JPH11133194A

JPH11133194A - Ｘ線取り出し窓およびこれを用いたｘ線露光装置ならびにデバイス製造方法

Info

Publication number: JPH11133194A
Application number: JP9315916A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Terajima; 茂寺島; Yutaka Watanabe; 豊渡辺
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｘ線取り出し窓を微振動させて露光ムラを効
果的に低減する。【解決手段】Ｘ線Ｌ₁ は、高真空に制御されるビーム
ダクト２からＸ線取り出し窓１０を経て露光室１へ取り
出されて、ウエハＷ₁ を露光する。Ｘ線Ｌ₁ を透過させ
るベリリウム箔１１に厚みムラがあると、ウエハＷ₁ に
著しい露光ムラを発生するため、ベリリウム箔１１に
０．１〜０．５ｍｍ程度に限定された振幅の微振動を与
えて露光ムラを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子蓄積リン
グ放射光（ＳＲ−Ｘ線）等のＸ線を露光光とするＸ線露
光装置のＸ線取り出し窓およびこれを用いたＸ線露光装
置ならびにデバイス製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子蓄積リング等から放出されるシ
ンクロトロン放射光、すなわちＳＲ−Ｘ線等を露光光と
するＸ線露光装置は、解像度と生産性の双方にすぐれて
おり、半導体デバイス等のより一層の高精細化に対応で
きるものとして、将来性が大きく期待されている。一般
的にＸ線は、大気による減衰が著しく、これを避けるた
めに光源から露光室に到るビームダクト内は高真空に保
たれる。低真空またはヘリウムガス等の減圧雰囲気ある
いは大気と同じ雰囲気の露光室と高真空のビームダクト
の間には、両者の雰囲気を遮断するためのＸ線取り出し
窓が設けられる。

【０００３】Ｘ線取り出し窓は、Ｘ線の透過率の高い材
料、例えばベリリウム、窒化シリコン、炭化シリコン、
ダイヤモンド等で作られた薄膜を有し、この薄膜は、Ｘ
線のエネルギー損失を避けるためにＸ線透過率が高いこ
とと、ビームダクトと露光室の圧力差に耐えるだけの機
械的強度が要求される。

【０００４】図６は一従来例によるＸ線取り出し窓を示
すもので、これは、極めて薄肉のベリリウム箔１１１
と、その外周部を支持するフランジ１１２を有し、ベリ
リウム箔１１１の外周部は、接着リング１１３によって
フランジ１１２に固定されている。フランジ１１２は、
金属Ｏ−リング１１４を介し、ボルト１１５によって、
ビームダクト１０２のフランジ部１０２ａ等に固着され
る。

【０００５】ベリリウム箔１１１は、前述のように、高
真空に保たれるビームダクト１０２の圧力Ｐ₁ と、ヘリ
ウムガスの減圧雰囲気に制御される露光室側の圧力Ｐ₂
との圧力差△Ｐに耐えるだけの機械的強度が必要であ
り、しかも、Ｘ線の透過率が高く均一であることが要求
される。

【０００６】ところが、Ｘ線取り出し窓に用いるベリリ
ウム箔は、一般的に、その製造の過程に圧延工程を用い
ているため、この工程で数μｍから数ｍｍ程度の細かい
厚みムラや密度ムラを生じることがある。このような厚
みムラ等は、Ｘ線透過率に著しく影響し、Ｘ線の被照射
体、すなわちウエハ等の位置で大きな強度ムラとなり、
均一な露光を行なうことができない。そこで、露光中に
Ｘ線取り出し窓を振動させることで、ベリリウム箔の厚
みムラ等による露光ムラを低減する技術が開発された。

【０００７】図７は、特開平５−６４４５１号公報に開
示されたＸ線取り出し窓を示すもので、露光室２０１と
ビームダクト２０２の間の開口にベローズ２１４を介し
てＸ線取り出し窓２００を弾力的に取り付けて、これ
を、加振装置２１５によって振動させる。Ｘ線取り出し
窓２００は、ベリリウム箔２１１と、接着リング２１３
を介してベリリウム箔２１１の外周部を支持するフラン
ジ２１２を有する。フランジ２１２は、ベローズ２１４
の開口端に気密に結合されており、加振装置２１５のピ
ストンは、フランジ２１２の外周部に連結されている。

【０００８】加振装置２１５のピストンの振動は、フラ
ンジ２１２を介してベリリウム箔２１１に伝通され、Ｘ
線の光路に対して垂直にベリリウム箔２１１を振動させ
る。

【０００９】また、特開平４−１０００４９号公報に
は、露光ムラを防ぐためにベリリウム箔に与える振動の
振幅を、５ｍｍ程度に制御することが記載されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、露光ムラを防ぐためにＸ線取り出し窓
に与える振動の振幅が例えば数ｍｍ〜数十ｍｍ程度にな
ると、加振装置が大型化するだけでなく、加振装置の支
持部やＸ線取り出し窓のフランジ等を経てビームダクト
や露光室に振動が伝播して、新たなトラブルを生じるお
それがある。従って、図７に示す装置のように、加振部
を露光室やビームダクトと別体に設ける等の防振対策が
必要となり、装置コストが大幅に上昇するという不都合
がある。

【００１１】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、Ｘ線取り出し窓に与
える振動を適切な微振動に限定することで、大型の加振
装置を用いたり、加振装置から露光室等へ振動が伝播す
るのを防ぐための防振対策等を必要とすることなく、極
めて効果的に露光ムラを低減できるＸ線取り出し窓およ
びこれを用いたＸ線露光装置ならびにデバイス製造方法
を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明のＸ線取り出し窓は、Ｘ線を透過させる薄膜
と、前記Ｘ線の入射方向に直交する方向に関して以下の
ように限定された振幅の微振動を前記薄膜に与えるため
の加振装置を有することを特徴とする。

【００１３】

【数２】

【００１４】

【作用】ベリリウム箔（薄膜）に厚みムラや密度ムラ等
があると、Ｘ線透過率が不均一となり、ベリリウム箔を
透過後のＸ線に強度ムラが生じる。この強度ムラは、ベ
リリウム箔とウエハ等の被照射体との距離に応じて特定
の周期の成分が互いに強めあって、少なくとも２〜３倍
程度まで増大し、著しい露光ムラを発生する。

【００１５】そこで、被照射体の位置において最も強く
なるＸ線の強度ムラの周期（間隔）を実験によって調べ
た結果、ベリリウム箔を透過したＸ線のピーク波長λと
ベリリウム箔から被照射体までの距離Ｄの積の平方根

【００１６】

【数３】の間であることが判明した。これは、ベリリウム箔を透
過する際のＸ線の吸収と位相変化を含めて被照射体の位
置におけるＸ線強度を理論計算によって求めたものと一
致する。

【００１７】このように、最大の露光ムラを発生する厚
みムラの周期が

【００１８】

【数４】の間であることが判明したため、最大でもその１０倍程
度の振幅で振動させれば、増大されたＸ線強度ムラを緩
和するのに充分であることが解る。

【００１９】露光ムラを低減するためにＸ線取り出し窓
に与える振動を上記の微振動に限定することで、加振装
置の大型化や防振対策等に伴う装置コストの上昇を回避
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００２１】図１は一実施の形態によるＸ線取り出し窓
１０とこれを用いたＸ線露光装置の主要部を示す。Ｘ線
取り出し窓１０は、露光室１とビームダクト２の間に配
設され、後述するように荷電粒子蓄積リング等の光源３
（図３参照）から発生されたＳＲ−Ｘ線（シンクロトロ
ン放射光）等のＸ線Ｌ₁ は、超高真空に保たれたビーム
ダクト２を通ってＸ線取り出し窓１０から露光室１へ導
入される。ここで、Ｘ線Ｌ₁ は、Ｘ線取り出し窓１０の
面に対して垂直方向から入射しているが、多少傾いてい
てもよい。

【００２２】Ｘ線取り出し窓１０は、数μｍないし数十
μｍの薄膜であるベリリウム箔１１と、その外周縁を支
持するフランジ１２を有し、ベリリウム箔１１の外周縁
は、接着等の方法でフランジ１２に固定されている。フ
ランジ１２は、ベローズ１３を介して、ビームダクト２
と露光室１の間の開口に弾力的に取り付けられている。

【００２３】ベローズ１３は、Ｘ線取り出し窓１０のフ
ランジ１２に気密に結合され、フランジ１２の外周部に
は、加振装置１４のピストンが連結されている。加振装
置１４は、ピストンからフランジ１２を介してベリリウ
ム箔１１の面に平行な方向（Ｘ線の入射方向に直交する
方向）に振動を与える。

【００２４】このように加振装置１４によってベリリウ
ム箔１１に振動を与えて、その厚みムラに起因する露光
ムラを低減するものであるが、振動が大きいと、大型の
加振装置を必要とするばかりでなく、露光室１に振動が
伝播して、大きな転写ずれ等を生じるおそれがある。

【００２５】そこで本発明者らは、様々な実験を行な
い、Ｘ線の入射方向に直交する方向に関してベリリウム
箔１１の振幅ｄが以下の条件を満たすように制御すれ
ば、露光を均一にするうえで充分であることを見いだし
た。

【００２６】

【数５】ここで、λ：Ｘ線がＸ線取り出し窓を透過した後のピー
ク波長Ｄ：Ｘ線取り出し窓からウエハまでの距離ただし、ベリリウム箔１１の振幅があまり小さいと、ベ
リリウム箔１１を振動させる効果がないのは明らかであ
る。そこで、ベリリウム箔１１の振幅ｄを以下のように
限定するのが望ましい。

【００２７】

【数６】すなわち、Ｘ線の入射方向に直交する方向に関してベリ
リウム箔に与えられる振動の振幅ｄが、式（２）を満足
する微振動であれば、ベリリウム箔の厚みムラに起因す
る露光ムラを効果的に低減できる。加えて、露光室１等
を振動させるおそれもないため、防振対策を必要とする
ことなく、加振装置１４を露光室１の壁面等に直付けす
ることができる。その結果、従来例に比べて装置コスト
を大幅に低減し、低コストでしかも高精度な露光を行な
うことができる。

【００２８】式（１）および式（２）は以下のように見
い出されたものである。

【００２９】Ｘ線露光装置においては、Ｘ線取り出し窓
を透過したＸ線がウエハの位置で著しい強度ムラを発生
する現象が起こる。ベリリウム箔の厚みが均一でなく、
圧延等に伴なう厚みムラが存在すると、Ｘ線の透過率が
厚みに反比例するためＸ線取り出し窓を透過した直後の
Ｘ線に強度ムラを発生する。しかしながら本発明者ら
は、Ｘ線取り出し窓に近い位置における透過Ｘ線の強度
分布と、ある程度離れた位置での透過Ｘ線の強度分布に
違いがあることに気がついた。つまり、Ｘ線取り出し窓
と被照射体であるウエハとの距離によって、ウエハの露
光ムラが変化するという現象を実験結果より発見した。
特に数μｍ〜数百μｍの周期のＸ線強度ムラが大きく検
出され、また、Ｘ線取り出し窓とウエハの距離によっ
て、強度ムラが大きくなる周期が異なることが判った。

【００３０】このような現象は、Ｘ線がベリリウム箔を
透過する際に、厚みの違いによる微妙な位相ずれがおこ
り、それがある程度離れた位置で互いに強めあったり、
弱めあったりするためであるという説明ができる。ベリ
リウム箔の厚みムラは実際には周期性はなくランダムで
あることが多いため、いろいろな周期の重ね合わせと見
なすと、距離によって強めあう周期のものが強く検出さ
れ、結果として距離の変化によって強く検出される周期
も変化すると考えられる。この、特に強く検出される周
期を調べたところ、Ｘ線のピーク波長をλ、Ｘ線取り出
し窓とウエハの距離をＤとすると、おおむねλ×Ｄの平
方根からその倍の間であることが判明した。これは上記
位相差を考慮した計算からも強めあう条件として導くこ
とができる。実験によれば、Ｘ線取り出し窓のごく近傍
で測定したＸ線透過率のムラが２％程度のものが、４０
０ｍｍ離れたウエハの場所では最大７％程度のＸ線強度
ムラになっている現象が確認されている。

【００３１】ベリリウム箔の厚みムラに起因する露光ム
ラのうちで、上記の理由で透過率ムラに比べて露光強度
ムラが大きくなるような現象を緩和することに重点を置
くことで、大幅に露光ムラを低減できる。ベリリウム箔
の厚みムラは蒸着法にて作製されたベリリウム膜を用い
ることにより透過率ムラを２％以内にすることが可能で
ある。Ｘ線露光装置においてはＸ線取り出し窓からウエ
ハまでの距離はおおむね数百ｍｍであるから、強度ムラ
のピークは数十μｍである。強度ムラの周期が数百μｍ
では透過率ムラとほぼ同等となるという点から、ウエハ
位置での強度ムラを低減させるためにはＸ線取り出し窓
を強度分布ピークのせいぜい１０倍程度振動させれば強
度分布のピークは充分に平均化される。つまり、式
（１）に示す振幅の微振動をＸ線取り出し窓に与えるこ
とによって、ベリリウム箔の透過率ムラに起因する露光
ムラを大幅に低減できる。

【００３２】より範囲を限定するならば、強度分布ピー
クの５〜１０倍程度の振幅の範囲内すなわち式（２）の
範囲内で振動させることで、最大の効果をあげることが
出来る。

【００３３】（実施例１）Ｘ線取り出し窓透過後のピー
ク波長が１ｎｍのＳＲ−Ｘ線を用いた場合に、Ｘ線取り
出し窓からウエハまでの距離が４００ｍｍであれば、式
（２）より２００≦ｄ≦４００μｍとなる。そこで、Ｘ
線取り出し窓を３００μｍ程度の振幅で振動させたとこ
ろ、ウエハ位置でのＸ線の強度ムラをＸ線取り出し窓の
透過率ムラすなわち厚みムラと同等の２％程度にするこ
とができた。

【００３４】図２はベリリウム箔の厚みムラが、ベリリ
ウム箔からある程度離れた位置でＸ線の大きな強度ムラ
になる様子を計算した例である。具体的に説明すると、
ベリリウム箔が正弦関数で与えた一定の厚みムラを持つ
場合、そのベリリウム箔から４００ｍｍ離れた位置でＸ
線強度ムラの大きさを計算した結果で、グラフＡは与え
た正弦関数の周期の厚みムラに対するウエハ位置におけ
るＸ線の強度ムラの大きさを示し、グラフＢは厚みムラ
によるＸ線の透過率ムラを示す。本実施例においては、
ＳＲ−Ｘ線がＸ線取り出し窓を透過した後のＸ線の波長
に対する強度分布の最大強度をもついわゆるピーク波長
が１ｎｍ程度であるので、その値を代表的な値として波
長１ｎｍにて計算を行なった。同図から解るように、厚
みムラの周期が長くなればウエハ位置におけるＸ線の強
度ムラの大きさは透過率ムラの大きさとほぼ等価にな
る。また、周期が非常に短いと、その情報はぼやけてし
まい、強度ムラの大きさは透過率ムラの大きさより小さ
くなり、その影響は無くなる。しかし、厚みムラの周期
が１０〜８０μｍ程度の所では強度ムラの大きさが透過
率ムラに比較して非常に大きくなっていること示してい
る。このピークはλ×Ｄの平方根の値である２０μｍと
その２倍の値である４０μｍの間にある。

【００３５】これらのことから、Ｘ線取り出し窓とウエ
ハの距離によって注目すべき周期の強度ムラを特定すれ
ば、Ｘ線取り出し窓を振動させることによって露光ムラ
を低減するうえで、有効な振幅を求めることができる。
前述したように、図２に示す場合は４００μｍ程度の周
期になればＸ線の強度ムラは透過率ムラとほとんど同じ
大きさとなる。すなわち、Ｘ線の強度ムラが大きくなる
周期（１０〜８０μｍ）の５〜１０倍程度の振幅で強度
ムラは充分に平均化されるため、４００μｍを大きく越
える振幅で窓を振動してもその効果は顕著ではない。前
述したように、Ｘ線露光装置においては、Ｘ線取り出し
窓とウエハの距離は数百ｍｍを大きく上回ることはない
ので、より具体的に述べると、ベリリウム箔の振幅が
０．１〜０．５ｍｍの範囲内であれば、露光ムラを低減
する効果は充分である。従来のように数ｍｍも振動させ
る必要はない。

【００３６】（実施例２）ベリリウム箔の少なくとも片
面を研磨したものを用いることにより、１％以下の透過
率むらを実現することが出来た。これを振動無しに露光
装置のＸ線取り出し窓に用いると、最大３％程度の強度
ムラが発生する可能性があるため、距離に対して式
（２）が成り立つように設定された微振動を与えて、全
体の強度ムラを１％以下にすることができた。

【００３７】図３はＸ線露光装置の全体を示す図であ
る。光源３からビームダクト２内に放出されたシートビ
ーム形状のシンクロトロン放射光であるＸ線Ｌ₁ を、凸
面ミラー４によって放射光の軌道面に対して垂直な方向
に拡大する。凸面ミラー４で反射拡大したＸ線Ｌ₁ は、
Ｘ線取り出し窓１０を経て露光室１へ導入され、図示し
ないシャッターによって露光領域内での露光量が均一と
なるように調整される。シャッターを経たＸ線Ｌ₁ はマ
スクＭ₁ に導かれる。ウエハＷ₁ はウエハチャック５に
垂直に保持されており、マスクＭ₁ に形成されている露
光パターンを、ステップ＆リピート方式等によってウエ
ハＷ₁ 上に露光転写する。なお、ウエハチャック５は、
微動ステージ６ａと粗動ステージ６ｂを有するステージ
であるウエハステージ６によって６軸方向に高精度で位
置決めされる。

【００３８】次に上述したＸ線露光装置を利用した半導
体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図４は半導
体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネ
ル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製
造のフローを示す。ステップＳ１１（回路設計）では半
導体デバイスの回路設計を行なう。ステップＳ１２（マ
スク製作）では設計した回路パターンを形成したマスク
を製作する。一方、ステップＳ１３（ウエハ製造）では
シリコン等の材料を用いて基板であるウエハを製造す
る。ステップＳ１４（ウエハプロセス）は前工程と呼ば
れ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフ
ィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次の
ステップＳ１５（組立）は後工程と呼ばれ、ステップＳ
１４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化
する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボン
ディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工
程を含む。ステップＳ１６（検査）ではステップＳ１５
で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性
テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デ
バイスが完成し、これが出荷（ステップＳ１７）され
る。

【００３９】図５は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップＳ２１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に
絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成）ではウ
エハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２４
（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステ
ップＳ２５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布
する。ステップＳ２６（露光）では上記説明したＸ線露
光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露
光する。ステップＳ２７（現像）では露光したウエハを
現像する。ステップＳ２８（エッチング）では現像した
レジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ２９（レ
ジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジ
ストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうこ
とによってウエハ上に多重に回路パターンが形成され
る。本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難し
かった高集積度の半導体デバイスを製造することができ
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。

【００４１】ベリリウム箔等に与える振動の振幅を限定
することで、加振装置の大型化や防振機構等に伴う装置
コストの上昇を招くことなく、極めて効果的に露光ムラ
を低減できる。このようなＸ線取り出し窓を用いること
で、Ｘ線露光装置の低価格化を促進し、半導体デバイス
等の製造コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態によるＸ線取り出し窓とＸ線露光
装置の主要部を示す模式断面図である。

【図２】ベリリウム箔の厚みムラの周期に対して、ベリ
リウム箔から所定距離だけ離間した位置のＸ線の強度ム
ラ（Ａ）とベリリウム箔の透過率ムラ（Ｂ）の関係を示
すグラフである。

【図３】Ｘ線露光装置全体を説明する図である。

【図４】半導体製造工程を示すフローチャートである。

【図５】ウエハプロセスを示すフローチャートである。

【図６】一従来例を示す模式断面図である。

【図７】別の従来例を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１露光室２ビームダクト１１ベリリウム箔１２フランジ１３ベローズ１４加振装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線を透過させる薄膜と、前記Ｘ線の入
射方向に直交する方向に関して以下のように限定された
振幅の微振動を前記薄膜に与えるための加振装置を有す
るＸ線取り出し窓。【数１】ここでｄ：薄膜の振幅 λ：薄膜を透過した直後のＸ線のピーク波長Ｄ：薄膜からＸ線の被照射体までの距離
【請求項２】加振装置が振幅０．１〜０．５ｍｍの範
囲の微振動を薄膜に与えるように構成されていることを
特徴とする請求項１記載のＸ線取り出し窓。
【請求項３】薄膜が少なくとも片面を研磨して厚みム
ラを低減したものであることを特徴とする請求項１また
は２記載のＸ線取り出し窓。
【請求項４】Ｘ線がＳＲ−Ｘ線であることを特徴とす
る請求項１ないし３いずれか１項記載のＸ線取り出し
窓。
【請求項５】薄膜がベリリウム箔であることを特徴と
する請求項１ないし４いずれか１項記載のＸ線取り出し
窓。
【請求項６】請求項１ないし５いずれか１項記載のＸ
線取り出し窓と、該Ｘ線取り出し窓から取り出されたＸ
線によって露光される被照射体を保持するステージを有
するＸ線露光装置。
【請求項７】請求項６記載のＸ線露光装置によってウ
エハを露光する工程を有するデバイス製造方法。