク１０２上の
４隅のアライメントマーク位置関係を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、シンクロトロン
放射光（ＳＯＲ光）などから発生したＸ線を用いて、Ｘ
線マスク上に形成したＬＳＩ等のパタンを、試料である
ウエハ上に転写するＸ線露光装置およびＸ線露光方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在のエレクトロニクス、特にＬＳＩの
製造においては、リソグラフィー技術が重要である。こ
のリソグラフィー技術の中で、光を用いてパタンを転写
するフォトリソグラフィ技術が、一般によく用いられて
いる。しかし、このフォトリソグラフィにより、マスク
上に形成されたＬＳＩ等のパタンをウエハ面上に転写す
る場合、光の回折現象という原理的な限界の存在によ
り、サブミクロンオーダの微細パタンの形成が困難にな
っている。実際、この限界近くまで微細なパタンを形成
しようとすると、光学系の焦点深度が浅くなり、パタン
を転写するレジスト膜厚の制御などに厳しい制限が発生
する。このため、レジスト塗布装置などの関連装置も含
めた全体の転写装置は、複雑になり高価なものとなって
いる。また、回折現象の限界により、光を用いた転写装
置では、将来必要な０．１５μｍ未満の微細パタン形成
は非常に困難である。

【０００３】この問題を回避するために、Ｘ線を用いた
リソグラフィーが注目されている。これは、これまで用
いられてきた光と比較して、波長が極めて短いＸ線を用
いてパタンを転写する方法である。このＸ線露光方法
で、現在最も実用性が高いと考えられているのが、Ｘ線
マスクをウエハに近接させてパタン転写をする１対１近
接露光法である。この露光方法では、ウエハ上のアライ
メントマーク検出結果を用いて、Ｘ線マスクとウエハと
の相対位置を機械的に制御し、ウエハ上に形成されてい
るパタンへの位置合わせを行っている。したがって、こ
のパタン位置合わせ転写精度の向上が、Ｘ線リソグラフ
ィーの実用化に最も必要とされている。この合わせ精度
向上に向けて、Ｘ線マスクのパタン位置精度（絶対位置
精度）向上の努力が行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、その位置精度
向上のためには、Ｘ線マスクパタンを描画する電子ビー
ム（ＥＢ）装置の超高精度化が必要である。しかし、こ
れに見合うＥＢ装置は現在は存在せず、将来開発できた
としても当然高価なものにならざるを得ない。さらに、
いかに高精度にマスクパタンを描画できても、Ｘ線が十
分透過できるようにされている薄膜上（１〜２μｍ厚）
に、Ｘ線マスクパタンが形成されるため、パタンが形成
されている膜の応力の不均一性によって、パタン位置精
度が損なわれるという問題がある。さらに、仮に理想的
な精度のＸ線マスクが製造できたとしても、パタンを転
写するウエハが、半導体製造プロセスを経ることにより
変形していた場合、あるいは、転写する前の層のパタン
位置が正規の位置からずれていた場合には、高精度な合
わせ転写は不可能となる。

【０００５】ここで、前述のマーク検出結果を用い、合
わせ精度が向上する方向にＸ線マスクを変形させること
ができれば、高精度に合わせ転写を行うことができるよ
うになる。このため、Ｘ線マスクを保持し、その保持し
たＸ線マスクを伸ばしたり縮めたりするフレームを用
い、Ｘ線マスクを伸ばしたり縮めたりする方法が提案さ
れている。しかしながらこの方法は、フレームに複雑な
機構を必要とするという欠点に加えて、Ｘ線マスク１枚
毎にフレームを用意し、Ｘ線マスク周辺部をフレームに
接着する必要が生じる。この場合、Ｘ線マスクをフレー
ムに接着する過程でＸ線マスクが大きく変形してしまう
という問題が新たに発生する。そして、この問題を避け
ようとすると、フレームの高精度化が必要となり、フレ
ームが高価格となるという欠点があった。

【０００６】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、Ｘ線露光において、簡素
で信頼性が高く、安価な方法を用いて、アライメントマ
ーク検出結果に合わせてマスクパタンを高精度に転写で
きるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明のＸ線露光装置
は、Ｘ線マスクの露光領域を形成するＸ線透過膜を保持
する基板を１箇所で固定するマスク保持手段と、その基
板の部分的な温度制御を行う温度制御部からなるマスク
基板温度制御手段とを備えるようにした。したがって、
まず、Ｘ線マスクは、１箇所で固定されているので、面
方向に自由に変形できる状態となっている。そして、マ
スク基板温度制御手段により部分的に温度制御されるこ
とで、基板の温度を部分的に変化させることができる。
また、この発明のＸ線露光方法は、Ｘ線マスクの露光領
域を形成するＸ線透過膜を保持する基板の温度を、部分
的に変化させて露光領域を変形させてから露光を行うよ
うにした。すなわち、露光領域を変形させることで、Ｘ
線透過膜上に形成されているマスクパタンの配置関係
を、変更させてから露光を行うようにしている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。実施の形態１図１は、この発明の第１の実施の形態における、Ｘ線露
光装置の構成を示す構成図である。図１（ａ）は平面
図、図１（ｂ）は断面図である。また、（ａ）は（ｂ）
のＡＡ’面からみた状態を示している。このＸ線露光装
置は、まず、加熱保持部１０１が、Ｘ線マスク１０２を
真空チャック１０３により１箇所で固定保持している。
すなわち、Ｘ線マスク１０２は厚さ２ｍｍ程度のシリコ
ン基板に形成されており、このシリコン基板の外周部が
真空チャック１０３により吸着され、Ｘ線マスク１０２
が固定されている。なお、真空チャック１０３は、加熱
保持部１０１内部に形成された流路１０４を介して、真
空ポンプなどの真空排気系に接続している。

【０００９】Ｘ線マスク１０２は、その中央部に正方形
の開口を有し、その開口部に露光領域を構成するＸ線透
過可能な薄膜（Ｘ線透過膜）１０５を備えている。そし
て、この薄膜１０５上にＸ線遮蔽材料で構成されたＬＳ
Ｉ形成用のマスクパタンが配置している。すなわち、こ
のＸ線マスク１０２は、中央部に正方形のマスクパタン
形成領域（露光領域）を備えている。また、発熱体（マ
スク基板温度制御手段）１０６が、Ｘ線マスク１０２の
薄膜１０５外の領域の同心円上に位置する加熱保持部１
０１上に均等に配置され、その表面がＸ線マスク１０２
に近接あるいは接触している。但し、接触していてもＸ
線マスク１０２を反らせたり、ＸＹ方向の熱変形を阻害
しない限りの接触力しか発生しないように配置してい
る。この、発熱体１０６は、例えば、セラミック材料か
らなる抵抗体から構成すればよい。パタンが転写される
ウエハ１０７は、ＸＹ方向に移動する縦型ウエハステー
ジ１０８上に、Ｘ線マスク１０２に近接して載置されて
いる。パタン転写毎に縦型ウエハステージ１０８がステ
ップ＆リピートを繰り返し、ウエハ１０７全面にパタン
転写を行う。

【００１０】パタン転写を高精度に行うため、Ｘ線が導
入されるビームライン１０９内には、マーク検出器１１
０とマスク移動手段１１１が設置されている。マーク検
出器１１０は、ウエハ１０７との位置合わせ（アライメ
ント）を行うときには、Ｘ線マスク１０２の薄膜１０５
上部にまで移動する。そして、マーク検出器１１０は、
レーザを光源とし、Ｘ線マスク１０２を介してウエハ１
０７上のアライメント用パタンの位置を検出する。この
アライメント用パタン（アライメントマーク）の位置
は、例えば、ＬＳＩパタンを形成する１つのチップ領域
の４隅に配置されているものである。また、マスク移動
手段１１１は、Ｘ線マスク１０２をＸＹＺ方向に移動さ
せ、また、回転させることで、ウエハ１０７とＸ線マス
ク１０２との相対的な位置関係を変化させるものであ
る。

【００１１】以上示したＸ線露光装置によって、Ｘ線マ
スク１０２上のマスクパタンをウエハ１０７上に転写す
るときには、まず、ウエハ１０７上に形成されている４
つのアライメントマークと、Ｘ線マスク１０２上の対応
する４つのアライメントマークの相対位置を、マーク検
出器１１０により検出する。次に、それぞれのアライメ
ントマークの位置が一致するように、マスク移動手段１
１１がＸ線マスク１０２の位置を変更する。そして、ウ
エハ１０７上に形成されている４つのアライメントマー
ク位置と、Ｘ線マスク１０２上の４つのアライメントマ
ーク位置との相対的な位置が一致したら、ビームライン
１０９を通してＸ線を照射し、Ｘ線マスク１０２上のマ
スクパタン像をウエハ１０７上に形成することで、パタ
ンの転写を行う。

【００１２】しかし、実際には、ウエハ１０７上のアラ
イメントマークの配置関係は、Ｘ線マスク１０２上のア
ライメントマークの配置関係とは異なっている。例え
ば、ウエハ１０７上に形成されているチップ４隅のアラ
イメントマークの配置は、図２（ａ）に示すように、そ
れを頂点とする正方形２０１となっていても、マスク１
０２上の４隅のアライメントマークは、４角形２０２ａ
の頂点で示される配置となってしまう。Ｘ線マスクは、
１〜２μｍときわめて薄い窒化シリコンなどからなるＸ
線透過膜上に、タンタルなどの金属からなるＸ線遮断パ
タンを形成したものである。このように、Ｘ線マスクに
おいてはＸ線透過膜が応力の影響を受けやすいため、Ｘ
線透過膜上に形成される各パタンの絶対位置精度（誤
差）は５ｐｐｍ程度となる。このため、前述したよう
に、Ｘ線マスク１０２上の４隅のアライメントマーク
は、４角形２０２ａの頂点で示される配置となってしま
う。

【００１３】したがって、この実施の形態１では、発熱
体１０６でＸ線マスク１０２を加熱して変形させること
で、Ｘ線マスク１０２上の４隅のアライメントマーク位
置関係が、図２（ａ）に示す正方形２０１の形状に一致
させるようにした。ここで、実際の補正では、図２
（ｂ）に矢印で示すように、一様な伸びの補正量２０３
を与えるようにＸ線マスクを変形させれば、誤差を大幅
に低減できる。また、その一様な伸びに加えて、図２
（ｃ）に示すように、ＸまたはＹ方向に伸びる補正量２
０４を与えるように、長方形状に変形させることで、さ
らに誤差を低減することができる。そして、図２（ｄ）
に示すように、回転方向にも補正量２０５ａ，２０５ｂ
を与えて平行四辺形状に変形させることで、ほとんど誤
差がない状態を実現できる。

【００１４】以上説明したように、この実施の形態１に
よれば、前述したようにフレームを用いることなく、合
わせ精度が向上する方向にＸ線マスクを変形させること
ができる。なお、上述したように、現状のＸ線マスクパ
タンの絶対位置精度は５ｐｐｍ程度である。例えば、２
０ｍｍ角チップの場合、絶対値では１００ｎｍの絶対位
置誤差を持つ。このため、予め５ｐｐｍ以上の割合で、
長寸法などを縮小させてＸ線マスクパタンを描画してお
けば、加熱で延ばすことによる熱変形だけで、その位置
誤差を補正でき、冷却収縮による熱変形が不要になる。
また、図２においては、それらのことを理由として、こ
の説明ではマスクパタンは予め５ｐｐｍだけ縮小して描
画されているものとしている。

【００１５】次に、８箇所に配置した発熱体１０６でＸ
線マスク１０２を加熱した場合の、Ｘ線マスク１０２の
熱変形状態のシミュレーション結果を図３に示す。この
シミュレーションは、有限要素法を用いて行った。ま
ず、図３（ａ）は、変形前の正方形のマスクパタン形成
領域３０１の対角線方向および各辺の方向に配置された
８個全ての発熱体より、Ｘ線マスク１０２のシリコン基
板に発熱量Ｔｍを与えた場合を示している。この場合、
シリコン基板（Ｘ線マスク１０２）は一様に変形し、マ
スクパタン形成領域３０１も一様に変形してマスクパタ
ン形成領域３０２となっている。

【００１６】次に、図３（ｂ）は、マスクパタン形成領
域３０１の一組の対辺方向の発熱体を除く６個の発熱体
より、Ｘ線マスク１０２のシリコン基板に発熱量Ｔａを
与えた場合を示している。この場合、マスクパタン形成
領域３０１は、紙面上下方向に変形し、長方形のマスク
パタン形成領域３０３となる。また、図３（ｃ）は、マ
スクパタン形成領域３０１の対角方向の２個の発熱体よ
り、Ｘ線マスク１０２のシリコン基板に発熱量Ｔｐを与
えた場合を示している。この場合、マスクパタン形成領
域３０１は対角方向に変形し、平行四辺形のマスクパタ
ン形成領域３０４となる。

【００１７】さて、図３を詳細に見ると、一様な伸びを
与えた場合には、同時にパタン領域が−Ｙ方向に並行移
動、すなわちシフトしていることもわかる。また、長方
形の変形ではシフトに加えて一様な伸びも発生してい
る。さらに、平行四辺形状の変形を与えた場合には、そ
れらに加えて回転も発生している。これらは、熱を加え
ることによる補正に際し、副次的に発生する副作用であ
る。８つの発熱体の各々に独立した加熱量を設定するこ
とで、これらの副作用が現れないようにすることも原理
的には可能であるが、その場合、加熱量の全量が大とな
り、ウエハを含むＸ線露光装置の他の部分に有害な熱変
形を生じさせる。

【００１８】そのシフトと加熱量との関係についても、
前述の有限要素法を用いたシミュレーションから明らか
となった。これを図４を用いて説明する。図４では、２
ｐｐｍの一様な伸びを生じさせる際に副次的に発生する
シフトを横軸に、このシフト補正と一様な伸びの両方を
加熱で補正する際の加熱点の最大温度を縦軸にとってい
る。図４より明らかなように、シフト補正量の絶対値が
大であるほど、加熱点の最高温度が大きくなることがわ
かる。図４では、一様な伸びについて示したが、図２
（ｄ）のような平行四辺形状の変形を与える場合には、
シフトに加えて露光領域の回転も発生するため、この回
転も発熱体６の加熱により現れないようにしようとする
と、最大加熱量がさらに大きくなる。

【００１９】さて、以上示したように、発熱体の各々に
加熱量を与えた場合に発生する上記シフトと伸びと回転
量は、予め、前述の有限要素法や実験により求めること
が可能である。一方、Ｘ線露光装置は、Ｘ線マスクを微
小量シフトさせたり、回転させたりする機能、すなわち
アライメント機能を既に有している。このため、位置誤
差の補正をする際に副次的に発生するシフトや回転は、
Ｘ線露光装置のアライメント機能を用いて補正するよう
に機能分担させれば、最小の加熱量で図２（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）で示した補正を実現できる。このよう
に、Ｘ線マスクに温度勾配を与えるに際してはシフトな
どの副作用が発生するが、Ｘ線露光装置のウエハステー
ジおよびアライメント機構系により、そのシフトを除去
できる。

【００２０】以下に、この補正方法を具体的に説明す
る。まず、図５は図１で示したＸ線露光装置の一部を示
す構成図である。図５に示すように、縦型ウエハステー
ジ１０８は、定盤５０１上に搭載され、縦型ウエハステ
ージ制御部５０２により、ステージ位置の制御がされて
いる。また、マスク移動手段１１１はマスク位置制御部
５０３に制御され、加熱保持部１０１の移動制御を行っ
ている。また、マーク検出部５０４は、マーク検出器１
１０を制御してマーク検出を行うようにしている。ま
た、発熱体制御部５０５が、加熱保持部１０１の発熱体
１０６の温度制御を行っている。そして、それら縦型ウ
エハステージ制御部５０２，マスク位置制御部５０３，
マーク検出部５０４，および，発熱体制御部５０５は、
所定のプログラムによって動作している制御計算機５０
６によって制御されている。

【００２１】このＸ線露光装置の動作について説明する
と、縦型ウエハステージ１０８上にウエハ１０７が搭載
されると、マーク検出部５０４がマーク検出器１１０を
加熱保持部１０１のＸ線通過領域にまで移動させ、ウエ
ハ１０７上に形成されているチップ４隅のアライメント
マークと、Ｘ線マスク１０２上の対応する４つのアライ
メントマークの相対位置とを検出させる。また、マーク
検出部５０４は、その検出したアライメントマークの相
対位置など、検出結果を制御計算機５０６に送る。そし
て、アライメントマーク相互の相対位置を得た制御計算
機５０６は、図２に矢印で示した誤差補正量を算出す
る。

【００２２】ここで、Ｘ線マスク上の点（ｘ，ｙ）を点
（ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｙ）への写像（関数）として誤差の
補正を考えれば、以下の数式で表現できる。ｄｘ＝ｃ１＋ｃ２・ｘ＋ｃ３・ｙ・・・（１）ｄｙ＝ｄ１＋ｄ２・ｘ＋ｄ３・ｙ・・・（２）ここで、係数ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｄ１，ｄ２，ｄ３は、
チップ４隅の座標と図２の矢印で示した誤差補正量よ
り、最小二乗法を用いて制御計算機２２で算出する。

【００２３】算出したこれらの係数において、（ｃ１，
ｄ１）は並行移動量、すなわちシフト量を与える。そし
て（ｃ２＋ｄ３）／２は、図２（ｂ）で示した一様な伸
びの補正量２０３を与える。また、（ｃ２−ｄ３）／２
は、図２（ｃ）で示した長方形状の補正量２０４を与え
る。また、ｄ２は図２（ｄ）で示した傾きθｘを、ｃ３
は図２（ｄ）で示した傾きθｙを与える。なお、（ｄ２
−ｃ３）／２は図２（ｄ）で示した、補正対象図形全体
の反時計方向への回転する補正量２０５ａを与え、（ｄ
２＋ｃ３）／２は頂角９０°からの変化、すなわち平行
四辺形状への補正量を与える。

【００２４】制御計算機５０６（図５）は、図２
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）で示した補正を上記の補正量だ
け実行するのに先だって、これらの補正の結果で副次的
に発生するシフト量を、予め求めている実験式を用いて
算出し、これを（ｃ１，ｄ１）に加えたものを最終的な
シフト量とする。また、長方形状の補正ではシフトに加
えて副次的に発生した一様な伸び量も算出し、最終の伸
び補正量に反映させる。さらに、図２（ｅ）の補正の場
合には、シフトや伸びの副次的な効果に加えて、長方形
状の副次的な効果も算出し、最終の長方形状の補正に反
映させる。そして、図２（ｄ）では、回転量（ｄ２−ｃ
３）／２（補正量２０５ａ）も算出する。

【００２５】以上に示したことによって算出したシフト
量を用い、制御計算機５０６は、縦型ウエハステージ制
御部５０２とマスク位置制御部５０３を制御する。同じ
く、算出した回転量（ｄ２−ｃ３）／２に基づく回転指
令をマスク位置制御部５０３に送出することで、制御計
算機５０６はＸ線マスクの回転補正を実行する。これら
の結果、Ｘ線マスク１０２とウエハ１０７は、制御計算
機５０３の指令通りのシフト、すなわち平行移動し、ま
た、回転する。そして、この動作に加えて、制御計算機
５０６は発熱体制御部５０５を制御し、前述の図２
（ｂ），（ｃ），（ｄ）で示した補正に相当する加熱量
を発生させる。この結果、Ｘ線マスク１０２は必要な量
の熱変形をおこない、これらの結果位置誤差が補正され
る。

【００２６】以下、その熱変形による位置誤差の補正に
関して、図６を用いてより詳細に説明する。図６は、発
熱量とそれに伴って副次的に発生するシフト量の関係を
示す相関図である。なお、一様な伸びの補正には、図１
で示した発熱体１０６の各々より、同一の発熱量を与え
ることを前提とする。最初に、点Ｐ０で示される所望と
する一様な伸びの補正量が与えられる。この値と、加熱
量Ｔと伸び量Ｙを現す関数「Ｙ＝Ｆｍ（Ｔ）」より、点
Ｐ１を得る。次に、これを下にたどることで、関数「Ｙ
＝Ｆｓｂ（Ｔ）」により点Ｐ２を得る。これを、横にた
どってＹ軸との交点Ｐ３を得れば、これが副次的に発生
するシフトｄ１を与える。このシフトｄ１はＸ線マスク
あるいは縦型ウエハステージのシフト移動によって補正
されることは前述の通りである。

【００２７】一方、点Ｐ２をさらに下にたどれば、Ｘ軸
との交点Ｐ４を得て、これにより、点Ｐ０で示す一様な
伸びの補正量、すなわち所期の補正を実行するために必
要な加熱量Ｔｍがわかる。そして、図１で示した発熱体
６が、この量に相当する発熱を行えば、所望とする位置
誤差の補正が行える。以上は、一様な伸びの補正につい
て述べたが、図２（ｃ）に示した長方形状の補正の場
合、副次的に発生するのは、シフトと一様な伸びであ
る。また、図２（ｄ）に示した平行四辺形状への補正の
場合には、副次的に発生するのはシフトと一様な伸び、
および、回転である。以上の副次的な補正も図６で説明
したように予め得ている関数を用いて補正するが、以下
に、数式や記号を用いてこの過程を再度正確に述べる。

【００２８】まず、記号の定義を次のとおりとする。Ｓ
ｂ，Ｓｃ，Ｓｄをそれぞれ、一様な伸び補正，長方形状
の補正，平行四辺形状の補正に伴って副次的に発生する
−Ｙ方向のシフト量とする。また、Ｍｃ，Ｍｄをそれぞ
れ、長方形状の補正，平行四辺形状の補正に伴って副次
的に発生する一様方向の伸びとする。そして、Ａｄを平
行四辺形状の補正に伴って副次的に発生する長方形状の
変形とし、Ｒｄを平行四辺形状の補正に伴って副次的に
発生する回転量とする。一方、シミュレーションや実験
で加熱量Ｔの関数として、予め求めた各種の関数の定義
を以下のようにする。まず、Ｆｍ（Ｔ）を一様な伸びを
与える関数、Ｆａ（Ｔ）を長方形状の変形を与える関
数、Ｆｐ（Ｔ）を直角からの変形すなわち平行四辺形状
の変形を与える関数とする。ここで、変数Ｔは、図３
（ａ），（ｂ），（ｃ）で示したように，発熱体の各々
に与えるものとする。

【００２９】次に、Ｆｓｂ（Ｔ），Ｆｓｃ（Ｔ），Ｆｓ
ｄ（Ｔ）をそれぞれ、一様な伸び補正，長方形状の補
正，平行四辺形状の補正に伴って副次的に発生する、−
Ｙ方向のシフト量を与える関数とする。また、Ｆｍｃ
（Ｔ）およびＦｍｄ（Ｔ）をそれぞれ、長方形状の補正
および平行四辺形状の補正に伴って副次的に発生する、
一様な方向の伸びを与える関数とする。そして、Ｆａｄ
（Ｔ）を平行四辺形状の補正に伴って副次的に発生する
長方形状の変形を与える関数とし、Ｆｒｄ（Ｔ）を平行
四辺形状の補正に伴って副次的に発生する回転量を与え
る関数とする。

【００３０】以下、補正の過程を説明すると、まず、前
述したようにマーク検出結果から、式（１），（２）に
おける係数ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｄ１，ｄ２，ｄ３を、最
小二乗法により算出する。これらより、まず、（ｄ２−
ｃ３）／２から回転の補正量Ｒ１を得る。次に、平行四
辺形状の補正量（ｄ２＋ｃ３）／２に対して、関数Ｆｒ
ｄ（Ｔ）を用いて、副次的に発生する回転量Ｒｄを得
る。また、関数Ｆａｄ（Ｔ）を用いて、副次的に発生す
る長方形状の変形Ａｄを得る。また、関数Ｆｍｄ（Ｔ）
を用いて、副次的に発生する一様な伸びＭｄを得る。さ
らに、関数Ｆｓｄ（Ｔ）を用いて、副次的に発生するシ
フトＳｄを得る。そして、平行四辺形状の補正量（ｄ２
＋ｃ３）／２と関数Ｆｐ（Ｔ）を用い、平行四辺形状の
補正を与えるための加熱量Ｔｐを得る。

【００３１】次に、長方形状への補正に関連しては、最
終的な補正量｛（ｃ２−ｄ３）／２−Ａｄ｝に対して、
関数Ｆｍｃ（Ｔ）を用いて、副次的に発生する一様な伸
びＭｃを得る。さらに、関数Ｆｓｃ（Ｔ）を用いて、副
次的に発生するシフトＳｃを得る。そして、長方形状の
最終補正量｛（ｃ２−ｄ３）／２−Ａｄ｝と関数Ｆａ
（Ｔ）とを用いて、長方形状の変形を与えるための加熱
量Ｔａを得る。最後に、一様な伸び補正に関連しては、
最終的な補正量｛（ｃ２＋ｄ３）／２−Ｍｃ−Ｍｄ｝に
対して、関数Ｆｓｂ（Ｔ）を用いて、副次的に発生する
シフトＳｂを得る。そして、一様な伸びの最終値である
｛（ｃ２＋ｄ３）／２−Ｍｃ−Ｍｄ｝と、関数Ｆｍ
（Ｔ）とを用い、一様な伸びを与えるための加熱量Ｔｍ
を得る。

【００３２】以上の緒元を得て、制御計算機５０６（図
５）は、マスク位置制御部５０３と縦型ウエハステージ
制御部５０２におけるシフト量として、Ｘ方向において
はｃ１、Ｙ方向においては、ｄ１−（Ｓｂ＋Ｓｃ＋Ｓ
ｄ）となるように制御する。また、制御計算機５０６
は、回転量がＲ１＋Ｒｄとなるようにそれらを制御す
る。平行四辺形状の補正に伴って発生するＲｄは小さな
値であるため、この回転補正で十分な精度が得られる。
そして、加熱による補正のために、制御計算機５０６
は、発熱体の温度がＴｍ，Ｔａ，Ｔｐとなるように、発
熱体制御部５０５を制御する。以上の動作で、一様の伸
び、長方形状の変形、さらには任意の平行四辺形状の変
形を含む位置の補正が、最小の加熱量で実現できる。

【００３３】実施の形態２ところで、以上に説明した実施の形態１においては、Ｘ
線マスクパタンは予め一定の割合で収縮させて描画して
おき、誤差補正のためには、全て熱変形で膨張させるこ
とを前提としていた。これは、装置が簡単で低価格化が
図れるという長所を持つ。しかし、熱変形による膨張だ
けで誤差補正を行う場合、熱を加えるだけになるので、
描画対象のウエハも僅かながら膨張させてしまうという
問題がある。したがって、熱変形による膨張だけでな
く、吸熱（冷却）による収縮も用いて誤差補正を行うよ
うにすれば、ウエハが熱膨張することによる誤差も最小
にすることができる。

【００３４】この実施の形態２では、図１に示した発熱
体１０６の箇所に吸熱手段も設置し、この箇所で発熱と
吸熱（冷却）の両方の作用を行わせるようにしたもので
ある。例えば、ペルチェ素子を用いればよく、この素子
は電流の方向に応じて発熱と吸収を行うことはよく知ら
れている。この場合の合わせ方法としては、Ｘ線マスク
パタンを設計通りの寸法で描画することを除いては、前
述した実施の形態１の通りである。この実施の形態２で
は、Ｘ線マスク１０２の基板部分に対して発熱と吸熱の
双方を行うため、熱変形のための全体の発熱量、あるい
は吸熱量をさらに小さくできる。その結果、描画対象の
ウエハの熱変形を極めて小さい値に抑制できる。

【００３５】なお、以上では、Ｘ線マスクとウエハを大
気中で保持し、この状態で露光・転写を行うＸ線露光装
置について述べてきたが、これに限るものではない。上
述したＸ線マスクの誤差補正は、低圧のヘリウム雰囲気
中でＸ線マスクとウエハを保持し、この状態で露光・転
写を行う装置に対しても適用できるものである。この場
合には、静電チャックを用いてＸ線マスクを保持するよ
うにすればよい。また、その静電チャックは、図１で示
した真空チャック１０３の位置に配置すればよい。ま
た、低圧ヘリウム下では、熱伝導の効率が大幅に低下す
るため、発熱体を用いずに、半導体レーザを用いてＸ線
マスクの基板の所定位置を加熱するようにすればよい。
この場合、レーザ源である半導体レーザ部は、図１で示
した発熱体６の位置に配置すればよい。

【００３６】なお、Ｘ線マスクには外周部の厚さを減じ
て薄くし、この薄い箇所においては、ウエハとの間隔が
大きくとれる構造のものがある。これは、メサ形Ｘ線マ
スクと呼ばれている。このメサ形Ｘ線マスクを用いる場
合には、そのＸ線マスクの基板外周部において、機械的
な保持機構を用いる余地がある。すなわち、図７に示す
ように、メサ型Ｘ線マスク１０２ａは、基板周辺部が通
常よりも薄く形成されている。

【００３７】このため、露光領域である薄膜１０５とウ
エハ１０７とを必要な距離にまで近設させても、メサ型
Ｘ線マスク１０２ａ周辺部では、ウエハ１０７とある程
度間隔があいた状態となる。したがって、マスク押さえ
機構７０１の押さえバネ７０１ａのバネ力により、メサ
型Ｘ線マスク１０２ａをはさむようにすることで、加熱
保持部１０１に一箇所で固定保持することが可能とな
る。なお、図７において、図１と同一の符号で示した部
分は図１と同様である。そして、このマスク押さえ機構
は、Ｘ線マスクやウエハを大気中に配置する装置におい
ても、それらを例えば低圧ヘリウム中に配置する装置に
おいても適用できる。

【００３８】なお、上記実施の形態１，２においては、
発熱体の配置を、Ｘ線マスクの正方形の露光領域に対し
て、その対角線上の同一円周上に４つ、その対辺の中心
を通る線上の同一円周上に４つ配置し、合計８つを配置
するようにした。これは、４つずつ異なる半径の円周上
に配置されている状態である。これに対して、８つの発
熱体を同一円周上に均等に配置するようにしてもよい。
この場合、図８に示すように、正方形の露光領域８０１
に対して、その対辺の中心を通る線および対角線の延長
線と２２．５°の角度を有する線上に、８つの発熱体８
０２が配置されることになる。このように配置すること
で、正方形の露光領域８０１の対角線延長線上に発熱体
が配置されないので、露光領域８０１を広げることが可
能となる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、Ｘ
線マスクの露光領域を形成するＸ線透過膜を保持する基
板を１箇所で固定するマスク保持手段と、その基板の部
分的な温度制御を行う温度制御部からなるマスク基板温
度制御手段とを備えるようにした。したがって、まず、
Ｘ線マスクは、１箇所で固定されているので、面方向に
自由に変形できる状態となっている。そして、マスク基
板温度制御手段により部分的に温度制御することで、基
板の温度を部分的に変化させることができる。すなわ
ち、この発明によれば、Ｘ線マスクの基板温度を部分的
に変化させてこれを熱変形させることができ、結果とし
てＸ線透過膜上に形成されているマスクパタンの配置関
係を変更させることが可能となる。このため、この発明
によれば、Ｘ線マスク上のマスクパタンの配置関係を例
えば、ウエハ上に形成されているパタンの配置関係に合
わせることができるので、アライメントマーク検出結果
に合わせてマスクパタンを高精度に転写できるようにな
る。

【００４０】また、この発明のＸ線露光方法は、Ｘ線マ
スクの露光領域を形成するＸ線透過膜を保持する基板の
温度を、部分的に変化させて露光領域を変形させてから
露光を行うようにした。すなわち、露光領域を変形させ
ることで、Ｘ線透過膜上に形成されているマスクパタン
の配置関係を変更させてから、露光を行うようにしてい
る。したがって、この変更によりＸ線マスク上のマスク
パタンの配置関係を例えば、ウエハ上に形成されている
パタンの配置関係に合わせるようにすれば、アライメン
トマーク検出結果に合わせてマスクパタンを高精度に転
写できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態における、Ｘ線
露光装置の構成を示す構成図である。

【図２】Ｘ線マスクとウエハ上のアライメントマーク
相互の相対誤差を示す説明図である。

【図３】Ｘ線マスクの熱変形状態のシミュレーション
結果を示す説明図である。

【図４】加熱することで副次的に発生するシフトと、
このシフト補正と一様な伸びの両方を加熱で補正する際
の加熱点の最大温度との関係を示す相関図である。

【図５】図１で示したＸ線露光装置の一部を示す構成
図である。

【図６】発熱量とそれに伴って副次的に発生するシフ
ト量の関係を示す相関図である。

【図７】この発明のＸ線露光装置の他の形態を示す構
成図である。

【図８】８つの発熱体の配置関係を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１０１…加熱保持部、１０２…Ｘ線マスク、１０３…真
空チャック、１０４…流路、１０５…薄膜、１０６…発
熱体、１０７…ウエハ、１０８…縦型ウエハステージ、
１０９…ビームライン、１１０…マーク検出器、１１１
…マスク移動手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者露嵜晴夫東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者福田真東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者松尾誠太郎東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光領域を形成するＸ線透過膜と、この
Ｘ線透過膜を保持する基板と、前記Ｘ線透過膜上に形成
されたＸ線を遮断するマスクパタンとからなるＸ線マス
クを用い、Ｘ線を光源としてウエハ上に露光を行うＸ線
露光装置において、前記基板を１箇所で固定するマスク保持手段と、前記基板の部分的な温度制御を行う温度制御部からなる
マスク基板温度制御手段とを備えたことを特徴とするＸ
線露光装置。
【請求項２】請求項１記載のＸ線露光装置において、前記マスク保持手段は、前記基板をはさむことで前記Ｘ
線マスクを固定することを特徴とするＸ線露光装置。
【請求項３】請求項１または２記載のＸ線露光装置に
おいて、前記マスク基板温度制御手段は前記基板を加熱する加熱
手段から構成されていることを特徴とするＸ線露光装
置。
【請求項４】請求項３記載のＸ線露光装置において、前記マスク基板温度制御手段は前記基板の温度を下げる
吸熱手段から構成されていることを特徴とするＸ線露光
装置。
【請求項５】請求項１〜４いずれか１項記載のＸ線露
光装置において、前記マスク基板温度制御手段の温度制御部は、前記Ｘ線
マスクの露光領域の中心を中点とした同心円上の８箇所
に、それぞれ均等配置されていることを特徴とするＸ線
露光装置。
【請求項６】請求項１〜４いずれか１項記載のＸ線露
光装置において、前記マスク基板温度制御手段の温度制御部は、前記Ｘ線
マスクの露光領域の中心を中点とした第１の同心円上の
４箇所と、前記Ｘ線マスクの露光領域の中心を中点とし
た前記第１の同心円とは異なる半径の同心円上の４箇所
とに、それぞれ均等配置されていることを特徴とするＸ
線露光装置。
【請求項７】請求項１〜６いずれか１項記載のＸ線露
光装置において、前記Ｘ線マスクと前記ウエハとの相対位置関係を制御す
る位置合わせ手段を備えたことを特徴とするＸ線露光装
置。
【請求項８】請求項７記載のＸ線露光装置において、前記位置合わせ手段は、前記ウエハを載置して移動するウエハステージと、前記Ｘ線マスクを移動させるマスク位置制御手段と、前記ウエハ上および前記Ｘ線マスク上に形成されている
アライメントマーク位置をそれぞれ検出するマーク検出
手段と、前記マーク検出手段が検出した前記ウエハ上に形成され
ているアライメントマーク位置と前記Ｘ線マスク上に形
成されているアライメントマーク位置とが所定の位置関
係となるように、前記ウエハステージと前記マスク位置
制御手段とを制御する制御計算機とから構成されている
ことを特徴とするＸ線露光装置。
【請求項９】露光領域を形成するＸ線透過膜と、この
Ｘ線透過膜を保持する基板と、前記Ｘ線透過膜上に形成
されたＸ線を遮断するマスクパタンとからなるＸ線マス
クを用い、Ｘ線を光源として露光を行い、予め所望のパ
タンが形成されているウエハ上に、前記マスクパタンを
転写するＸ線露光方法において、前記基板の温度を部分的に変化させて前記露光領域を変
形させてから露光を行うことを特徴とするＸ線露光方
法。
【請求項１０】請求項９記載のＸ線露光方法において、前記ウエハ上に形成されているアライメントマークの配
置関係に、前記Ｘ線マスク上に形成されているアライメ
ントマークの配置関係を合わせるように、前記基板の温
度を部分的に変化させて前記露光領域を変形させてから
露光を行うことを特徴とするＸ線露光方法。