JPS61117830A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、Ｘ線源から放射されるＸ線をマスク上に照射
し、マスク上に描かれたパタンをＸ線縮小光学系によっ
て縮小したのち、試料上に投影露光する８元装置に関す
る。

従来技術と問題点 従来、半導体集積回路を製造するだめのリングラフィ技
術としては、紫外光によって、マスク上に描かれたバタ
ンをウニ八等の試料上に転写する方法がとられてきた。

しかしこの方法では、紫外光による回折現象などが影響
して解像力に限界を生じ、回路のバタン幅が７２ｍ以下
の超ＬＳＩの製造には適用できない。そこで、この解像
力の限界を克服するため、紫外光よりもさらに波長の短
いＸ線を利用した転写技術、すなわちＸ線リングラフィ
の研究が進められてきた。

従来のＸ線リングラフィは、Ｘ線源から放射されるＸ線
束をマスク上に照射することＫより、マスクと互いに平
行な位置関係を保ち、かつ微小な間隙をもって保持され
た試料上に、マスクバタンを／対／の等倍率で転写する
ものである。

ｘｍリソグラフィの解像力は、半影ぼけ。

フレネル回折、マスクコントラスト、レジスト内での散
乱等の色々な要因によって支配される。なかでも、Ｘ線
がマスク全面にわたって垂直に入射しないために生じる
半影ぼけは、解像力を低下させる大きな要因であり、半
影ぼけを回避するため、平行性の高いＸ線束の実現が待
望されていた。

そこで近年、従来のＸ線ようも強度がはるかに高く、シ
かも指向性の強いシンクロトロン放射光（以後ＳＯ几光
と略称する）をＸ線リングラフィに適用する試みがなさ
れている。

シンクロトロン放射光とは、光速に近い速度で執道上を
電子が周回するとき、軌道の接線方向に沿って発生する
、高強度で指向性の強い軟Ｘ線である。図／は８０Ｒ光
によるバタン転写の一例を示す。ｓＯＲ光は指向性がき
わめて強いため、電子が閉軌道／に沿って周回する場合
、垂直方向にはほとんど広がらず、水平面内で閉軌道／
の接線方向に、いわば扇状に発散していく。そこでバタ
ン転写の生産性を高めるためには、このような扇状に発
散してい＜ｓｏｎ尤λを、集光ミラー３によって平行光
！に集光する。このようにして集光された帯状の平行光
ｊを、さらに別の揺動ミラーグによって垂直方向Ｓに走
査し、マ、スク６上の露光領域７を照射すると、マスク
と近接して配置された試料にに、マスクパタンが転写さ
れる。

以上のようにして平行に集光されたＳｏＲ光を用いるこ
とにより、従来のＸ線リソグラフィで問題となり九半影
ぼけの問題は解決される。しかしながら、このような従
来の８ＯＲリングラフイでは、依然としてマスクパタン
を等倍率で試料上に転写する方式が用いられている。こ
のため、リソグラフィの解像力を支配するフレネル回折
等の要因は残されたままであり、今後の超ＬＳＩの発展
にともなって、バタンの最小線幅が７μｍを下回るよう
になってぐると、従来の等倍投影では解像力が限界に近
づいてくる。この解像力の限界を克服するためには、マ
スクパタンを適当な手段で縮小したのち試料上に転写す
る、いわゆる縮小投影によるバタン転写を実現する必要
が生じてぐる０しかしながら、ＳＯＲリングラフィはそ
れ自体の歴史が浅＾ため、現在はまだ等倍露光を試行的
に行っている段階であシ、８０　ＲＪｌｉｌ小露光はこ
れからの課題とされている。

発明の目的 本発明は、ＳＯＲ尤の縮小投影によるバタン転写を実現
するため、Ｘ＠縮小光学系によってマスクパタンを縮小
し、かつマスクに対して試料を、光学系の縮小比と同じ
比率で縮小移動させるようにしたものでア）、以下図面
によって詳細に説明する。

発明の構成および作用の説明 図２（ωは本発明の動作厚埋を示す。図示しない集光ミ
ラーによって帯状の平行光に成形されたＳＯＲ光／／が
、マスク／λと試料／３に対して垂直に入射するように
配置されている。マスク／、！と試料／３の間には、マ
スクパタンを適当な比率１例えば／／Ｎ（ただし、／≦
Ｎ）に縮小するためのｘａ縮縮小光学系ダグ配置されて
いる。

Ｘ１１！縮小光学系／ｌＩの具体的な実施例は、すでに
いくつか報告されている。代表的な例は、凸面鏡と凹面
鏡を組み合わせた８ｃｈｖｒａｒ−ロｃｈｉｌｄ　ｔｙ
ｐｅ　　と呼ばれる反射光学系であり、これをＸｌ１ｌ
ｉ１マイクロスコープに適用した例が、Ｒ，Ｐ、Ｈａｅ
ｌｂｉｃｈ　　ｅｔ　　ｍｌ　：λｎｎ、　　Ｎ、Ｙ、
人ｃｉｄ、８ｃｉ、。

Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ、　Ｊ　ＩＩ２　（／　９１θ）／１
Ｉｔ−／６７、に報告されている６　８ｃｌｔｗｉｒｚ
ｓｃｈｉｌｄ　ｔｙｐｅの反射光学系で社、凸面鏡と凹
面鏡の２枚の反射鏡を使用しているが、７枚の反射鏡を
使用してもマスクパタンの縮小が可能となることが、Ｍ
ｓｔｓｕｍｕｒａ　　ｅｔ　　ａｌ　　：　　／ｊｔｈ
　　８／ｍｐ、ｏｎ　　Ｉｏｎ　　ｌｍｐ−１ａｎｔａ
ｔｉｏｎ　ａｎｄ　８ｕｂｍｌｃｒｏａ　Ｆａｂｒｉｃ
ａｔｉｏｎ、　Ｆｅｂ。

／−Ｊ、／りにＩＩ、　Ｔｈｅ　Ｉｎ５ｔ、　ｏｆ　Ｐ
ｈ１ｓｉｃａｌ　　ａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌ　Ｒａ５ｅ
ａｒｃｈ、の報告から容易に推定できる。

図−（ａ）に示す配置構成において、マスク／λと試料
／３を同時に、かつ縮小光学系の縮小比／／Ｎと同じ比
率に移動距離比を保ちながら移動させれば、ＳｏＢ光／
／は静止したままの状態で、マスクパタン／／Ｈに縮小
されて試料上に転写される。すなわち、８０Ｒ光を刷毛
に見立てれば、ＳＯＲ光の刷毛でマスクを図２（ａ）の
Ｘ方向に掃いていくと、掃かれた帯状の部分が／／Ｎに
縮小されて試料上に転写されていくｏＳＯＲ光の平行性
を良好に保ち、かつ集光効率を高めるためには、ＳＯＲ
光の幅はλ０簡程度にとどまる。したがって、マスク全
面を露光するためには、Ｘ方向へ７回走査するごとに、
Ｘ方向と垂直なＹ方向へ８ＯＲ光の幅の分だけ、間欠移
動を行わせることになる。もちろんＹ方向の間欠移動の
場合も、マスクと試料はＸ方向竪動と同じ縮小比で移動
させる必要がある。

なお図λ（ａ）　においては、Ｘ線縮小光学系がマスク
と試料の間に配置されているが、Ｘ線縮小光学系の位置
を、図、２　（ｂ）に示すようにＸ線源とマスクの間に
配置することも可能である。すなわち図２（−において
、帯状の平行光に成形されたＳＯＲ光／／は、Ｘ　ｉａ
　ｇｄ小小学学系１４ｔ通過したのち、幅を漸次狭めて
いきながらマスク／２と試料／３を入射する。このとき
、ＳＯＲ光／／がＸ線縮小光学系／グを通過した直後か
ら幅を縮小しはじめ、マスク／λを透過するときの幅と
試料／３に到達したときの幅の比が、図２（ａ）の説明
において例示した／／Ｎとなるように、Ｘ線縮小光学系
／Ｉｌを構成しておけば、図２（ａ）の場合と同様の効
果が得られる。

図３（ａ）は、図−においてマスクと試料を縮小移動さ
せるための、縮小移動機構の一実施例である。２／はマ
スクを載置するためのマスク載置台であり、ＳＯＲ光に
よって照射されたマスクパタンが下方に透過しうる構造
になっているものとする。マスク載置台２／はＸガイド
、２−に滑ってＸ方向に、またＹガイド２３になってＹ
方向に移動する。一方、２４ｔは試料を載置するだめの
試料載置台であシ、マスク載置台２／と平行な位置関係
を保ちながら、Ｘガイド２３に沿ってＸ方向に、またＸ
ガイド２６に沼ってＹ方向に移動する。マスク載置台λ
／と試料載置台−グの間には、ｘａｍ小光学系−７７を
配置し、マスクパタンの縮小像を試料上に投影させる。

このような構造において、マスク載置台２／と試料載置
台２４ｔを、例えば／／Ｎ（ただし、／≦Ｎ）の比率で
移動させる方法を説明する。

まずＸ方向については、マスク載置台２／と試料、ｉｉ
！ｆ台２４ｔにそれぞれラック−に、２りを結合する。

ラック２に１．２９にはそれぞれ歯数Ｎ１．　Ｎ、の歯
車３θ、３／がかみ合い、歯車３ｏ、Ｊ／は駆動歯車３
．２ａおよび従動歯車３λｂを介して、制御用モータ３
３により駆動される。このとき歯車３θと３７の歯数比
Ｎ　１　／　Ｎ　＠を所定の／／Ｈに合わせておけば、
マスク載置台、２／と試料載置台２１Ｉを／／Ｎの縮小
比で移動させることができる〇 つぎにＹ方向については、マスク移動機構のＸガイドコ
コおよび試料移動機構のＸガイド２ｊにそれぞれ駆動ロ
ッド３グ、３ｊを結合する。各駆動ロッドの先端には、
図３（ｂ）に示すような自在継手構造を介して駆動レバ
ー３６をはめ込む０すなわち、駆動ロッド３４ｔ。

３Ｓに、回転自在な構造の球面軸受３７を取りつけ、か
つ球面軸受３７に対して、駆動レバー３６がその軸方向
に自由にしゅう動できるようにはめ込まれる。駆動レバ
ー３６は回転円板３どの外周に固定されておシ、制御用
モータ３りを駆動することによって駆動レバー３６は円
弧運動をし、これによってマスク載置台コ／と試料載置
台λダはＹ方向に駆動される。このとき、駆動レバー３
６の回転中心から駆動ロッドＪ！、Ｊｊまでの距離を、
図３（ｃ）に示す二うにり、、Ｌｍとすれば、マスク載
置台、２／と試料載置台λ弘の移動距離り、ＩＤ雪の縮
小比は Ｄｔ／Ｄ＋−Ｌｘ−θ／シ、−θ−し言／Ｌｔ　　　　
（１）となり、結局し＋、ｌ！−Ｌｔの比（等しくなる
。すなわち、［ｉ、とＬｌの比をＸ方向駆動における縮
小比／／Ｈに合わせるように設定すれば、Ｘ、Ｙ方向移
動ともマスク載置台−／に対して試料載置台コグの移動
を／／Ｎ　ＶＣｍ小できる。なお、Ｙ方向移動時にはラ
ック、！に、２りが各載置台と一体となってＹ方向に移
動する。

そこで、各ラックλに、２りは静止状態の歯車３θ、３
／の歯幅方向に支障なく移動できるようにし、かつＹ方
向移動時に歯車から逸脱しないだけの幅寸法を持たせて
おく。

なお、図３の実施例においては、駆動レバー３６の円弧
運動を利用して、Ｙ方向の縮小移動を実現したが、これ
はＸ方向移動と同じく、歯車とラックの組合せによって
行わせることもできる。すなわち、駆動ロッドＪｌｌ。

３ｊの互いに向かい合った面にラックを配置し、それら
の間にＸ方向移動と同様な歯車構成を持たせればよい。

図３の実施例では、ＸおよびＹ方向へそれぞれ７個の制
御用モータによって、マスクと試料が一体となって駆動
されたが、もちろんマスクと試料を独立した制御用モー
タによって駆動することも可能であシ、この場合の実施
例を図りに示す。グ／はマスクを載置するためのマスク
載置台であり、ＳＯＲ光によって照射されたマスクバタ
ンが下方に透過しうる構造になっているものとする。マ
スク載置台グ／にはＸ送シねじｔＩλのナットダ３が結
合されておシ、制御用モータ１Ｉ４ｔによりて送りねじ
ダλに回転運動が与えられると、マスク載置台Ｉｌｔ／
はＸガイトゲ！に涜って移動する。ＸガイドＩｌりは部
材グ６と一体構造をなしており、制御用モータ４ｔりは
送りねじ４ｔ２の支持軸受ｔ１７とともに、上記一体構
造に固定されている。ここで便宜上、マスク載置台り／
をＸ方向に移動させるための構成部品、すなわち送シね
じグλ、ナツ）４ｔＪ、制御用モータｌ１ｌＩ、Ｘガイ
ドｌ１５．部材弘６等の集合体をＸ移動機構と呼称する
。つぎにマスク載置台Ｉｌ／をＹ方向に駆動するには、
部材１１６ＫＹ送りねじｅｘのナツトゲタを結合し、制
御用モータ５０によって送）ねじグにに回転運動を与え
る。これによりＸ移動機構はＹガイドタフに宿って移動
する。

一方、試料を載置するための試料載置台Ｓ２も、マスク
載置台ｌＩ／と同様にして移動される。すなわち試料載
置台５２にはＸ送りねじ５３のナツトｓｔが結合されて
おシ、制御用モータ５ｊによって送りねじＳ３に回転運
動が与えられると、試料載置台５２はＸガイドｊ乙に沿
りて移動する。また部材５７にＹ送りねじりにのナツト
タデを結合し、制御用モータ６０によって送シねじ５ｇ
に回転運動を与えると、Ｘ移動機構はＹガイド６／に浴
って移動する０マスク載置台４ｔ／と試料載置台５λの
間にはＸ線縮小光学系６λを配置し、マスクパタンの縮
小像を試料上に投影させる。

なお図グにおいては、Ｙ送シねじを部材５７の側方に配
置したが、試料載置台５ユはＳＯＲ光を下方に透過させ
る必要がないので、ナツトｓｙを試料載置台ｊ、２の下
面に固定し、Ｙ送シねじｊにを試料載置台ｊ２の下部に
配置しても、発明の効果にはなんら影響がない。

上記のような構成において、マスク載置台グ／と試料載
置台Ｓａを、例えば／／Ｎ（ただし、／≦Ｎ）の比率で
Ｘ方向へ移動させるには、Ｘ送シねじｌ１２とｊ３の回
転数と送りねじピッチをそれぞれ几１．ｐ１およびＲ１
＋ｐｌとすると Ｒ８・ｐｓ　／Ｒ＋−ｐｔ　−／　／　Ｎ　　　　　　
（２）の関係が成立するように、制御用モータの回転数
と送りねじのピッチを選択すればよい。

なおＹ方向移動についても、Ｙ送シねじ弘にと５ざのそ
れぞれの回転数と送シねじピッチの間に、（２）式と同
様の関係が成立しておれば、Ｘ方向移動のときとまった
く同様の縮小移動が実現できる。

上記で説明してきた縮小移動機構を、線幅／μｍ以下の
バタン転写に適用しようとすると、マスクおよび試料の
Ｘ、Ｙ方向移動には高い運動精度が要求さ″れる。この
ためＸ、　Ｙガイドには、高精度に加工されたすベシ軸
受中ころが〕軸受のほか、機械的な接触部分をもたない
空気軸受部分をもたない空気軸受等の非接触軸受を用い
るのが有効である０またこれに関連して、図グの実施例
で説明した送〕ねじに、たとえば高精度の送シが期待で
きるボールねじを適用すると、不発明の効果が増進され
る。更に、上記のような高精度な移動機構を用いた場合
にも含まれる機械的誤差は、電子ビーム露光装置等で公
知の位置合わせ補正装置の概念と組み合わせれば解決で
きることは言うまでもない。

効果の説明 以上説明したように、本発明によればマスクバタンを・
一定の比率で縮小したのち試料上に投影するため、フレ
ネル回折等の解像力を低下させる要因の効果を減少させ
ることができ、したがって超ム８Ｉの製造に必要な解像
力を十分に達成することが可能となる。

また本発明の付随的な効果としては、ＳＯＢ光を常に静
止させたｔｔ、マスクと試料を相対的に縮小移動させる
ため、従来の揺動ミラーを振って露光領域を拡大させる
方法に比較すると、複雑なミラーの揺動制御が不要とな
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

図／は従来のＳＯＲリングラフィの一実施例、図２は本
発明の原理を示す図、図３および図りは、本発明装置の
中でマスクと試料を縮小移動させるための機構の実施例
を示す斜視図である。 ／・・・電子の閉軌道、ｕ、　ｉ、／／、λｊ・・・８
０Ｂ光、３・・・集光ミラー、グ・・・揺動ミラー、！
・・・８０Ｒ光の走査方向、６．／λ・・・マスク、７
・・・露光領域、Ｉ、／３・・・試料、／グ、λ７，６
λ・・・Ｘ線縮小光学系、２／、グ／−・・マスク載置
台、２２．コｊ。 ４ｔｊ、ｊｌｚ・−・Ｘガイド、２３．２＆、ｊ／、Ａ
／・・・Ｙガイド１，２Ｑ、ｊλ・・・試料載置台、λ
ｇ、λダ°°ラック、３θ　３／・・・歯車、ｊ、２ａ
・・・駆動歯車、Ｊ　２　ｂ−・・従動歯車、Ｊ　３．
　３　？、　ｊＯ，’１ｌｌｔ、！；ｊ、　６θ・・・
制御用モータ、３１１，３！・・・駆動ロッド、３６・
・駆動レバー、３７・・・球面軸受、３１・・・回転円
板。 ’１２．に３−Ｘ送りねじ、４１３．１７９．３’１．
、ｊｆｆ・・ナツト、ＩＩ４．５７・・・部材、ｑに、
ｊｆｆ・・・Ｙ送りねじ、ｊ／、ｌｈ／・・・Ｙガイド
。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｘ線源から発生するＸ線をマスク上に照射し、マ
   スク上の図形をＸ線縮小光学系によって試料上に投影露
   光する露光装置において、マスクと試料の移動距離の比
   が、上記Ｘ線縮小光学系の縮小比と等しくなるように、
   マスクと試料を並進移動させる機構を具備したことを特
   徴とする露光装置。
2. （２）マスクと試料を並進移動させる機構が移動距離の
   比に合致した歯数比を有する歯車列と、該歯車列にかみ
   合ったラックとからなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の露光装置。
3. （３）マスクと試料を並進移動させる機構が移動距離の
   比に合致したてこ比を有するてこからなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の露光装置。
4. （４）マスクと試料を並進移動させる機構が送りねじを
   具備し、かつマスクを駆動する送りねじのピッチをｐ＿
   １、回転数をＲ＿１、試料を駆動する送りねじのピッチ
   をｐ＿２、回転数をＲ＿２とするとき、（Ｒ＿２・ｐ＿
   ２／Ｒ＿１・ｐ＿１）が縮小光学系の縮小比に合致して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の露光
   装置。