JPS6350853B2 - - Google Patents

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JPS6350853B2
JPS6350853B2 JP58061737A JP6173783A JPS6350853B2 JP S6350853 B2 JPS6350853 B2 JP S6350853B2 JP 58061737 A JP58061737 A JP 58061737A JP 6173783 A JP6173783 A JP 6173783A JP S6350853 B2 JPS6350853 B2 JP S6350853B2
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JP
Japan
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exposure
wafer
ray
mask
exposure chamber
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JP58061737A
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JPS59188123A (en
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Koichi Okada
Hisao Izawa
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Nikon Corp
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Nippon Kogaku KK
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はX線露光装置、特に1μm以下の微細
パターンを複写することができるX線リソグラフ
イに用いられるX線露光装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an X-ray exposure apparatus, and particularly to an X-ray exposure apparatus used in X-ray lithography capable of copying fine patterns of 1 μm or less.

軟X線を用いたX線リソグラフイによれば高解
像度パターンの複写が可能であることがエレクト
ロニクス・レターズ(Electronics Letters)第
8巻第4号第102〜104頁(1972年)に発表されて
以来、X線リソグラフイに関する研究が精力的に
進められている。
It was announced in Electronics Letters, Vol. 8, No. 4, pp. 102-104 (1972) that high-resolution patterns can be copied using X-ray lithography using soft X-rays. Since then, research on X-ray lithography has been vigorously pursued.

X線リソグラフイに用いる従来のX線露光装置
を第1図に示す。10-6Torr程度の高真空に排気
された管球部1中に金属のターゲツト2があり、
電子ビーム照射によりターゲツトから発生した軟
X線3がX線取出し窓4を通して管球外に取出さ
れる。大気の雰囲気に存るX線マスク5及びレジ
ストの塗布されたウエハー6が、前記軟X線3に
よつて照射される。X線マスク5はマスク固定機
7に、ウエハー6はウエハーステージ8に設定さ
れる。
A conventional X-ray exposure apparatus used in X-ray lithography is shown in FIG. There is a metal target 2 in the tube section 1 which is evacuated to a high vacuum of about 10 -6 Torr.
Soft X-rays 3 generated from the target by electron beam irradiation are extracted out of the tube through an X-ray extraction window 4. The X-ray mask 5 and the resist-coated wafer 6, which are in the atmosphere, are irradiated with the soft X-rays 3. The X-ray mask 5 is set on a mask fixing device 7, and the wafer 6 is set on a wafer stage 8.

ところで、このような装置は構成上一つの問題
点を有している。それは、X線マスク及びウエハ
ーが大気中に設定されていることである。この大
気中露光方式は、装置構成が比較的容易なこと、
操作性に優れていること等の特徴を有してはいる
が、X線露光においては、実は重要な問題をはら
んでいる。X線露光における最大の課題はスルー
プツトの向上である。このスループツトの向上に
おいて高感度X線レジストの果す役割は極めて大
である。X線レジストに対する要請としては、約
10mJ/cm2以下の極めて高感度が要求される。将来
動向も含めて、この要求の実現は、容易には到達
されないと思われる。現時点で得られている最高
感度はネガレジストでは、PGMA(東京応化)、
SEL―N(ソマール工業)等において約30mJ/cm2
ポジレジストでは、FBM・FPM(ダイキン工業)
等において約50mJ/cm2である。上記の高感度に対
する要求を満たしながら、サブミクロン領域の高
解像度、適当な耐ドライエツチング性をも合わせ
て要求することになるので、本課題の実現は容易
ではない。ところで、ネガレジストの方がポジレ
ジストに比較して一般に高感度であることは、レ
ジスト開発当事者にとつてよく知られた事実であ
る。従つて、高感度X線レジストの開発は、主と
してネガレジストにおいて為されると考えるのが
自然である。本発明者も、この事を予期してX線
露光におけるネガレジストの評価を一貫して研究
してきた。しかし、ネガレジストは一つの大きな
問題点を有している。それは、ネガレジストは露
光雰囲気の影響を受けやすいということである。
特に大気中露光における酸素がネガレジストの架
橋反応を減退させることは、一般によく知られた
事実である。本発明者も、PGMA等を用いてこ
の点を確認しており、酸素が存在すると、
PGMAの架橋反応、すなわち感度は著しく低化
する。
However, such a device has one problem in its configuration. That is, the X-ray mask and wafer are set in the atmosphere. This atmospheric exposure method has relatively simple equipment configuration;
Although it has features such as excellent operability, it actually has important problems in X-ray exposure. The biggest challenge in X-ray exposure is improving throughput. High-sensitivity X-ray resists play an extremely important role in improving this throughput. The requirements for X-ray resist are approximately
Extremely high sensitivity of 10mJ/cm 2 or less is required. Considering future trends, it seems that this requirement will not be easily achieved. The highest sensitivity currently available for negative resists is PGMA (Tokyo Ohka),
Approximately 30mJ/cm 2 in SEL-N (Somar Kogyo) etc.
For positive resists, FBM/FPM (Daikin Industries)
etc. is approximately 50 mJ/cm 2 . Achieving this objective is not easy because, while satisfying the above-mentioned requirement for high sensitivity, high resolution in the submicron range and appropriate dry etching resistance are also required. Incidentally, it is a well-known fact among those involved in resist development that negative resists generally have higher sensitivity than positive resists. Therefore, it is natural to think that the development of high-sensitivity X-ray resists will mainly be done with negative resists. Anticipating this, the present inventor has also consistently studied the evaluation of negative resists in X-ray exposure. However, negative resists have one major problem. That is, negative resists are easily affected by the exposure atmosphere.
It is a generally well-known fact that oxygen, especially during atmospheric exposure, reduces the crosslinking reaction of negative resists. The present inventor has also confirmed this point using PGMA etc., and when oxygen is present,
The cross-linking reaction of PGMA, ie, the sensitivity, is significantly reduced.

第1図の従来技術においては、大気中露光方式
は装置構成上欠くことのできない点であり、前述
の問題点を解決することは不可能である。
In the prior art shown in FIG. 1, the atmospheric exposure method is an essential part of the apparatus configuration, and it is impossible to solve the above-mentioned problems.

本発明の目的は、このような従来の問題点を除
去して高感度X線ネガレジストを適用ならしめ、
スループツトの向上を期待できる新規な構造を有
するX線露光装置を提供することにある。
The purpose of the present invention is to eliminate such conventional problems and apply a high-sensitivity X-ray negative resist,
An object of the present invention is to provide an X-ray exposure apparatus having a novel structure that can be expected to improve throughput.

本発明の骨子は、X線マスクと露光ウエハーと
の間の空間が圧力2気圧以下の組成成分が制御さ
れた気体によつて満たされている点にある。
The gist of the present invention is that the space between the X-ray mask and the exposure wafer is filled with a gas whose composition is controlled and whose pressure is 2 atmospheres or less.

以下本発明について実施例を示す図面を参照し
て説明する。第2図は、本発明の一実施例の概略
断面図で、X線露光装置構成図を示している。管
球部1のX線取出し窓4から放射された軟X線3
は大気9を通してX線マスク5上に照射される点
は第1図と同じである。新規の構成を以下に説明
する。X線マスク5にほぼ接近した位置にシヤツ
タ10が設けられる。前記シヤツタを真空密閉構
造の一部とした露光チヤンバ11を、適当な真空
排気系を用いて真空排気12する。10-1
10-2Torrの真空排気が行われた後、ガス導入口
13から組成成分を制御した気体14を導入す
る。最終的に露光チヤンバ内の圧力が大気圧より
やや大きな圧力になるように設定される。露光チ
ヤンバのリークに相応するように、常に適当の気
体がチヤンバ内に導入される。ウエハー自動送り
機構15(一部のみ図示)は露光チヤンバ11内
のウエハーステージ8へ所定の時間間隔でウエハ
ー6を供給でき、また露光の終了したウエハーを
ウエハーステージから受け取り、露光チヤンバの
外へ取り出すことができる。
The present invention will be described below with reference to drawings showing embodiments. FIG. 2 is a schematic sectional view of an embodiment of the present invention, showing a configuration diagram of an X-ray exposure apparatus. Soft X-rays 3 emitted from the X-ray extraction window 4 of the tube section 1
The same point as in FIG. 1 is that the beam is irradiated onto the X-ray mask 5 through the atmosphere 9. The new configuration will be explained below. A shutter 10 is provided at a position substantially close to the X-ray mask 5. The exposure chamber 11 in which the shutter is part of a vacuum-sealed structure is evacuated 12 using a suitable evacuation system. 10 -1 ~
After evacuation to 10 -2 Torr is performed, a gas 14 whose composition is controlled is introduced from the gas introduction port 13 . Finally, the pressure inside the exposure chamber is set to be slightly higher than atmospheric pressure. Appropriate gas is always introduced into the chamber to account for leakage in the exposure chamber. The automatic wafer feeding mechanism 15 (only a portion shown) can supply the wafer 6 to the wafer stage 8 in the exposure chamber 11 at predetermined time intervals, and also receives the exposed wafer from the wafer stage and takes it out of the exposure chamber. be able to.

露光チヤンバ11へのウエハー6の送入時、お
よび露光チヤンバからのウエハーの取り出し時に
は、自動開閉器16が開き、ウエハー自動送り機
構15の一部または全部が露光チヤンバ内へ入り
込み、ウエハー受渡し位置15′へ移動する。ま
たウエハーステージ8もウエハー受渡し位置8′
へ移動してウエハーの受渡しを行なう。このとき
ウエハーステージ8の一部または全部が露光チヤ
ンバ11の外へ出ることによりウエハー6の受渡
しを行なつても良い。露光チヤンバ内は大気より
陽圧になつているので空気がチヤンバ内に混入す
ることはない。シヤツタ10は、真空排気の際の
大気圧に耐えてX線マスク5を保護する役目を果
すが、露光チヤンバ内が適当な気体14で十分満
たされ、1気圧よりやや陽圧となつたら、該シヤ
ツタ10は開の状態になり、X線マスク5が露光
チヤンバの密閉構造の一部となるよう組込まれ
る。このシヤツタは密光時には少なくとも開いて
いなければならない。シヤツタを開けたあとマス
クとウエハーを数十μmに近づけて露光する。X
線マスク自体の耐圧は、通常は0.1〜0.2気圧位で
あり、この場合には前述のシヤツタが是非必要で
ある。また本発明者の所属機関において3〜4μ
m厚のSi薄膜では1気圧程度の耐圧があることが
確かめられており、さらに新たなX線マスク基板
材料が開発されれば1〜2気圧の耐圧を得る可能
性は有る。しかし、長期的X線マスクの使用にお
ける該マスクの保護のためには、前述のシヤツタ
は必要である。また大気中露光においてひどく感
度の低下するネガレジストを用いる場合、露光チ
ヤンバ内に送入される気体としては、例えばHe
(ヘリウム)、N2(窒素)等レジストに対して不活
性な気体を用いればよい。これらの気体を用いた
場合に、ネガレジストの感度の低下が無いことは
本発明者は確認している。
When the wafer 6 is transferred to the exposure chamber 11 and when the wafer is removed from the exposure chamber, the automatic opener 16 opens, and a part or all of the automatic wafer feeding mechanism 15 enters the exposure chamber, and the wafer transfer position 15 is opened. Move to '. The wafer stage 8 is also at the wafer transfer position 8'.
and transfer the wafers. At this time, part or all of the wafer stage 8 may move out of the exposure chamber 11 to transfer the wafer 6. Since the pressure inside the exposure chamber is more positive than that of the atmosphere, air does not get mixed into the chamber. The shutter 10 plays the role of protecting the X-ray mask 5 by withstanding the atmospheric pressure during evacuation, but once the exposure chamber is sufficiently filled with an appropriate gas 14 and the pressure is slightly more positive than 1 atm. The shutter 10 is opened and the X-ray mask 5 is installed so that it becomes part of the sealed structure of the exposure chamber. This shutter must be open at least in low light. After opening the shutter, the mask and wafer are brought close to each other by several tens of micrometers and exposed. X
The pressure resistance of the line mask itself is usually 0.1 to 0.2 atmospheres, and in this case, the above-mentioned shutter is absolutely necessary. In addition, at the institution to which the present inventor belongs, 3 to 4μ
It has been confirmed that a Si thin film with a thickness of m has a withstand pressure of about 1 atm, and if a new X-ray mask substrate material is developed, it is possible to obtain a withstand pressure of 1 to 2 atm. However, for the protection of the X-ray mask during long-term use, the aforementioned shutter is necessary. Furthermore, when using a negative resist whose sensitivity is severely degraded when exposed to air, the gas introduced into the exposure chamber may be Helium, for example.
(helium), N 2 (nitrogen), or other gas inert to the resist may be used. The inventor has confirmed that when these gases are used, there is no decrease in the sensitivity of the negative resist.

以上述べたように、新規の構造を採用すると、
大気中露光の弊害を避けて適当な気体成分の露光
雰囲気が得られ、前述の問題点は解決する。さら
には、露光チヤンバ内への連続ウエハー送り機構
によつて自動連続露光が可能となり、本発明の目
的は達成される。
As mentioned above, when a new structure is adopted,
An exposure atmosphere with appropriate gas components can be obtained while avoiding the adverse effects of exposure in the atmosphere, and the above-mentioned problems can be solved. Further, the continuous wafer feeding mechanism into the exposure chamber allows automatic continuous exposure, thereby achieving the objects of the present invention.

第3図は、本発明の他の実施例の概略断面図
で、X線露光装置構成図を示している。自動開閉
シヤツタ10が設けられている点までは第2図と
同様である。本構成では、該シヤツタ10、シヤ
ツタ保持機構17、ウエハーステージ8及び寸法
変位が容易なシール機構18とによつて真空密閉
空間19が形成される。ウエハーステージの一部
における真空排気12によつて真空排気された後
に、シヤツタ保持機構の一部における気体導入口
13から適当な気体14が導入され、真空密閉空
間内が1気圧よりやや陽圧に保たれ、シヤツタ1
0が開の状態になり、X線マスク5が前記露光空
間を形成する構造の一部となる。ウエハー上下機
構20はウエハー6をウエハー自動送り機構15
との間で受渡しを行ない、かつX線マスク5とウ
エハーの間隔を位置合せ及び露光時に所定の距離
に設定するために使用する。ウエハー6はウエハ
ー自動送り機構15によつてウエハーステージ8
の一部に設けられた自動開閉器16の場所から、
露光空間19のウエハー受渡し位置15′まで送
入される。このときウエハー上下機構20はあら
かじめウエハー受渡し位20′まで下降しており、
ウエハーの受渡しを行なう。ウエハーの受渡しが
完了すると、ウエハー自動送り機構15は露光空
間の外へ退避し、自動開閉器16が閉じ露光空間
が密閉される。次にウエハー上下機構が20の位置
へ上昇し、X線マスク5とウエハー6の間隔を所
定の距離に設定し、次に位置合わせと露光が行な
われる。露光後のウエハー6の取り出しは上記と
逆の手順によつて行なわれる。本構成によつても
本発明の目的が達成される。
FIG. 3 is a schematic sectional view of another embodiment of the present invention, showing a configuration diagram of an X-ray exposure apparatus. It is the same as in FIG. 2 up to the point that an automatic opening/closing shutter 10 is provided. In this configuration, a vacuum sealed space 19 is formed by the shutter 10, the shutter holding mechanism 17, the wafer stage 8, and the sealing mechanism 18 whose dimensions can be easily changed. After a part of the wafer stage is evacuated by a vacuum pump 12, an appropriate gas 14 is introduced from a gas inlet 13 in a part of the shutter holding mechanism, and the inside of the vacuum sealed space becomes slightly more positive than 1 atmosphere. Save, Shyatsuta 1
0 is in the open state, and the X-ray mask 5 becomes part of the structure forming the exposure space. The wafer up/down mechanism 20 moves the wafer 6 to the wafer automatic feeding mechanism 15
It is used to transfer between the X-ray mask 5 and the wafer, and to set the distance between the X-ray mask 5 and the wafer to a predetermined distance during alignment and exposure. The wafer 6 is transferred to the wafer stage 8 by the wafer automatic feeding mechanism 15.
From the location of the automatic switch 16 provided in a part of
The wafer is delivered to the wafer transfer position 15' in the exposure space 19. At this time, the wafer up/down mechanism 20 has been lowered to the wafer transfer position 20',
Hands over wafers. When the wafer transfer is completed, the automatic wafer feeding mechanism 15 is retracted out of the exposure space, the automatic switch 16 is closed, and the exposure space is sealed. Next, the wafer up-and-down mechanism moves up to position 20, and the interval between the X-ray mask 5 and the wafer 6 is set to a predetermined distance, and then positioning and exposure are performed. After exposure, the wafer 6 is taken out by the reverse procedure to the above. This configuration also achieves the object of the present invention.

露光空間内に送入される気体については、酸素
の含有量が1%以下に制御されていることが重要
である。これ以上酸素が含まれていると露光感度
の低下をひきおこす。前述のHe、N2に限るわけ
ではなく、Ar(アルゴン)でもよい。使うレジス
トの種類によつてはレジストパターンの形状を良
くするため少量のO2を添加した不活性ガスを用
いる場合もある。このように様々の組合せが本発
明の範囲内に含まれる。
Regarding the gas introduced into the exposure space, it is important that the oxygen content is controlled to 1% or less. If more oxygen is contained, exposure sensitivity will decrease. The material is not limited to the aforementioned He and N2 , but may also be Ar (argon). Depending on the type of resist used, an inert gas containing a small amount of O 2 may be used to improve the shape of the resist pattern. Thus, various combinations are included within the scope of the present invention.

また前記2つの実施例において、真空排気した
後に適当な気体を置換する例を示したが、真空排
気をせずに適当な気体のみを必要な時間だけ露光
空間に送入して目的とする露光雰囲気を得ること
も本発明の範囲内に含まれる。即ち露光チヤンバ
を密閉構造にする必要は必ずしもない。その際は
露光空間の圧力制御が重要となる。
In addition, in the above two embodiments, an example was shown in which an appropriate gas is replaced after evacuation, but it is also possible to deliver only an appropriate gas into the exposure space for the necessary time without evacuation to achieve the desired exposure. Obtaining an atmosphere is also within the scope of the invention. That is, it is not necessarily necessary to make the exposure chamber a sealed structure. In this case, pressure control in the exposure space is important.

以上述べたように、本発明によれば、X線マス
クと露光ウエハーとの間の露光雰囲気に組成成分
を制御した気体を容易に得ることができ、最終的
に露光ウエハーのスループツトの向上につながる
実用的なX線露光装置を達成することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to easily obtain a gas whose composition is controlled in the exposure atmosphere between the X-ray mask and the exposed wafer, which ultimately leads to an improvement in the throughput of exposed wafers. A practical X-ray exposure device can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のX線露光装置の概略断面図、第
2図、第3図は本発明の一実施例を示すX線露光
装置の概略断面図である。 1…管球部、2…金属ターゲツト、3…軟X
線、4…X線取出し窓、5…X線マスク、6,
6′…ウエハー、7…マスク固定機構、8…ウエ
ハーステージ(露光位置)、8′…ウエハーステー
ジ(ウエハー受渡し位置)、9…大気、10…シ
ヤツタ、11…露光チヤンバ、12…真空排気、
13…気体導入口、14…気体、15…ウエハー
自動送り機構(退避位置)、15′…ウエハー自動
送り機構(ウエハー受渡し位置)、16…自動開
閉器、17…シヤツタ保持機構、18…シール機
構、19…露光空間、20…ウエハー上下機構
(露光位置)、20′…ウエハー上下機構(ウエハ
ー受渡し位置)、21…ウエハーステージの移動
を示す矢印、22…ウエハー自動送り機構の移動
を示す矢印、23…ウエハー上下機構の移動を示
す矢印。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a conventional X-ray exposure apparatus, and FIGS. 2 and 3 are schematic sectional views of an X-ray exposure apparatus showing an embodiment of the present invention. 1...Tube part, 2...Metal target, 3...Soft X
line, 4...X-ray extraction window, 5...X-ray mask, 6,
6'... Wafer, 7... Mask fixing mechanism, 8... Wafer stage (exposure position), 8'... Wafer stage (wafer delivery position), 9... Atmosphere, 10... Shutter, 11... Exposure chamber, 12... Vacuum exhaust,
13...Gas inlet, 14...Gas, 15...Wafer automatic feeding mechanism (retreat position), 15'...Wafer automatic feeding mechanism (wafer delivery position), 16...Automatic switch, 17...Shutter holding mechanism, 18...Seal mechanism , 19... Exposure space, 20... Wafer up/down mechanism (exposure position), 20'... Wafer up/down mechanism (wafer delivery position), 21... Arrow indicating movement of the wafer stage, 22... Arrow indicating movement of the wafer automatic feeding mechanism. 23...Arrow indicating movement of the wafer up/down mechanism.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 X線マスクにX線を照射するX線源と、ウエ
ハを載置するウエハーステージと、該ウエハース
テージを含み前記X線マスクと前記ウエハーステ
ージとにはさまれた部分に開孔を有する露光室と
を備えたX線露光装置において、前記X線マスク
を保持するとともに、前記マスクと共同して前記
露光室の開孔をほぼ密閉するように構成されたマ
スク保持部材と;前記X線マスクと前記ウエハー
ステージとの間に設けられ、前記露光室の開孔を
開閉するシヤツターと;該シヤツターが閉成して
いるとき前記露光室内を減圧させる排気手段と;
前記露光室に成分制御された気体を供給するため
の気体供給手段とを有し、前記露光室内の気体の
圧力が外気よりもわずかに陽圧になつたとき、前
記シヤツターを開放して前記X線マスクが前記露
光室内空間を外気から分離する構造としたとこを
特徴とするX線露光装置。
1. An X-ray source that irradiates an X-ray mask with X-rays, a wafer stage on which a wafer is placed, and an exposure device having an opening in a portion including the wafer stage and sandwiched between the X-ray mask and the wafer stage. an X-ray exposure apparatus comprising: a mask holding member configured to hold the X-ray mask and substantially seal an opening in the exposure chamber in cooperation with the mask; and a shutter provided between the wafer stage and the opening of the exposure chamber for opening and closing an opening in the exposure chamber; an exhaust means for reducing the pressure inside the exposure chamber when the shutter is closed;
a gas supply means for supplying gas whose composition is controlled to the exposure chamber, and when the pressure of the gas in the exposure chamber becomes slightly more positive than the outside air, the shutter is opened and the X An X-ray exposure apparatus characterized in that a ray mask has a structure that separates the exposure chamber space from outside air.
JP58061737A 1983-04-08 1983-04-08 X-ray exposure device Granted JPS59188123A (en)

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