JPS62150719A

JPS62150719A - パタ−ン転写装置

Info

Publication number: JPS62150719A
Application number: JP60291326A
Authority: JP
Inventors: Kazumichi Omura; 大村　八通
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-12-24
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1987-07-04

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、半導体ウェハに微細なパターンを転写するパ
ターン転写装置に係わり、特に放射光による露光の如く
転写用マスクが真空乃至減圧下で使用される場合に有効
なパターン転写装置に関する。

〔発明の技術的背蹟とその問題点〕

近年、半導体素子が微細化されるに伴い、その製造プロ
セスには光りソグラフィに代わってＸ線リソグラフィが
用いられる可能性が高まっている。

Ｘ線リソグラフィにおけるＸ線源としては、通常のｘｍ
管やシンクロトロン源等があるが、特に優者は前者に比
し、スループットが逃かに高いこと、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。

シンクロトロン等による放射光は超高真空中の電子流か
ら放射されるが、パターン転写用マスクをウェハ上に近
接させてレジストを露光する場所（露光室）では、大気
圧か或いは真空乃至減圧雰囲気である。露光室が大気圧
の場合、超高真空の放射光源側と隔てるための十分に厚
い放射光取出し窓が必要である。放射光の吸収が少ない
ようにこの窓は、原子番号の小ざい元素からなる、例え
ばＢｅや有機カプトン膜が用いられているが、圧力破壊
を防止するためには十分な安全係数を見込んだ厚い膜と
せざるを得ない。従って、この膜厚による放射光の吸収
が大きくなり、放射光の強度を減衰させてしまう。

そこで、露光室を真空若しくは減圧雰囲気とすることに
より、放射光源側と露光室側との圧力差を少なくし、窓
を薄くすることが考えられる。実際、このような場合で
は、露光室の低真空側から放射光の超高真空側へのリー
クを抑えるだけでよく、窓を薄く且つ大きく形成するこ
とが可能である。

しかしながら、このような放射光取出し窓についての利
点にも拘らず、真空露光室では、次のような問題を招い
た。即ち、放射光照射により転写用マスクの温度が上昇
すると云うことである。そして、転写用マスクの温度上
昇が生じると、マスク膜の不均一な伸縮が生じ、転写パ
ターンの歪みをもたらす。ここで、転写用マスクはＸ線
吸収の少ない薄膜とＸ線を吸収して透過を遮る重金属吸
収体からなるが、強い放射光照射によりエネルギーを吸
収し、周辺への熱伝導、マスク面からの熱輻射、更に雰
囲気中であれば雰囲気への熱伝導。

対流によりこのエネルギーを放出する。上記のうち雰囲
気への熱伝達が最も効果的であるため、大気中ではマス
クの温度上昇は極めて少ないパ、真空若しくは減圧雰囲
気では容易に温度が上昇し、その結果パターン歪みが生
じることになる。

なお、上記の温度上昇を避けるには、放射光強度を弱め
るか途中にフィルター等を配置し、マスクへの照射量を
下げるしかないが、この場合露光スループットが低下す
る。また、上記の問題は、放射光によるパターン転写装
置に限るものではなく、イオンビーム等を用いて真空中
でパターン転写を行う装置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、真空或いは減圧雰囲気におけるパター
ン転写を、強度の大きなエネルギービームを用いて行う
ことができ、且つ転写用マスクの温度上昇に起因するパ
ターン歪みを防止することができ、スループットの向上
をはかり得るパターン転写装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、転写用マスクを複数個用い、エネルギ
ービームの照射により温度上昇したマスクを放熱してい
る間に他のマスクを用いて転写を行うことにある。

即ち本発明は、転写用マスクにエネルギービームを照射
し、転写用マスクのパターンを該マスクに対向配置され
た試料上に転写するパターン転写装置において、前記試
料及び少なくとも２枚の同種或いは異種の転写用マスク
を収容する真空容器と、この容器内を減圧下或いは真空
下に保持する手段と、前記複数の転写用マスクのうち十
分冷却されているマスクを逐次選択し、該選択したマス
クを上記試料と対向配置せしめる手段とを設けるように
したものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、同種或いは異積の転写マスクを２個以
上保有し、１回若しくは少数回の露光後、そのマスクの
温度上昇に応じて別のマスクの露光に切換え、露光後の
マスクを十分に放熱せしめてから再使用することにより
、エネルギービームの強度を十分大きくすることができ
、且つマスクの温度上昇によるパターン歪みを未然に防
止することができる。従って、転写スルーブツト及び転
写精度の向上をはかり得る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の一実施例に係わる
パターン転写装置の要部構成を示すもので、第１図は縦
断面図、第２図は横断面図である。

図中１１は露光室を形成する真空容器であり、この容器
１１内は図示しない真空ポンプ等により１０°３［Ｐａ
］程度に真空排気されている。容器１１内には、半導体
ウェハ（試料）１２を載置した試料ステージ１３が収容
されている。このステージ１３はＸ方向及びＹ方向に移
動可能な構造となっている。ステージ１３の上方には、
４つの転写用マスク１４（１４１，〜、１４４）を保持
したマスクホルダー１５（１５ｒ、〜、１５４）が配置
される。マスク１４のパターンは、同種或いは異種であ
ってもよい。マスクホルダー１５は圧電部材であるピエ
ゾ素子等を備え、マスク１４の微小変位を補正できるも
のである。マスクホルダー１５は、容器１１の４つの側
壁を貫通した４本のアーム１６（１６１，〜、１６４）
の先端にそれぞれ接続されている。そして、アーム１６
の移動により、マスク１４はウェハ１２に対向する露ソ
Ｃ位置とウェハ１２から離れた待機位置との間を移動す
るものとなっている。

容器１１の上壁の中央部には放射光透過窓１７が設けら
れており、この窓１７を介して侵述する・放射光源側か
ら容器１１内にＸ線ビーム（放射光）１９が導入される
。このＸ線ビーム１９がウェハ１２と対向配置された転
写用マスク１４のいずれかに照射され、該マスクのパタ
ーンがウェハ１２上のレジスト等に転写されるものとな
っている。

なお、図中２１はステージ位置を測定するレーザ干渉系
、２２はマスク位置を測定するレーザ干渉系、２３は反
射ミラー、２４．２５は光透過窓をそれぞれ示している
。

一方、放射光源側は第３図に示す如くシンクロトロン（
ＳＲ）３１．　反ｔＮミラー３２．＠ｌ）１ｍ構３３、
真空ポンプ３４．ビームラインを形成する筒体１８及び
放射光透過窓１７等から構成されている。ＳＲ３１から
のＸ線ビームは反射ミラー３２により反射され放射光透
過窓１７を透過して前記容器１１内に導かれる。反射ミ
ラー３２は振動機構３３により水平軸に関して微小回転
するものとなっており、この回転により露光部の垂直方
向に均一照射を可能とする。また、ｘｓｉビーム１９は
水平方向には十分均一な光束であり、水平方向の走査は
不要である。放射光透過窓１７は厚さ２［μｍ］の［３
ｅと厚さ２［μｍ］のポリイミドとの２層膜から形成さ
れている。

次に、上記装置を用いたパターン転写方法について説明
する。

試料としてのウェハ１２は、８インチ系のシリコンウェ
ハであり、２　［ｔ７Ｒ］　Ｘ２　［ｃ！ｎｌの露光領
域で１７列、横７行の合計４９個の露光を行い、ウェハ
円に内接する正方形領域を覆った。２［Ｃｍ］×２［ｃ
ｒｎ］の領域の露光毎にステージ１３が移動し、隣の領
域がビーム位置に来るようにした。ステージ位置精度は
レーザ干渉系２１で制御した。

マスク１４は２インチ径のシリコンウェハに形成された
もので、ＳｉＮ等の透明な無１１膜上にＡｕ等のＸ線吸
収パターンが形成されている。シリコンウェハは中心部
が２５　［８］　Ｘ　２５　［Ｍ］にエツチング除去さ
れて放射光が透過するようになっている。マスク１４の
アライメントはレーザ光により光学的に行い、マスク１
４の微小変位はマスクホルダー１５に設けたピエゾ素子
を用いて補正する。

まず、アーム１６＋を容器１１内に伸長し、マスク１４
１をウェハ１２に対向配置した。他のアーム１６２．１
６３．１６４は縮長し、マスク１４２．１４３．１４４
はいずれも待機位置に保持しておく。この状態で、マス
ク１４１にＸＷＡビーム１９を照射し、パターン転写を
行った。Ｘ線ビーム１９は水平幅２４［ＩＩｒＩＲ］、
垂直幅約１０［ＩＭｎ］、強度は２００［ｓＷ／ｃＩＩ
ｉ２］であった。

反射ミラー３２の微小回転により、往復１回１秒走査を
８回行って、２［ｃａ＋］ｘ２［α］領領域レジストを
露光した。・露光後、Ｘ線ビーム１９は遮断され、露光
に用いたマスク１４１はアーム１６１の縮長により待機
位置に移動する。代わって、アーム１６２が伸びて、そ
のマスク１４２を露光位置にもたらす。この間、ステー
ジ１３は次の２　［ｃａ＋］　Ｘ　２　［ｃｍ］　ｍ域
が露光位置に来るように移動しておく。この侵、前述の
アライメントと露光が行われる。

ここで、前の露光が終了してから次の露光が行われるま
でに４秒経過する。アーム１６は４本あるので、この操
作を繰返し行うと、一つのマスク１４について露光後洗
の露光までの４０秒間は、Ｘ線ビーム１つの照射もなく
、また数［μｍ］に密接してシリコンウェハもない状態
となる。従って、Ｘ線ビーム照射によって温度上昇した
マスク′１４は、次に使用されるまでには十分冷却され
ることになる。この結果、ウェハ全体に厘り、最小線幅
０．２５　Ｃμ而面のパターンが０．０５しμｍ］の位
置精度で露光された。

一方、単一のマスクで上記と同様の条件で露光した場合
、０．０５［μｍ］の位置精度を得るためには、１回の
露光俊次の露光まで約４５秒の間隔を必要とした。また
、単一マスクの場合、−領域露光後、ウェハの移動とマ
スクのアライメントに２．５秒を要したが、この間隔で
露光を続けるためには、放射光強度を約１／８以下にし
ないと上記の位置精度は得られなかった。

上記の例はいづれも真空中においてマスク１４がＸ線ビ
ーム１９の照射により温度上昇し、パターンの変位を生
じることを示すものである。従って、本実施例のように
、多数のマスクを順次使用することにより、マスクへの
熱量の蓄積を抑え、十分な放熱を行うことができる。露
光スループットは、実施例、単一マスク及び単一マスク
で放射光強度を１／８にした場合を比較すると、−露尤
領域当たりそれぞれ１２秒、５７秒、６４秒となった。

このように本実施例によれば、容器１１内に複数個配置
したマスク１４を順次用いることにより、ＸＩＱビーム
１９の照射により温度上昇を生じたマスク１４を次の転
写の際には十分冷却された状態で使用することができる
。このため、Ｘ線ビーム１９の強度を強くしてもマスク
１４の温度上昇に起因する転写パターンの歪み発生を未
然に防止することができる。従って、Ｘ線ビーム１９の
強度を有効に活用することができ、高いスルーブツト。

で高精度の転写を行うことができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記容器内にｌＩｉ！置する転写用マスク
の数は４個に限るものでなく、２個以上であればよい。

ざらに、アームの数はマスクの数に応じて定めればよい
。また、放射光の強度やマスク構造によっては、同一マ
スクで２領域以上を露光することも可能である。さらに
、転写用マスクは同一パターンを有するものである必要
はなく、異種のパターンを有するものであってもよい。

また、実施例ではｘａ等の放射光を用いてパターン転写
する例を説明したが、ステンシルマスクやチャネリング
マスクを用いたイオンビーム転写に適用することも可能
である。つまり、真空或いは減圧雰囲気内でマスクのパ
ターンを試料上に転写する各種の転写装置に適用するこ
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図及び第２図はそれぞれ本発明の一実施例に係わる
パターン転写装置の要部構成を示すもので第１図は縦断
面図、第２図は横断面図、第３図は上記装置に用いたｔ
Ｉｉ射光源側を示す概略構成図である。１１・・・真空容器、１２・・・ウェハ（試料）、１３
・・・試料ステージ、１４（１４１，〜、１４４）・・
・転写用マスク、１５（１５１，〜、１５４）・・・マ
スクホルダー、１６（１６１，〜、１６４）・・・アー
ム、１７・・・放射光透過窓、１８・・・筒体、１９・
・・Ｘ線ビーム（放射光）、２１．２２・・・レーザ干
渉系、３１・・・シンクロトロン、３２・・・反射ミラ
ー、３３・・・振動機構、３４・・・真空ポンプ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）転写用マスクにエネルギービームを照射し、転写
用マスクのパターンを該マスクに対向配置された試料上
に転写するパターン転写装置において、前記試料及び少
なくとも２枚の同種或いは異種の転写用マスクを収容す
る真空容器と、この容器内を減圧下或いは真空下に保持
する手段と、前記複数の転写用マスクのうち十分冷却さ
れているマスクを逐次選択し、該選択したマスクを上記
試料と対向配置せしめる手段とを具備してなることを特
徴とするパターン転写装置。
（２）前記エネルギービームとして、放射光を用いたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のパターン転
写装置。