JPS63236320A - 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） 本発明は半導体素子等を製造する際のりソゲラフイエ程
で使用されるＸ線露光装置に関し、特にＸ線の感応基板
（ウェハ）への照射制御の技術、及び装置の安全性を確
保する技術に関する。

（従来の技術） 従来この種のＸ線露光装置としては、例えば特開昭５８
−７３１１６号公報に開示されているように、Ｘ線（特
に軟Ｘ線）に対して減衰の少ない気体、例えばヘリウム
を満したチャンバーを介して、マスクにＸ線を照射し、
このマスクでの透過Ｘ線をプロキシミティギャップで配
置されたウェハ（Ｘ線レジスト層を有する）に照射して
マスクの回路パターンをウェハ上に転写する装置が知ら
れている。この従来の装置では、Ｘ線源は高真空室内に
設けられ、ヘリウムチャンバーとの接続部にはＸ線に対
する透過率の高いベリリウム窓（取り出し窓）が設けら
れ、この窓によってほぼ大気圧と等しいヘリウムチャン
バー内と高真空室とを隔離している。またマスクはへリ
ウムチャンバーの下端に取り付けられ、このマスク自体
かへリウムチャンバー内と外気との隔離に使われている
。

そしてこの従来の装置は、マスク交換時に特別なカバー
を、マスクを下方からおおうようにヘリウムチャンバー
に取り付け、このカバー内もヘリウムと置換することに
よってマスクの変形を防止するものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来装置では、マスク交換時又は装置の起動（立上
げ）時等にヘリウムチャンバー及びマスク周辺を一度真
空にしてからＨｅに置換する為に装置が大がかりなもの
となる。また、上記従来装置のように、真空室を作らず
に、マスク交換を行なう場合、Ｈｅチャンバー内は大気
（空気）で満されてしまう。そのため新たなマスクがチ
ャンバーに取り付けられた後、チャンバー内の空気をヘ
リウムで置換する必要がある。この置換は、マスクのウ
ェハと対向する側が大気に解放されている場合、ヘリウ
ムのチャンバー内への供給と、チャンバー内の空気の排
気とをマスクが変形しないように圧力制御した状態で行
なう必要があるため時間がかかる。もちろん上記従来の
ように特別なカバーを設けるようにすれば、マスクの変
形は防げるが、そのカバーの取り扱いがわずられしいと
いった問題がある。またマスク交換後、チャンバー内が
ヘリウムに置換されてから本来の露光動作を行なうこと
になるが、その置換が完全に行なわれていない状態、す
なわちチャンバー内に空気中の酸素（０□）　成分が残
留していると、その状態でＸ線源からＸｔａを発生させ
ると、このＸ線がベリリウム（薄膜の）窓を通過したと
きに残留酸素の影響でベリリウム窓にピンホール等が生
じるといった重大な事故が発生する。また仮りに、ヘリ
ウムへの置換が一定時間後にほぼ完了することを予測し
て露光を開始するようにしてもよいが、これは先にも述
べたように待ち時間を必要とする。

さらに置換が完了していない場合は、チャンバー内での
Ｘ線の減衰率が大きくなってしまい、ウェハに対する適
正露光量（Ｘ線エネルギー量、又はｘ′４！Ａドーズ量
）が得られないといった不都合が生じる。

本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、ベリ
リウム窓の保護、露光量の安定化等を計ったＸ線露光装
置を得ることを目的とする。

（問題点を解決する為の手段） 本発明は、チャンバー内に含有されるヘリウム等の減衰
の少ない気体の濃度に関する情報を検出する濃度検出手
段、例えば酸素濃度の検出センサーを設ける。そして、
Ｘ線を感応基板に照射する状態と非照射にする状態とを
切替えるシャッター等の手段を設け、検出された濃度の
情報に基づいてシャンク−等の切替手段の動作を制御す
るように構成した。

（作用） 本発明においては、ヘリウムチャンバー内が所定のヘリ
ウム濃度に達するまで、換言すれば酸素濃度等が所定濃
度以下になるまでは、切替手段によりＸ線の照射、特に
ベリリウム窓（取り出し窓）にＸ線が通ることが禁止さ
れる。これによってベリリウム窓の保護が行なわれる。

そしてヘリウム濃度がベリリウム窓を破損させない程度
に高まった後（酸素濃度が十分低下した後）は、ヘリウ
ム濃度に応じて露光量が補正されるように切替手段を制
御するようにした。これによってヘリウム濃度（酸素濃
度）が変化しても安定した露光制御が可能となる。

（実施例） 第１図は本発明の実施例によるＸ線露光装置の構成を示
す図である。

第１図において、高真空室１には、回転ターゲット２、
電子銃３等から成るＸ＊ａが配置され、電子銃３からの
電子ビーム４を回転ターゲット２に照射することにより
特性Ｘ線（軟Ｘ線）１０が発生する。このＸ線１０はタ
ーゲット２からベリリウム等のＦｉｌ膜による取り出し
窓６を通ってヘリウムチャンバー７内に放射される。窓
６とＸ線源（ターゲット２上の電子ビーム４の照射点）
との間には、発生したＸ線１０を通過、遮断させるため
のメカニカルなシャッター５が配置され、このシャッタ
ー５は駆動部２０によって開閉される。

さて、チャンバー７内を通ったＸ線１０はチャンバー７
の下端面に取り付けられたマスク９を照射する。このマ
スク９はチャンバー７の下端面に、その周辺で真空吸着
され、チャンバー７内を密封する機能を有する。チャン
バー７の側壁にはヘリウムガスを供給するためのパイプ
２１ａと、ヘリウムガス、又は空気を排気するためのバ
イ１２１ｂとが設けられ、これらパイプ２１ａ、２１ｂ
は不図示のガス置換装置につながれている。またマスク
９の下方には露光時又はアライメント時にプロキシミテ
ィギャップで位置するウェハ１１が配置される。マスク
９とウェハ１１とのアライメントはチャンバー７内に進
退可能に設けられたアライメント光学系２２を使って行
なわれる。アライメント光学系２２はチャンバー７の側
壁を貫通して、駆動部２３により水平方向に移動する。

アライメント光学系２２の対物レンズ２２ａはマスク９
はウェハ１１の各々に形成されたアライメントマークを
観察する。このようにアライメント光学系２２の一部が
チャンバー７内で進退するため、外気との密封を保ため
のベローズ２［株］がチャンバー７の側壁とアライメン
ト光学系２２の外壁との間に設けられる。

さて、チャンバー７内の酸素（０□）濃度は濃度センサ
ー８により検出される。この濃度センサー８は理想的に
はチャンバー７内の気体に含まれるヘリウムの割合を直
接検出ものが望ましいが、現在製品化されているセンサ
ーのうちで、ヘリウムを検出するものは極めて高価であ
ったり、又はかなり大がかりなものしかない、そのため
本実施例では、安価で小型な酸素濃度のセンサー８を用
いて、間接的にヘリウムの濃度を推定することにした。

ただし、本実施例ではヘリウム自体の濃度を求めること
が目的ではなく、どの程度ヘリウムに置換されたかがわ
かればよいので、酸素濃度の情報のみに基づいて所定の
演算、制御が行なわれる。

制御回路２４は上記濃度センサー８によって検出された
酸素の濃度情報を入力して、その濃度のもとで、取り出
し窓６を破損させずに露光できるか否かを判断し、不可
能な場合は、オペレータから露光開始の指令を受けても
シャッター５が開かないように、駆動部２０に対する指
令を禁止する。

もし、検出された濃度のもとで損傷を与えずに露光でき
る場合、制御回路はその濃度に応じてシャッター５の開
放時間を補正して、常に一定の露光量（適正露光ｉｔ）
がウェハ１１に与えられるように駆動部２０に指令を出
力する。

第２図は制御回路２４内の主な回路構成の具体例を示す
回路ブロック図である。この構成は制御回路２４の機能
をブロック化したものであり、ハードウェアのみによる
構成以外にマイクロコンピュータ等によるソフトウェア
による構成に置きかえてもよい、第１図には示していな
いが露光量制御のためのＸ線強度センサー２４０は、シ
ャッター５を通過してきたＸ線１０を受けて、その強度
に応じた信号を積算部２４１に出力する。積算部２４１
は露光開始時に発生されるシャッター５の閉指令信号（
パルス信号）ＣＯに応答して、ウェハ１１に達するＸ線
量を計測していく。積算されたＸ線量は、比較部２４２
に入力して、基準値Ｓ２と比較される。比較部２４２は
計測されたＸ線量が基準値Ｓ２に達するとシャッター５
の駆動部２０へ閉指令信号（パルス信号）を出力する。

その基準値Ｓ２は適正露光量に応じた値がセットされる
設定部２４３で作り出される。濃度判定補正部２４４は
濃度センサー８で検出された酸素の濃度（％）に基づい
て、禁止信号Ｓ１と補正信号Ｓ２を出力する。禁止信号
ＳＩは駆動部２０へ開指令信号ＣＯを送るか否かを切替
えるスイッチ２４５に切替制御信号として印加される。

一方、補正信号Ｓｔは設定部２４３に補正倍率の情報と
して出力され、設定部２４３は適正露光量に応じた値に
補正倍率をかけたものを基準値Ｓ、として出力する。こ
の補正倍率は、チャンバー７内の酸素濃度に対する補正
露光量を予め実験等によって求めて、例えばテーブルと
して判定補正部２４４に記憶されている。

次に本実施例の動作を第３図を参照して説明する。第３
図はマスク９を変換したときのチャンバー７内の酸素濃
度の変化特性■を表わすグラフであり、横軸は時間を表
わし縦軸は濃度（％）を表わす、第３図中、時刻ｔ、ま
ではマスクによってチャンバー７が密封されているため
、酸素濃度は所定の値Ｐ＋よりも十分小さくなっている
０時刻り、でマスク交換が開始されると、取り付られて
いたマスクがなくなるため、チャンバー７内は急激に外
気に解放され、酸素濃度は急激に上昇する。このとき最
大に上昇したときの濃度値Ｐ７は、チャンバー７内が全
て大気で満されたときであり、通常２１〜２２％（すな
わち自然大気中での酸素濃度）である。さて時刻Ｌ２で
マスク交換が終わり、ヘリウムへの置換が開始され、チ
ャンバー７内の酸素濃度は時間とともに低下し、時刻ｔ
１で所定の値Ｐ２に達する。この濃度値Ｐ！は、取り出
し窓６にＸ線が照射されても、取り出し窓６にピンホー
ル等の損傷を発生させることがないような酸素含有量の
値に定められている。濃度値Ｐ２は判定補正部２４４に
予め記憶されており、検出された濃度が値Ｐ２よりも大
きい場合は、禁止信号Ｓ１が出力されスイッチ２４５は
開いたままになる。このためオペレータ等が露光開始を
指令しても、駆動部２０には開指令信号Ｃ○は送られず
、取り出し窓６は保護される。

さて、時刻も、で濃度がＰ！以下であると判断されると
、判定補正部２４４は禁止信号Ｓ１の出力を中止し、ス
イッチ２４５は閉状態にされる。

このため時刻む、以降、シャッター５は開指令信号Ｃ○
に応答して解放可能となる。すなわちチャンバー７内の
酸素濃度が値ｐｇ　　（％）よりも小さくなった時点で
露光動作が可能となる。一方、ガス置換装置により、チ
ャンバー７内のヘリウムガスへの置換は続行されており
、酸素濃度も時間とともに低下し続けてい（。このため
時刻む、で露光が開始されたとしても、チャンバー７内
のヘリウム濃度が変化しているので、そのままでは正確
な露光量制御が保証されない、そこで判定補正部２４４
は時刻ｔ８以降の濃度変化特性Ｖに応じた補正倍率を求
め、その倍率に応じた補正信号Ｓ８を設定部２４３に出
力する。設定値２４３は入力した補正信号Ｓ、に基づい
て、基準値Ｓ、を算出する。この基準値Ｓ、は、酸素濃
度が値Ｐ２に近づければ適正露光量に対応した値よりも
大きくなり、濃度が値Ｐ２より低下して値Ｐ１に近づく
につれて小さくなる。濃度値Ｐ１は露光量制御の精度に
は実質的に影響を与えない程度の酸素含有量の値に定め
られ、この値Ｐ、も予め判定補正部２４４に記憶されて
いる。従って検出された濃度値がＰ、以下のとき、補正
倍率は１倍になり、基準値Ｓ、は適正露光量に応じた値
そのものになる。

さて、時刻ｔ、以降にただちに露光動作が開始されると
、同一露光条件のもとて酸素濃度が高い（ただし２２以
下）うちはシャッター５の開いている時間が長く、濃度
が値Ｐ、に近づくにつれて短（なる。こうして、時刻も
、から時刻ｔ４の間はシャッター５の解放時間が本来の
露光時間よりも長くなるように調整されて、露光量の補
正が行なわれる。このため時刻ｔ３以降ただちに露光を
行なっても、常に適正な露光量に制御される。

以上、本実施例では取り出し窓６の上に設けられたシャ
ッター５によって、酸素濃度が値Ｐ２より高い時はＸ線
が窓６を通らないように保護したが、値Ｐ２より高い時
に電子銃３からの電子ビーム４の発生を禁止するように
しても同様の効果が得られる。またＸ線源としてプラズ
マ励起方式、ＳＯＲ（シンクロトロン軌道放射）方式等
も同様に利用できる。また酸素濃度検出センサー８は大
気中のチッ素（Ｎ２）の濃度を検出するセンサーに置き
かえてもよい。さらにチャンバー７内に充てんするＸ線
減衰率の小さな気体としては、取り扱いは難しいが水素
（Ｈｌ）ガスでもよい。

次に本発明の第２の実施例を第４図に参照して説明する
。第４図はへリウムチャンバー付近のみを示す断面図で
あり、第１図と異なるのは、マスク９がチャンバー７の
下端面の密封に使われていない点である。このため第２
実施例ではチャンバー７の下端面の密封をＸ線、又はア
ライメント用の照明光に対して透明なポリイミド又はポ
リプロピレン等の薄膜３０で行なう、従って第１実施例
のように、マスク９の交換時にチャンバー７内が大気に
解放されることがないため、マスク交情後の露光動作開
始まで待ち時間を必要としない。

しかしながら、マスク９とウェハ１１とのアライメント
時にはアライメント光学系２２が繰り出し、露光時には
退避するため、チャンバー７内の圧力は瞬間的に太き（
変化し得る。この圧力変化によって薄膜３０に大気圧と
の差圧が作用し、薄膜３０がたわむことになる。このた
め、この種の常時密封型のチャンバー構造にあってもヘ
リウムガスを微小量ずつフローさせて、薄膜３０のたわ
みが生じないようにしている。しかしながら、チャンバ
ー７と１１１１１３０との接合部、ベローズ２３の接合
部、チャンバー７とＸ線源部との接合部等からは、チャ
ンバー７の内圧変化（特に瞬間的な減圧）によって外気
がリークしてくることがある。

このため、ウェハＷをステップアンドリピート方式で移
動させて、マスク９のパターンをウェハ１１上の異なる
領域に順次転写していく場合は、各ステッピング毎にア
ライメントを行なう必要があるので、ウェハ１１の全面
を露光し終わるまでのアライメント光学系２２の進運回
数は多くなり、チャンバー７内のヘリウム濃度は外気の
リークによって徐々に低下（酸素濃度の増加）すること
がある、この場合は第３図に示すように、濃度値Ｐ３を
超えるようなことはなくても、露光量の制御精度を不安
定にさせることになる。

第５図（Ａ）はそのような状態での酸素濃度の変化特性
Ｖを示す、第５図（Ａ）において酸素濃度は時刻Ｔ、ま
では値Ｐ＋以下であるが、例えばアライメント光学系２
２の退避による外気のリークによって、時刻Ｔ、からＴ
１まで濃度はＰ、以上になる。同様に時刻ＴｃからＴ４
の間においても酸素濃度がＰ、以上になっている。第５
図（Ｂ）は第５図（Ａ）の変化特性■に対応して判定補
正部２４４から出力される補正倍率の変化（補正信号Ｓ
ｔ）を示す。第５図（Ｂ）の縦軸に表わした補正倍率値
の範囲は単なる目安であって必ずしも正確ではない。第
５図（Ｂ）に示すように時刻Ｔ、〜Ｔ５の間、時刻Ｔ　
ｃ””’　Ｔ　ａＯ間において倍率は濃度値に応じた１
以上の値をとる。これにより、時刻Ｔ１、又はＴｅの直
後に露光動作が行なわれても、常に正確な露光量制御が
可能となる。

もちろんこのリークによるチャンバー内ヘリウム濃度の
変化は、第１図の実施例の場合も同様に生じることであ
り、第５図（Ｂ）に示した補正倍率特性と同様に制御さ
れる。

以上、本発明の各実施例において、第２図に示した回路
ブロックは共通に使われるが、不測の事故によりマスク
９の薄膜、又は８４Ｍ３０が破損した場合は、酸素濃度
が上昇して禁止信号Ｓｌが出力されるので、このときも
しシャッター５が開状態であるならばただちに閉指令信
号を駆動部２０へ出力するような構成を付加することが
できる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、チャンバー内のヘリウム
等の気体成分の濃度が低く、酸素の濃度が高い時にＸ線
源とチャンバーとを隔離する取り出し窓にＸ線を照射し
て破損させることがないので、装置に与える重大な事故
を未然に防止できる。

さらに、チャンバー内の気体濃度の変化による露光量の
ムラも補正できるため、待ち時間も最短、もしくは皆無
上なって、スループット、装置稼動率を著しく向上させ
ることができる。

また露光中に不測の事故でチャンバー内に大気が入って
きても、濃度検出センサーによって酸素濃度が上昇（ヘ
リウム濃度が低下）し始めた時にただちに露光動作を中
止することができるので、Ｘ線源へ与える影響を皆無で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるＸ線露光装置の構
成を示す図、第２図は制御回路の具体的な構成を示す回
路ブロック図、第３図はチャンバー内の酸素濃度の変化
特性の一例を示すグラフ、第４図は第２の実施例による
Ｘ線露光装置の構成を示す図、第５図（Ａ）、（Ｂ）は
酸素濃度の変化特性とそれに対応した露光量の補正倍率
特性とを示すグラフである。 （主要部分の符号の説明） １・・・ｘｖＡｆｌの高真空室

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）線源からのＸ線に対して減衰の少ない特定成分の
   気体を満したチャンバーを介して、該Ｘ線に感応する基
   板を露光する装置において、 前記チャンバー内の気体に含有される前記特定成分の気
   体の濃度に関連する情報を検出する濃度検出手段と； 前記線源からのＸ線を前記感応基板に照射する状態と非
   照射にする状態とを切替える切替手段と；前記濃度検出
   手段により検出された情報に基づいて前記切替手段の動
   作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするＸ線
   露光装置。
2. （２）前記濃度検出手段は、前記チャンバー内の気体に
   含有される酸素の濃度を検出する酸素検出センサーを有
   し、前記制御手段は、該酸素検出センサーにより検出さ
   れた濃度が所定の第１濃度以上のときは前記Ｘ線の前記
   感応基板への到達が禁止されるように前記切替手段を制
   御するとともに該検出された濃度が前記第１濃度以下の
   ときは、その濃度に応じて前記感応基板に与えられるＸ
   線量が補正されるように前記切替手段を制御することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）前記切替手段は、前記線源と前記チャンバーとの
   間に設けられたＸ線取り出し窓と前記線源との間に配置
   されて、前記線源からのＸ線を遮断、及び通過させるシ
   ャッターを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   、又は第２項記載の装置。