JPH01225118A - Ｘ線露光装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体集積回路の微細パターンを軟Ｘ線を用
いてウニへ上に転写形成するＸ線露光装置に関するもの
である。

［発明の背景］ Ｘ線露光装置用Ｘ線源としては、電子線励起によりＸ線
を発生させる管球方式、プラズマから発生するＸ線を利
用するもの、シンクロトロン軌道放射光を利用するもの
などがある。これらのＸ線源はいずれの場合も真空中で
Ｘ線を発生するものである。真空度は管球方式で１０−
６〜１Ｏ−７Ｔｏｒｒ、プラズマ方式では１０　””Ｔ
ｏｒｒ以下、シンクロトロン軌道放射光では１０′−９
〜１０′−１０ＴＯｒｒといった超高真空が要求される
。したがって、Ｘ線源は真空雰囲気室内におかれ、発生
したＸ線をマスク、ウェハ等に照射させる場合、Ｘ線の
透過率の高い材質から成る遮断窓を通して照射している
。そして、また、管球方式やプラズマ方式の線源は０．
１〜数ｆｆ１ＩＩ＋といった大きさであり、また発散光
であることがら半影ぼけを小さくし、露光面積を大きく
するために、Ｘ線源からマスク、ウェハまでの距離を２
００〜５００）と大きくとる必要がある。さらに、シン
クロトロン軌道放射光の場合ではＸ線源とマスク、ウェ
ハの距離は数ｍ以上に及ぶ。この場合、遮断窓からウェ
ハへ至るＸ線透過経路に大気が存在すると、Ｘ線が大気
に吸収され、そのため露光時間が増大し、スループット
の低下を招く。Ｘ線露光装置を産業用装置としてみた場
合、スルーブツトの低下は装置にとって致命的な欠点と
なる。これを解決するため、マスク、ウェハおよび両者
の位置合せ機構は、真空気密な試料収納容器内におかれ
、前記容器内の大気を置換してＸ線の吸収の小さいガス
体（通常ヘリウム（Ｈｅ））を大気圧以下に減圧して満
たす方式が提案されている。また、遮断窓の材料として
Ｘ線に対して透過率の高いベリリウム（Ｂｅ）を用いた
としても、実用的な透過能を得るためには、２０μｍ程
度の薄膜にしなければならない。

従って耐圧の問題が生ずる。管球方式やプラズマ方式で
は発散光であるため、遮断窓をＸ線源に近づければ、そ
れだけ小口径の窓にすることが可能となる。

しかしながら、窓を小さくすれば露光面積が減少する。

Ｘ線の吸収を効率良く防止し、装置を大型化、複雑化す
ることなくＸ線による露光転写可能なＸ線露光装置が望
まれている。

［従来の技術］ 従来のＸ線露光装置の構造は例えば特開昭５４−２４２
６７号公報に開示されている。この従来構造を第６図に
示す。

電子銃１およびターゲット２からなるＸ線源はＸ線源収
納室３内に密封収納される。Ｘ線源収納室３はバルブ１
４を介して高真空ポンプ１９に連結され、内部は１０　
”’Ｔｏｒｒ程度の高真空に保たれる。Ｘ線源収納室３
にはＸ線取出し用の遮断窓３７が設けられている。Ｘ線
の被照射体であるウェハ１１およびマスク１２はウェハ
搭載ステージ９とともにステージ収納室８内に収納され
ている。１０はウェハチャック、１３はマスクチャック
である。ステージ収納室８は鏡筒６を介してＸ線源収納
室３に連結される。ステージ収納室８はバルブ１６を介
して低真空ポンプ２０に連結され、またバルブ１８を介
してヘリウム（Ｈｅ）源に連結されている。

上記構成において、低真空ポンプ２０によりステージ収
納室８内を１０１〜Ｉ　Ｑ−’Ｔｏｒｒ程度まで減圧し
た後、バルブ１８を開いてＨｅを導入してステージ収納
室８内に大気圧より低い状態でＨｅを充填する。電子銃
１から出射した電子ビームはターゲット２を衝撃してＸ
線を発生する。このＸ線は遮断窓３７および鏡筒６を通
してマスク１２およびウェハ１１を照射する。

［発明が解決しようとする問題点］ 前記従来のＸ線露光装置においては、遮断窓３７からウ
ェハ１１までのＸ線透過経路においてＨｅによるＸ線の
吸収が避けられない。したがって、ＨｅによるＸ線の減
衰だけを考えれば、遮断窓３フはマスク１２にできるだ
け近い方が良い。

しかし、たとえ、Ｈｅを減圧して充填しても、ウェハ交
換や、ステージのメンテナンスの際などには遮断窓３７
は大気圧Ｉ　Ｋｇ／　ｃｍ’に耐える必要がある。遮断
窓３７をマスク１２に近付けると、露光面積と同程度の
広さの窓になる。したがって、露光方式をステップ・ア
ンド・リピート方式としても、実用点な露光面積（例え
ば０３０ｍｍ程度）と同じ広さで、大気圧に耐えるのは
非常に困難である。露光面積を小さくして遮断窓３７の
耐圧を充分としても、上記従来例では鏡筒６をＸ線源収
納室３と同じ真空度まで排気しなければならず、排気時
間が長くなる。あるいは排気系が大規模になる等の問題
が生じていた。

［発明の目的］ 本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであっ
て、真空排気系を大型化することなくＸ線の減衰を充分
抑えかつ遮断窓の破損のおそれを減少させたＸ線露光装
置の提供を目的とする。

［実施例］ 第１図は本発明の実施例で管球方式のＸ線露光装置を示
す。第１図において、Ｘ線源である電子銃１とターゲッ
ト２はＸ線源収納室３に収納されている。Ｘ線源収納室
３には第１の遮断窓４が設けられ、これを通して発生し
たＸ線を取出す。Ｘ線源収納室３には鏡筒６が接続され
、さらにステージ収納室８が接続されている。

ステージ収納室８にはマスク１２、マスクチャック１３
、ウェハ１１、ウェハチャック１０、ウェハステージ９
が収納されている。ステージ収納室８の上部のＸ線取入
部には、第２の遮断窓７が設置されている。鏡筒６には
仕切弁５が設けられている。この仕切弁は、真空用ゲー
トバルブ等が考えられ、空気圧シリンダー等で駆動され
る。Ｘ線源収納室３と鏡筒６は、バイパス管２１を通し
て相互に連通され、このバイパス管２１にはターボ分子
ポンプあるいは拡散ポンプ等の高真空ポンプ１９が接続
される。ステージ収納室８と鏡筒６は、バイパス管２２
を通して、相互に連通され、このバイパス管２２には油
回転ポンプ等の低真空ポンプ２０が接続される。

各バイパス管２１．２２には遮断弁１５．１７が設けら
れ、また、各配管には、装置を大気開放するためのリー
ク弁２３，２４が設けられている。ステージ収納室８に
はＨｅ導入用バルブ１８が設けられている。

上記構成のＸ線露光装置の操作順序を第４図に示す制御
シーケンス図と第２図（１）〜（４）を参照して以下に
説明する０図において、白抜き表示のバルブ記号（例え
ば第２図（１）のバルブ１５）はバルブ閉状態を示し、
黒塗り表示のバルブ記号（例えば第２図（１）のバルブ
１４）はバルブ閉状態を示す。

まず、第２図（１）に示すように、リーク弁２３．２４
を閉じ装置全体を大気から遮断する。

また、遮断弁１５を開いて第１の遮断窓４の両側のＸ線
源収納室３と鏡筒６とをバイパス管２１を介して連通さ
せ、同様に遮断弁１７を開いて第２の遮断弁７の両側の
ステージ収納室８と鏡筒６とをバイパス管２２を介して
連通させる。また、仕切弁５を閉じて鏡筒６を上下に仕
切る。

次に第２図（２）　に示すように、バルブ１４゜１６を
開き高真空ポンプ１９および低真空ポンプ２０を駆動し
て排気動作を行なう。このとぎ、高真空ポンプ１９を動
作させる場合、大気圧から１０−’Ｔｏｒｒ程度までは
油回転ポンプ等の補助ポンプ（図示しない）により粗排
気を行なう、この排気動作において、仕切弁５が閉じら
れ、第１、第２の遮断窓４．７の両側は各々バイパス管
２１゜２２で連通しているため、遮断窓４．７の各々に
対して差圧は作用しない。

Ｘ線源収納室３、鏡筒６、およびステージ収納室８の圧
力が１０−’Ｔｏｒｒ以下になると、第２図（３）に示
すように、バイパス管２１上の遮断弁１５を閉じ、鏡筒
６の仕切弁５を開く。この状態でＸ線源収納室３を高真
空ポンプ１９により１０　””Ｔｏｒｒの高真空まで排
気する。このとき、遮断弁１５が閉じているため、鏡筒
６の長さ、容積にかかわらず高真空ポンプ１９はＸ線源
収納室３のみを排気すればよい、一方、鏡筒６とステー
ジ収納室８は低真空ポンプ２０により１０−’Ｔｏｒｒ
まで排気される。

次に第２図（４）　に示すように、遮断弁１７を閉じ、
Ｈｅ導入用バルブ１８を開いてＨｅをステージ収納室８
に導入する。１（ｅが所定の圧力（例えば１００　Ｔｏ
ｒｒ）に達するとＨｅ導入用バルブ１８が閉じられる。

以上で、露光可能な状態となる。この状態ではＸ線源収
納室３は高真空ポンプ１９で１０−’Ｔｏｒｒに排気さ
れ、鏡筒６は、低真空ポンプ２ｏで１０−’Ｔｏｒｒに
排気されている。そして、ステージ収納室８は例えば１
００　Ｔｏｒｒといった減圧されたＨｅ雰囲気となって
いる。上述したように第１の遮断窓４は立上げから露光
まで、窓の両側に差圧はほとんどかからず、単に低真空
側から高真空側への拡散を防止しているにすぎない。つ
まり、本発明は各遮断窓の両側の室を同じ具合に減圧し
、。

両側の室の圧力差による遮断窓への影響を防いでいる。

したがって、窓の厚さは、取付は時、交換時の取扱いを
考えて、さらに製作時や使用中の汚染等によりピンホー
ルを生じない範囲で可能な限り薄い膜としてよく、材質
も、有機材料や無機材料等広い範囲から選択できる。そ
のため、第１の遮断窓４によるＸ線の吸収はほとんど無
視できる。また第２の遮断窓７は、窓の両側にかかる差
圧が最大になるのは、露光時のＨｅの圧力と、鏡筒の圧
力１０−３Ｔｏｒｒの差によるものである。したがって
、材質をＢｅとすれば例えばＨｅの圧力１００　Ｔｏｒ
ｒの時２０ｕｍ程度の厚さで０３０ｍｍ程度の露光面積
は充分可能で、露光方式をステップ・アンド・リピート
方式として考えれば実用的な装置になり得る。Ｘ線透過
経路におけるガス体の吸収を考えると、Ｘ線源から第２
の遮断窓７までは１０−３Ｔｏｒｒ以下の真空であり、
また、第２の遮断７からウェハ１１までは非常に短い距
離でかつ減圧したＨｅの雰囲気なので、ガス体による吸
収は非常に小さい。

次に、第３図を参照して、露光終了後ウェハを取出す場
合等、ステージ収納室８を大気に解放する場合の操作順
序を以下に説明する。

まず、第３図（１）に示すように、仕切弁５を閉じる。

次に第３図（２）　に示すように、遮断弁１７を開いて
第２の遮断窓７の両側をバイパス管２２を介して連通さ
せた後、低真空ポンプ２０を停止させ、リーク弁２４を
開く。そうすることにより、ステージ収納室８は、大気
に開放され、その後マスクおよびウェハを交換する。こ
の時、第２遮断窓の両側は、同時に大気に開放されるた
め窓自身は差圧の影響を受けない。

Ｘ線源収納室３を大気開放する場合は、仕切弁５を閉じ
た後遮断弁１５を開き、その後リーク弁２３を開く。

上記操作順序によれば、第２の遮断窓７には１００　Ｔ
ｏｒｒ以上の差圧がかからず、また第１の遮断窓４には
ほとんど差圧がかからない状態で、大気開放することが
できる。

上記実施例においては、ステージ収納室のＨｅの圧力は
１００　Ｔｏｒｒとしたが、この圧力は１００Ｔｏｒｒ
に限定されるものではなく、窓の強度、露光面積、Ｘ線
の減衰等を考えて決定すればよい、遮断窓の枚数も要求
される真空度、鏡筒の長さ等を考慮して決定すればよい
。また、上記実施例においては、Ｘ線源が管球方式の例
を述べたが、プラズマ方式やシンクロトロン軌道放射光
利用の場合も、同様の効果が得られる。特にシンクロト
ロン軌道放射光利用の場合、Ｘ線源は１０−ｇ〜１０−
”Ｔｏｒｒの超高真空を保つ必要があり、上記実施例の
鏡筒に相当するミラーポートが数ｍ以上と長いので、本
発明の効果はさらに大きいものとなる。

第５図はＸ線源にシンクロトロン軌道放射光を利用した
場合であり、図中、４１は第１図８に相当するステージ
収納室、４２はミラー室、４３はシンクロトロンＸ線源
、４４は第１図の第２遮断窓７に相当するＢｅ窓、４５
は第１図の第１遮断窓４に相当する遮断窓、４７．４８
は第１図の遮断弁１５．１７に相当するゲートバルブ、
４９゜５０は第１図のバルブ１４．１６に相当するゲー
トバルブ、５１は高真空用のターボ分子ポンプあるいは
低真空用の油回転ポンプといった真空ポンプ、５３．５
４は、第１図のバイパス管２１．２２に相当するバイパ
ス管、５５は第１図の鏡筒６に相当するミラーポート、
５６は第１図１８に相当するＨｅ導入用バルブ、５７．
５８は第１図のリーク弁２３，２４に相当するリーク弁
である。

上記構成における制御動作については、前記第４図制御
フローチャートと、同様のシーケンスで行　　′なうこ
とができる。真空条件はＸ線源内（遮断窓４５まで）が
１０−９〜１０−１０Ｔｏｒｒ　、遮断室４５からＢｅ
窓４４までが１０−１′〜１０−’Ｔ　ｏｒｒ　。

ステージ収納室内（Ｂｅ窓４４まで）がＨｅ雰囲気１５
０Ｔｏｒｒである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明では、真空手段（高真空ポ
ンプ１９）に連結されたＸ線源収納室３と、該Ｘ線源収
納室３に設けたＸ線取出し用の第１の遮断窓４と、Ｘ線
被照射体（マスク１２゜ウェハ１１）の搭載ステージ９
を収納しかつ減圧手段（低真空ポンプ２０）に連結され
たステージ収納室８と、前記第１の遮断窓４から取出さ
れたＸ線の気密照射通路（鏡筒６を通りステージ収納室
８内の被照射体に達するまでのＸ線経路）上に設けた少
なくとも１枚の第２の遮断窓７を具備している。従って
、第１、第２の遮断窓４．７間に仕切弁５を設けるとと
もに各遮断窓の両側をバイパス管２１．２２で連通させ
て真空排気を行なうことにより、排気系を大規模にする
ことなくかつ各遮断窓を充分薄くして真空排気が可能と
なり、遮断窓によるＸ線の吸収を小さくしさらにＨｅガ
ス等によるＸ線の吸収を小さくして効率良くＸ線を照射
してＸ線露光装置のスルーブツトを向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るＸ線露光装置の構成図、第２図（
１）〜（４）　は本発明に係るＸ線露光装置の露光開始
時の操作手順の説明図、第３図（１）。 （２）　は本発明に係るＸ線露光装置の大気開放操作の
説明図、第４図は本発明実施例における制御シーケンス
、第５図は本発明における応用実施例、第６図は従来の
Ｘ線露光装置の構成図である。 １：電子銃、 ２：ターゲット、 ３：Ｘ線源収納室、 ４：第１の遮断窓、 ５：仕切弁、 ６：鏡筒、 ７：第２の遮断窓、 ８：ステージ収納室、 ９：ステージ、 １１：ウェハ、 １２：マスク、 １３：高真空ポンプ、 ２０：低真空ポンプ、 ２１．２２：バイパス管。 第１図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｘ線源を収納しかつ真空排気手段に連結されたＸ
   線源収納室と、該Ｘ線源収納室に設けたＸ線取出し用の
   第１の遮断窓と、Ｘ線被照射体の搭載ステージを収納し
   かつ減圧手段に連結されたステージ収納室と、前記第１
   の遮断窓から取出されたＸ線の気密照射通路上に設けた
   少なくとも１枚の第２の遮断窓とを具備したことを特徴
   とするＸ線露光装置。
2. （２）前記第２の遮断窓は前記ステージ収納室のＸ線取
   入部に設けられたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のＸ線露光装置。
3. （３）前記第１および第２の遮断窓間のＸ線気密照射通
   路を仕切る開閉可能な仕切弁を具備し、さらに前記第１
   および第２の各遮断窓の両側を各々バイパス管が連結し
   て各遮断窓の両側を連通可能としたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載のＸ線露光装置。
4. （４）前記各バイパス管上に各バイパス管を開閉するた
   めの弁手段を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載のＸ線露光装置。
5. （５）前記第２の遮断窓は２枚以上設けられたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれ
   か１項記載のＸ線露光装置。