(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線マスク及び被露光体を配置した大気または減圧雰囲気とＸ線源を配置した真空域とを隔てる圧力隔壁を兼ね、前記Ｘ線源から前記被露光体上に前記Ｘ線マスクを介して照射するＸ線ビームを透過させるＸ線窓を備えたＸ線露光装置において、
前記Ｘ線窓を前記Ｘ線ビームの光軸に対して交差する方向に走査させ、かつ、一回の露光において少なくとも露光開始直前から露光終了直後まで停滞なく走査させる走査機構を有し、
前記Ｘ線窓はＸ線窓材の厚み分布が一方向に一様に変化しており、当該変化の方向は前記Ｘ線窓の走査方向に垂直な方向であり、
前記Ｘ線窓材の厚み分布の変化方向に露光時間を制御することを特徴とするＸ線露光装置。
【請求項２】
前記Ｘ線源がシンクロトロンであり、該シンクロトロンからの放射Ｘ線ビームをその放射軌道面に垂直な方向にＸ線反射ミラーで拡大して前記被露光体上の必要な露光領域を一括照射することを特徴とする請求項１に記載のＸ線露光装置。
【請求項３】
前記Ｘ線窓の走査方向がシンクロトロン放射軌道面に垂直な方向であることを特徴とする請求項２に記載のＸ線露光装置。
【請求項４】
露光時間をシャッターの開閉にて制御するシャッター機構を備えたことを特徴とした請求項１から３のいずれか１項に記載のＸ線露光装置。
【請求項５】
前記Ｘ線窓を走査開始させた後に前記シャッターを開いて露光を開始し、前記シャッターを閉じて露光を終了させた後に前記Ｘ線窓の走査を停止するシーケンスで前記走査機構と前記シャッター機構を制御するコントローラを備えたことを特徴とした請求項４に記載のＸ線露光装置。
【請求項６】
前記Ｘ線源がシンクロトロンであり、該シンクロトロンからの放射Ｘ線ビームをその放射軌道面に垂直な方向に可動ミラーでスキャンさせて前記被露光体上に所望の露光領域を得ることを特徴とする請求項１に記載のＸ線露光装置。
【請求項７】
前記Ｘ線窓を走査開始させた後にビームスキャンを開始し、該ビームスキャンを終了させた後に前記Ｘ線窓の走査を停止するシーケンスで前記走査機構と前記可動ミラーを制御するコントローラを備えた請求項６に記載のＸ線露光装置。
【請求項８】
露光時間にあわせて前記Ｘ線窓の走査速度を変更する手段を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のＸ線露光装置。
【請求項９】
前記走査機構は前記Ｘ線窓を一回の露光毎に逆方向に走査させることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のＸ線露光装置。
【請求項１０】
前記Ｘ線窓は少なくとも走査方向に、必要露光領域に加え露光中に走査する方向に走査する長さ分広い領域を持つ窓を配置したことを特徴とした請求項１から９のいずれか１項に記載のＸ線露光装置。
【請求項１１】
前記Ｘ線窓材はベリリウムであることを特徴とした請求項１から１０のいずれか１項に記載のＸ線露光装置。
【請求項１２】
前記Ｘ線窓の走査幅ｄが０．１ｍｍ＜ｄ＜１．２ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のＸ線露光装置。
【請求項１３】
前記Ｘ線窓から前記被露光体までの距離をＬ、前記Ｘ線窓を透過した後のＸ線スペクトルのピーク波長をλとすると、前記Ｘ線窓の走査幅ｄが、
【数１】
0004261660.tif 000016
の範囲であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のＸ線露光装置。
【請求項１４】
前記距離Ｌは大きくとも０．８ｍ、前記波長λは大きくとも１ｎｍであることを特徴とする請求項１３に記載のＸ線露光装置。
【請求項１５】
前記Ｘ線窓は少なくとも片面が表面研磨されたＸ線窓材であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のＸ線露光装置。
【請求項１６】
前記Ｘ線窓の走査方向が一方向であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線露光装置。
【請求項１７】
Ｘ線マスク及び被露光体を配置した空間とＸ線源側との間を隔て、かつ該Ｘ線源側からのＸ線ビームを前記空間側に透過させるＸ線窓を、前記Ｘ線ビームの光軸に対して交差する方向へ、一回の露光において少なくとも露光開始時から露光終了時までは停滞なく走査させる方法であって、
前記Ｘ線窓の窓材の厚み分布が一方向に一様に変化している場合、当該変化の方向を前記Ｘ線窓の走査方向に垂直な方向に一致させるとともに、前記厚み分布の変化方向に露光時間を制御することを特徴としたＸ線露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線ビーム、特にシンクロトロン放射光（以下、ＳＲと略す）を露光光に用いて、半導体メモリーなどの製造におけるリソグラフィー工程に用いられるＸ線露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線露光装置において、Ｘ線源は真空雰囲気にあり露光装置は大気または減圧雰囲気という構成が一般的であり、両者の境界には所望のＸ線を透過しかつ圧力隔壁となりうるＸ線窓が用いられている。このＸ線窓にはベリリウム箔が用いられているが、ベリリウム箔は製造の過程で圧延工程を用いている。このため、数μｍから数ｍｍ程度の細かい厚みむらまたは密度むらが生じてしまう場合がある。この厚みむらはＸ線の透過率に影響を与え、Ｘ線露光装置の照明Ｘ線に強度むらを引き起こしてしまい、このむらがそのままレジストに転写されるため、露光むらが発生する。
【０００３】
この問題点は以前から指摘され、その対策方法としていくつかの提案がなされている。特公平５−６４４５１号公報に代表されるように、ベリリウム箔を付けた窓枠を振動させることによって、ベリリウム箔を振動させて透過率むらを小さくする方法が提案されている。図１０はその方法の実施構成を示した図である。この図において、Ｘ線放射源に設けられたＸ線導入管６１と露光装置に設けられたＸ線導入管６２との間に隔壁６３が設けられ、隔壁６３にはＸ線６４が通る開口穴６３ａが形成されている。露光装置のＸ線導入管６２の内部において、ベリリウム箔６５を固定した窓枠６６がホルダー６７に保持されるとともに、Ｘ線の放射軌道面に対して垂直な方向に振動する様に構成されている。この加振機構はホルダー６７に伝達手段６９を介した振動駆動部６８からなり、駆動部６８は露光装置のＸ線導入管６２の外側に配置されている。また、隔壁６３の開口穴６３ａの縁部と窓枠ホルダー６７とがベローズ７０により気密に接続されて、Ｘ線源側の真空雰囲気を保持している。
【０００４】
また、特開平４−１０００４９号公報では、Ｘ線窓の振動幅５ｍｍにて往復周波数１Ｈｚ、露光時間１０分という具体的な例がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の各従来例に示されているような振動をＸ線窓に与える場合、次ぎのような問題点が発生する。振動を単振動と仮定して、振幅２ａ、周期λとすると、振動は以下の式で定義される。
【０００６】
【数２】
0004261660.tif 000002
この振動において、存在確率は以下の式で表される。
【０００７】
【数３】
0004261660.tif 000003
これらの式にて表される窓位置を図１１（ａ）に、そのときの存在確率を図１１（ｂ）に示す。これらの図に示すように、振動を行う場合は往復運動のための反転する際に一瞬停止する時間が存在する。理想的な三角波運動であればそのような時間は無いが、質量のある物体を振動にて理想的な三角波に振動させることは大変難しく、現実的には正弦波かそれに近い振動となってしまう。つまり、図１１（ａ）に示したような波形となる。このような振動をＸ線窓に与える際に露光が行われると、１回の露光時間内に存在確率が同等でなくなる。その結果、振動の両端において速度がゼロになった位置での透過率むらの情報が転写されることになる。図１１（ａ）で示すように、露光時間中に往復を繰り返す振動を与えた場合、窓位置の存在確率は振動の両端に大きく偏ってしまう。その結果、Ｘ線窓が振動する両端での露光時間が長くなり、Ｘ線窓が両端にあってそれぞれの位置で露光して足し合せた露光照度分布に近くなってしまう。これでは露光むらを十分に無くすことができない。
【０００８】
また、露光時間と振動の周期との関係で説明すれば、露光時間よりも短い周期で振動すると前述したような問題点があり、露光時間程度の周期で振動すると、露光の間に少なくとも一回の反転がありその位置での透過率むらの情報が転写される。また露光時間よりも長い周期で振動して、たまたま露光時間に反転しなくても、露光時間と非露光時間の比は常に同じとはならない。特にＳＲを用いた露光ではＳＲの強度は時間と共に減衰していくため、それに反比例して露光時間を長くする必要があり、露光時間と非露光時間の比は時間と共に変化していく。このような場合、Ｘ線取り出し窓の振動と露光時間との関係を最適に保つことはできない。
【０００９】
このように、Ｘ線取り出し窓を振動させることによって透過率むらを取り除く方法には問題点がいくつか存在する。
【００１０】
また、特開平４−１０００４９号公報では、Ｘ線窓の振動幅を５ｍｍ程度としているが、圧力隔壁を兼ねているＸ線窓を数ｍｍ〜十数ｍｍも振動させる機構は大がかりなものとなり、このように大きく振動させると、振動成分が装置本体側に伝搬し、露光に悪影響を与える点も懸念され、更にその対策を講じるために装置構成がより複雑になってしまうという問題点がある。また、振動をさせるためにＸ線窓をベローズ等でフレキシブルに固定する必要があり、振幅が大きいとベローズが疲労劣化し真空破壊の原因となりうる。
【００１１】
本発明の第１の目的は、従来例の問題点に鑑み、Ｘ線取り出し窓の透過率むらが引き起こす露光むらを確実に均一に平均化させ、露光むらを低下させることができるＸ線露光装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の第２の目的は、装置構成を従来に比べ簡略化できて装置コストを従来より下げることができるＸ線露光装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の第３の目的は、ベローズにかかる負担も少なくなり量産機の使用に十分耐え得るＸ線露光装置を提供することにある。
【００１４】
【発明を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、Ｘ線マスク及び被露光体を配置した大気または減圧雰囲気とＸ線源を配置した真空域とを隔てる圧力隔壁を兼ね、前記Ｘ線源から前記被露光体上に前記Ｘ線マスクを介して照射するＸ線ビームを透過させるＸ線窓を備えたＸ線露光装置において、
前記Ｘ線窓を前記Ｘ線ビームの光軸に対して交差する方向に走査させ、かつ、一回の露光において少なくとも露光開始直前から露光終了直後まで停滞なく走査させる走査機構を有し、
前記Ｘ線窓はＸ線窓材の厚み分布が一方向に一様に変化しており、当該変化の方向は前記Ｘ線窓の走査方向に垂直な方向であり、
前記Ｘ線窓材の厚み分布の変化方向に露光時間を制御することを特徴とする。
【００１５】
この構成では、Ｘ線窓を露光時間中に停滞なく走査させているので、Ｘ線窓の存在位置確率が一定となり、Ｘ線透過率むらに起因する露光位置でのＸ線強度むらを効果的に低下させることが可能である。また、Ｘ線窓を走査させるためにＸ線窓をフレキシブルに固定するベローズにかかる負担も、Ｘ線窓を振動させる場合と比べ飛躍的に小さくなり、ベローズの寿命が長くなって量産機の使用に十分耐えるという作用がある。
【００１６】
上記の走査機構は、前記Ｘ線源がシンクロトロンであり、該シンクロトロンからの放射Ｘ線ビームをその放射軌道面に垂直な方向にＸ線反射ミラーで拡大して前記被露光体上の必要な露光領域を一括照射する構成を用いたＸ線露光装置に適用してもよい。
【００１７】
この一括露光方式のＸ線露光装置では、前記Ｘ線窓の走査方向がシンクロトロン放射軌道面に垂直な方向であることが強度むらの低減に効果的である。これは、シンクロトロン放射光の照射ビーム形状が放射軌道面に沿って横に大きく広がった形状を持っているため、シンクロトロン軌道面方向にビーム形状による平均化効果があるためである。
【００１８】
さらに、このＸ線露光装置においては、露光時間をシャッターの開閉にて制御するシャッター機構を備えることが考えられる。この場合、前記Ｘ線窓を走査開始させた後に前記シャッターを開いて露光を開始し、前記シャッターを閉じて露光を終了させた後に前記Ｘ線窓の走査を停止するシーケンスで前記走査機構と前記シャッター機構を制御するコントローラを備えたものが好ましい。
【００１９】
また、上記本発明の走査機構は、前記Ｘ線源がシンクロトロンであり、該シンクロトロンからの放射Ｘ線ビームをその放射軌道面に垂直な方向に可動ミラーでスキャンさせて前記被露光体上に所望の露光領域を得る構成を用いたＸ線露光装置に適用してもよい。
【００２０】
このスキャン露光方式のＸ線露光装置の場合、前記Ｘ線窓を走査開始させた後にビームスキャンを開始し、該ビームスキャンを終了させた後に前記Ｘ線窓の走査を停止するシーケンスで前記走査機構と前記可動ミラーを制御するコントローラを備えたものが好ましい。
【００２１】
さらに、上記のようなＸ線露光装置において、露光時間にあわせて前記Ｘ線窓の走査速度を変更する手段を有することが好ましい。この構成によれば、露光時間が変わっても、露光むらを十分に小さくするために必要な規定の走査幅を確保することが可能である。
【００２２】
さらに、前記走査機構は前記Ｘ線窓を一回の露光毎に逆方向に走査させるものであったり、前記Ｘ線窓は少なくとも走査方向に、必要露光領域に加え露光中に走査する方向に走査する長さ分広い領域を持つ窓であったり、前記Ｘ線窓材はベリリウムであることが好適である。
【００２３】
さらに、上記のようなＸ線露光装置において、前記Ｘ線窓から前記被露光体までの距離をＬ、前記Ｘ線窓を透過した後のＸ線スペクトルのピーク波長をλとすると、前記Ｘ線窓の走査幅ｄが、
【００２４】
【数４】
0004261660.tif 000004
の範囲であることが好ましい。この構成では、Ｘ線窓の走査幅を上記式を満たす範囲にすることにより、Ｘ線窓と被露光体との距離によって、窓の透過率むらに比べ露光強度むらが大きくなる現象（むらの増幅作用）を低減し、結果的に露光強度むらを大幅に低下させることが可能である。
【００２５】
この場合、前記距離Ｌは大きくとも０．８ｍ、前記波長λは大きくとも１ｎｍであることがシステムを共通化して装置コストをより低くする上で好ましく、具体的な数値範囲は０．１ｍｍ＜ｄ＜１．２ｍｍの範囲である。このような範囲の微走査であるので、ベローズの寿命を飛躍的に延ばすことが可能である。
【００２６】
さらに、前記Ｘ線窓は少なくとも片面が表面研磨されたＸ線窓材であることが好ましい。これによれば、窓の透過率むらが低くなるため、露光位置でのＸ線強度むらもより低くすることが可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態によるＸ線露光装置の略構成を示した斜視図である。
【００２９】
図１に示すＸ線露光装置において、真空雰囲気中のＸ線源と大気または減圧雰囲気に保たれた露光装置との境界に、Ｘ線源からの所望のＸ線を露光装置内に透過しかつ両者の圧力隔壁となりうるＸ線窓が用いられている。前記Ｘ線源はシンクロトロン放射光源１からなり、シンクロトロン放射光源１から放射された水平なＸ線ビームは照射領域を確保するため凸面状のＸ線ミラー３で垂直方向に拡大され、Ｘ線窓を透過する。このＸ線窓はベリリウムからなるＸ線窓箔４と窓箔４を固定する窓枠５とからなる。
【００３０】
図２は前記露光装置の壁内の様子を示した断面図である。前記露光装置の隔壁２１にはＸ線が通る開口部が形成され、この開口部に、ベリリウム窓箔４を固定した窓枠５がベローズ２２を介して取り付けられている。ベローズ２２は窓枠５と装置隔壁２１の開口縁部とを気密に接続し、かつ窓枠５が移動可能となるよう自由度を与えている。また、装置壁内にはウエハ７を保持し露光位置に移動させるウエハステージ８が配置され、ウエハ７の上方にはＸ線マスク６が保持されている。さらに、Ｘ線マスク６とＸ線窓箔４との間には露光時間を制御するシャッター９が配置され、このシャッター９は装置壁内側に設置された駆動装置１３により開閉自在になっている。
【００３１】
このような露光装置は床２３に脚２４により固定されている。また、上記のベリリウム窓箔４はシンクロトロン放射軌道面に対して垂直方向に走査可能になっている。本例では、装置外側の床２３上に設置されたＸ線窓走査駆動装置１１に伝達手段１２を介して装置内部の窓枠５を接続することで、窓枠５が上記の方向に走査可能としている。また、装置壁には伝達手段１２が通る穴が形成され、この穴は伝達手段１２に固定されたフランジ２５とベローズ２６で気密に封止されている。また、装置外側にはウエハステージ８、Ｘ線窓走査駆動装置１１およびシャッター駆動部１３を制御するコントローラ１０が配置されている。
【００３２】
このように構成された露光装置において、ＳＲ光源１からのＳＲビームは凸面ミラー３によって露光に必要な面積となるようにＳＲ軌道面に対して垂直方向に拡大され、Ｘ線窓箔４を透過して露光装置内に導かれて、Ｘ線マスク６に照射され、マスク６上のパターンがウエハ７に転写する。その際に、Ｘ線露光装置のＸ線窓箔４に透過率むらがあるとマスクに照射されるＸ線の照度が不均一となり露光むらが発生するので、本発明においては、Ｘ線窓を走査させることによって露光むらを低減させる方法を用いる。従来例では前述したようにＸ線窓を振動させることによって露光むらを低減させているが、従来例と本発明の違いを詳細に説明する。Ｘ線窓にある周期のむらが存在すると仮定して、まず、Ｘ線窓を振動させて露光むらを抑えるという方法について考えてみる。
【００３３】
Ｘ線窓膜（ベリリウム箔）に、以下に示す式の透過率むらが存在すると仮定する。
【００３４】
【数５】
0004261660.tif 000005
ここで、λはむらの周期である。この膜が時間の関数の変位ｘ0（ｔ）で移動していると以下の式で示される。
【００３５】
【数６】
0004261660.tif 000006
ここで変位ｘ0（ｔ）が単振動している場合では、
【００３６】
【数７】
0004261660.tif 000007
この場合、単振動ｘ0（ｔ）により、平均化されたむらを求めると、
【００３７】
【数８】
0004261660.tif 000008
ここで、Ｊ0（２πｘ0／λ）は０次のベッセル関数であり、むらの周期に比べて大きく振動させるとき、以下の漸近展開が成立する。
【００３８】
【数９】
0004261660.tif 000009
となり、むらは
【００３９】
【数１０】
0004261660.tif 000010
に比例する。
【００４０】
これは、透過率むらの周期λに対してその１０倍の振幅ｘ0を与えれば、むらは
【００４１】
【数１１】
0004261660.tif 000011
すなわち約１／３となることを示している。
【００４２】
これに対して、同様の透過率むらのあるＸ線窓を一方向に一定の速度で振動の振幅と同様の長さだけ走査する場合のむらの状態を、上記の振動の場合と同様に検討してみる。
【００４３】
前記と同様に、Ｘ線窓膜に、以下に示す式の透過率むらが存在すると仮定する。
【００４４】
【数１２】
0004261660.tif 000012
この膜が時間の関数の変位ｘ0（ｔ）で移動していると以下の式で示される。
【００４５】
【数１３】
0004261660.tif 000013
ここで、変位ｘ0（ｔ）が停滞無く一定速度で走査している場合では、
【００４６】
【数１４】
ｘ0（ｔ）＝２ｘ0ｔ／Ｔ
この場合の存在確率を求めると、
【００４７】
【数１５】
0004261660.tif 000014
となり、むらはλ／ｘ0に比例する。
【００４８】
これは、前記と同様、透過率むらの周期λに対して１０倍の長さで走査する事で、むらは１／１０に低減されることを示している。これは、先に述べた単振動をしている場合の約１／３よりも遥かにむらを低減する効果があるということを示しており、むらの周期が、走査する場合は振動の振幅より小さくなると更に顕著になる。つまり、Ｘ線窓を振動するよりも走査を行った方が、むらの低減には効果的であることを示している。
【００４９】
本発明においては図３（ａ）にて露光時間とＸ線窓の位置の関係を示すように、露光時間中にはＸ線窓を停滞なく少なくとも１方向に走査する手段を用いる。少なくとも一方向とは曲線運動のような走査でも良く、要は露光時間中に停滞する事が無い移動を行うということである。走査の方向は、露光Ｘ線の光軸に対して垂直な方向であればどの向きでも良いが、ＳＲを軌道面に垂直な方向に拡大して利用する一括露光の場合は特にＳＲ軌道面に垂直な方向に走査すると効果的である。これは見かけの光源形状がＳＲ軌道面に広がった形状となるため、ＳＲ軌道面方向には光源サイズによる平均化効果があるためである。このようにＳＲ軌道面に垂直な方向に直線走査を行えば駆動装置もさほど複雑にならずに、図３（ｂ）に示すようにＸ線窓の位置と存在確率の関係が一定となり、Ｘ線窓に起因する露光むらを効果的に低減できる。
【００５０】
本発明の装置において一連の露光シーケンスについて順を追って説明する。まず、未露光ウエハが図示していない露光装置外または露光装置付属のウエハ供給源から供給されウエハステージ８に装着され、露光準備を行う。この間、露光シャッター９は閉じた状態が維持され、Ｘ線マスク６、ウエハ７には露光Ｘ線は照射されない。次に、露光準備が完了しウエハ７の第１露光位置にウエハステージ８が移動するとその情報が露光装置コントロ−ラ１０に伝えられ、コントローラ１０が露光可能と判断し、まずＸ線窓の走査駆動装置１１に走査開始の命令を送る。この命令を受けて初めて窓枠５と共にＸ線窓箔４が動き出す。Ｘ線窓箔４が動き始めた後にシャッター駆動装置１３にシャッター開の命令がコントローラ１０から送られる。これによって露光が始まる。ウエハ７面上に塗布されたレジストが感光するために必要な露光量を照射した後シャッター９が閉じられる。このシャッター９が閉じた後にＸ線窓箔４が停止する。そして次の露光位置にウエハステージ８が移動するのをその状態で待機し、次ぎの露光が始まる直前に反対方向へ走査開始する。その後シャッター９が開いて露光が始まり、シャッター９が閉じて露光が終了するとＸ線窓箔４は停止する。このように、露光毎にＸ線窓を交互の方向に走査し、一枚のウエハ全部の露光が完了すると、Ｘ線窓はその位置で待機し、次ぎのウエハの最初の露光準備が完了するまで停止している。
【００５１】
本発明に示すように１回の露光においてＸ線窓を一方向へ走査する場合、更に以下に示すような利点が生じる。
【００５２】
従来例にて示したような一回の露光の際に振幅５ｍｍの振動を６００回与えるとベローズの疲労破壊も心配となる。ベローズは一般的に規定振幅に対して１００万回程度の耐性を持つように設計されているが、従来例のような使い方をすると１７００回足らずの露光回数でベローズの振動回数が１００万回を越えてしまう計算となる。これではとても量産機としては使えない。ところが、１回の露光にて一方向へのＸ線窓の走査を行い、しかも露光していない時にはＸ線窓は停止しているという本発明の方法を用いると、単純計算で露光回数が２００万回可能である。これでも従来の量産レベルの回数から考えると決して十分とは言い難いが、一露光時間内に何回もの往復を繰り返す振動を与えるよりは遥かに良い。
【００５３】
以上に述べた例はベストモードと考えられるが、本発明の主旨は露光中にＸ線窓の停滞のない走査を行うことであるため、一回の露光毎に窓位置を戻し、常に同一方向へ走査を行う方法もある。つまり、非露光時間中に窓を走査方向と逆の方向に戻るシーケンスがあっても良い。
【００５４】
（第２の実施の形態）
先の実施形態では、一枚のウエハをステップ＆リピートにて次々と露光する際に一回の露光毎にＸ線窓を逆方向に走査する例を示したが、Ｘ線窓を走査するのに必要な距離が長く無い場合や、露光と露光の間の時間が非常に短い場合は必ずしも露光毎にＸ線窓の走査方向を反転する必要はない。
【００５５】
例えば、Ｘ線窓を走査する距離が１ｍｍ程度で十分な場合、まず露光が始まる前にＸ線窓の走査が始まり、その後にシャッターが開いて露光が始まる。Ｘ線窓は露光時間中に１ｍｍ走査され、シャッターが閉じて露光が終了し、Ｘ線窓は停止する。Ｘ線取り出し窓は次の露光が始まる前にまた同じ方向に走査され、露光中に１ｍｍ走査して、露光終了後に停止する。これを５回繰り返し、それぞれの露光前助走と露光後減速があって、約７ｍｍ移動させた後、６回目の露光から反対の方向に同様に１ｍｍずつ走査してゆく。この様子を図４（ａ）に示す。また、この際、特に露光と露光の間の時間が短いような場合は、それぞれの露光終了後にてＸ線窓の走査を必ずしも停止する必要はなく、５回露光の間ずっと同一方向に走査し続けていても差し支えない。その様子を図４（ｂ）に示す。必要な点はＸ線窓が停止していない状態でシャッターが開き、シャッターが開いている間はＸ線窓は停滞なく走査していて、少なくとも走査中にシャッターが閉じるということである。言うまでもないが、連続走査は露光回数５回に限るものではない。
【００５６】
（第３の実施の形態）
第１の実施の形態では、ＳＲビームをＳＲ軌道面に垂直な方向に、凸面型のミラーにて拡大して必要露光領域を一括照射する構成の装置例を示したが、本発明はそのような構成のＸ線露光装置に限るものでは無い。図５に別の実施形態によるＸ線露光装置の概略構成を示す。
【００５７】
図５に示す形態のＸ線露光装置においても、シンクロトロン放射光源１からの所望のＸ線を露光装置内に透過しかつ両者の圧力隔壁となりうるベリリウム窓箔５が用いられている。シンクロトロン放射光源１から放射された水平なＸ線ビームは可動ミラー３でシンクロトロン放射軌道面と垂直な方向にスキャンされ、Ｘ線窓箔４を透過する。Ｘ線窓箔４は窓枠５で固定され、窓枠５に伝達手段１２を介して接続したＸ線窓走査駆動装置１１により、シンクロトロン放射軌道面に対して垂直方向に走査可能になっている。
【００５８】
また、Ｘ線窓箔４を境界にＳＲ光源側と隔絶された露光装置内には、ウエハ７を保持し露光位置に移動させるウエハステージ８が配置され、ウエハ７の上方にはＸ線マスク６が保持されている。さらに、Ｘ線マスク６とＸ線窓箔４との間には一回の露光領域を規制する遮光部３２が配置されている。
【００５９】
また、装置外側にはウエハステージ８、Ｘ線窓走査駆動装置１１、およびミラー３を揺動するための駆動装置３３を制御するコントローラ１０が配置されている。
【００６０】
本例はミラーを揺動させることによってＳＲビームをＳＲ軌道面に垂直な方向にスキャン（走査）して所望の露光領域を得るいわゆるスキャン露光方式の場合に本発明を用いた例である。本発明の主旨はＸ線窓を走査させることであり、本例はミラーによってＳＲビームもスキャン（走査）させる例であるため、紛らわしくないようにＳＲビームについては「スキャン」という表現を用いる。ビームスキャンを用いた露光システムの場合、従来よりビームと共にＸ線窓を走査する例が提案されている。これらはＸ線窓をビームの大きさに近付けることによってＸ線取り出し窓の機械的強度を高くする目的で構成されている例が多い。本発明はこれら従来例とは明らかに違い、本発明においてはＸ線窓の形状はあくまでも一回の露光領域をカバーするものである。
【００６１】
Ｘ線露光装置の利点の一つとして露光画角を大きく得られるという点があり、ビームスキャンを行う理由の一つでもある。具体的には１回の露光面積はおおむね３０ｍｍ角〜５０ｍｍ角程度の範囲である。このような広い領域を露光するのにシートビームに近い形状のＸ線窓をシートビームと共に走査すると３０ｍｍ以上の走査距離が必要になる。真空隔壁を兼ねたＸ線窓をこのような長い距離にわたって走査する事は露光装置の機構に大きな負担となる。このような理由から、本発明では一回の露光領域をカバーする大きさのＸ線窓を用いる場合に限定する。そうなると走査する長さは露光むらを軽減するための必要最小限でよいので、走査装置は簡単なもので良い。また、ビームスキャンの方向や回数に関わらず、一回に露光でＸ線窓は一走査する。本例においても、先の実施形態に述べたように、露光開始直前にＸ線窓の走査が開始され、ビームスキャンが行われ、ビームスキャンが終わってからＸ線窓の走査が停止するようなシーケンスで処理される。
【００６２】
なお、これまで示した実施形態でも同様であるが、Ｘ線窓は少なくともその走査方向に、必要露光領域に加え露光中に走査する方向に走査する長さ分広い領域を持つ窓であることが好ましい。
【００６３】
（第４の実施の形態）
次に、Ｘ線露光の際に用いられるレジストやマスクの種類の違いによる露光条件が変わった場合や、ＳＲの蓄積電流が変化してＳＲの強度が変わった場合など露光時間が変化した場合の走査方法について説明する。
【００６４】
前述したようにベリリウム窓箔の厚みむらにはそれぞれ個体差があり周期もむらの大きさもまちまちである。さらに、透過率むらによって生じる露光Ｘ線の露光位置での強度むらは、ベリリウム窓箔の透過率むら周期のみならず、Ｘ線窓と露光位置（被露光体であるウエハ）との距離によって露光むらが強調される周期が存在する。これら露光むらの周期は、Ｘ線窓を含めた露光装置それぞれ固有のものと見なすこともできる。そうすると、おのずと露光むらを十分に小さくするために必要な、Ｘ線窓を走査させるべき長さ（距離）が決まってくる。つまり、Ｘ線露光むらを効果的に低減させるためには、単にＸ線窓を走査させるだけでなく、露光時間中に走査させる長さが重要になる。本例の冒頭で述べたように、Ｘ線露光においては諸事情により露光時間は変化する。このとき常に一定の速度で走査していては露光時間中に最適な走査幅を得ることができない。振動など与えていてはなおさら露光時間変化には対応できない。
【００６５】
そこで本発明においては、Ｘ線窓の走査駆動装置において窓の走査速度を露光時間にあわせて変化させる機能を付加した。これによって、露光時間が短い時にはＸ線窓の走査速度を大きくし、露光時間内に必要な長さ（距離）を走査する。また、露光時間が長くなった場合はＸ線窓の走査速度を遅くして所定の長さ（距離）を露光時間全部を使って走査するように調整する。
【００６６】
以上説明した第１から第４の実施の形態では、露光中にＸ線窓を停滞させることなく走査し、Ｘ線窓の存在位置確率を一定にすることによって、Ｘ線透過率むらに起因する露光位置でのＸ線強度むらを低減させる方法について述べた。
【００６７】
次の第５から第７の実施形態においては、露光むらを十分に小さくするために必要な、Ｘ線窓を走査させるべき長さ（距離）について述べる。
【００６８】
（第５の実施の形態）
図６は本発明の第５の実施形態によるＸ線露光装置の壁内の様子を示した断面図である。この図において、Ｘ線源（不図示）側と気密に絶縁するために露光装置の隔壁４３にはＸ線が通る開口部が形成され、この開口部に、ベリリウムからなるＸ線窓箔４１を固定した窓枠３２がベローズ４５を介して取り付けられている。ベローズ４５は窓枠４２と装置隔壁４３の開口縁部とを気密に接続し、かつ窓枠４２が移動可能となるように自由度を与えている。また、装置壁内にはウエハ４７を保持し露光位置に移動させるウエハ保持機構４８が配置され、ウエハ４７の上方にはＸ線マスク４６が保持されている。
【００６９】
また、上記のＸ線窓箔４１はシンクロトロン放射軌道面に対して垂直方向に微走査可能になっている。本例では、装置内側に設置されたモーターなどの走査機構４４に伝達手段４９を介して窓枠４２を接続することで、Ｘ線窓箔４１が上記の方向に微走査可能である。
【００７０】
従来例にて示したように、Ｘ線露光装置のＸ線窓によって露光位置にＸ線の強度むらが発生する現象が起こる。これはＸ線窓箔１１の厚みが均一でなく、厚みむらが存在することにより、Ｘ線の透過率が厚みに反比例するため強度むらとなる。
【００７１】
しかしながら本発明者らは、Ｘ線窓に近い位置での透過Ｘ線の強度分布と、Ｘ線窓からある程度離れた位置での透過Ｘ線の強度分布とに違いがあることに気がついた。つまり、Ｘ線窓箔４１と被露光体であるウエハ４７との距離によって、ウエハ４７上での露光Ｘ線の強度むらが変化するという現象を実験結果より発見した。特に１０μｍ〜１００μｍ程度の周期の露光Ｘ線強度むらが大きく検出され、Ｘ線窓箔４１とウエハ４７との距離によって、大きくなる露光Ｘ線強度むらの周期が変化する事が判明した。
【００７２】
このような現象は、Ｘ線がベリリウム窓箔を透過する際に、厚みの違いによって位相ずれがおこり、それがある程度離れた位置で互いに強めあったり弱めあったりする為に生じるという説明ができる。ベリリウム窓箔の厚みむらは実際には周期性がなくランダムであるため、いろいろな周期の重ね合わせとみなすこともでき、距離によってそれが強めあう周期のものが強く検出され、結果として距離の変化によって、強く検出されるＸ線強度むらの周期も変化すると考えられる。特に、この強く検出されるＸ線強度むらの周期は、Ｘ線の波長をλ、Ｘ線窓とウエハの距離をＬとすると、２＊λ＊Ｌの平方根付近であることが判明した。これは上記位相差を考慮した計算からも強めあう条件として導くことができる。実際、Ｘ線窓のごく近傍で測定したＸ線透過率むらが３％程度のものが、５００ｍｍ離れたウエハの場所ではＸ線強度むらが最大２０％程度になっている現象が確認されている。
【００７３】
ここで説明する発明の目的は、ベリリウム窓箔の厚みむらに起因する露光強度むらのうち、上記の理由で透過率むらに比べ露光強度むらが大きくなるような現象を緩和することに重点をおくことにより露光強度むらを低減することである。図７はベリリウム窓箔のＸ線の透過率むらが、ベリリウム窓箔からある程度離れた位置でＸ線強度むらになる様子を厚みむらの周期に応じて計算した例である。具体的にはベリリウム窓箔が正弦関数で与えたある一定の厚みむらを持つ場合、そのベリリウム窓箔から５００ｍｍ離れた位置でのＸ線強度むらの大きさを計算した結果を示す。
【００７４】
本例においては、ＳＲ−Ｘ線がＸ線窓箔を透過した後のＸ線の波長に対する強度分布の最大強度を持ついわゆるピーク波長が１ｎｍ程度であるので、その値を代表的な値とし波長１ｎｍにて計算を行った。また、光源は点光源とし、１％の透過率むらを想定して５００ｍｍ離れた位置での強度分布の最大値を計算した。同例によると、透過率むら（厚みむら）の周期が長くなればＸ線強度むらの大きさは透過率むらの大きさとほぼ等価になる。また、同図には示していないが透過率むらの周期が非常に短いと、その情報はぼやけてしまい、Ｘ線強度むらの大きさは透過率むらの大きさより小さくなり、透過率むらの影響は無くなる。しかし、図７において厚みむらの周期が１０μｍ〜１００μｍ程度の所では強度むらの大きさが透過率むらに比較して非常に大きくなっていることを示している。このピーク周期は２＊λ＊Ｌの平方根の値である３２μｍ程度のところにある。この計算例は単一波長で点光源を想定した結果であるため、強度むらの最大値は５５倍以上になっているが、実際は連続波長で光源が大きさを持つために強度むらは緩和されてこれほど大きく増幅されることはない。特に、シンクロトロンを光源に用いると、軌道面に沿って横に大きく広がった光源形状となるため、シンクロトロン軌道面方向には十分にぼかされて、強度むらの最大値はかなり小さくなる。この効果を利用して軌道面に垂直な方向にＸ線窓を走査させることによって効果的に強度むらを軽減できる。
【００７５】
これらの事から、Ｘ線窓とウエハの距離によって注目すべき周期の強度むらを決定でき、Ｘ線窓を走査させることによって露光Ｘ線強度むらを低下させる方法を用いる場合に、有効な走査幅を決定できる。
【００７６】
図８は正弦波を走査させた際にその振幅が平均化される様子を計算した例である。横軸は正弦波の周期の倍数、縦軸は振幅の比である。この計算例によれば、周期の１０倍程度の走査で振幅は１／６０程度、周期の３倍程度の走査で振幅は１／２０程度に平均化される。具体的にはＸ線窓の走査幅をピーク周期の１０倍程度の３００μｍにすると５０％以上あった強度むらが１％以下まで低下する。また、１００μｍの厚みむらの周期で１０％程度あった強度むら（図７参照）も、３００μｍのＸ線窓の走査幅で０．５％程度まで低下する。５００μｍの厚みむら周期で１．５％程度の強度むらも０．６倍の走査幅で０．５％程度になる。これらの計算により、Ｘ線窓の走査幅をピーク周期の１０倍程度にすれば、当初Ｘ線窓が持っている１％の透過率むらと同等まで強度むらを抑えることができる。本例では強度むらが計算上１％以下になるＸ線窓の走査幅として、ピーク周期の１０倍を下限とした。一回の露光の際にＸ線窓を停滞なく一走査させる場合は、露光開始直前から窓の走査を開始し露光終了後に窓を停止できるように、走査幅は上記数値よりやや大きくしておく方が無難である。この数値は本例の具体的な数値例に限らず、いわゆるピーク周期である２＊λ＊Ｌの平方根の１０倍の走査幅で全く同様の効果が得られる。
【００７７】
この、２＊λ＊Ｌの平方根の１０倍の走査幅は最低必要条件であり、この式による走査幅以上にＸ線窓を走査すれば強度むらの増幅作用は低減される訳であるが、大きければどんなに走査しても良いというものでもない。従来の問題点に記述したように、数ｍｍもの振幅をＸ線窓に与えると加振装置もそれなりに大きくなり、またベローズの疲労も心配となる。ベローズは一般的に規定の振幅に対して１００万回程度の耐性を持つように設計されているが、１０ヘルツで振動すると２８時間程度で１００万回を越えてしまう計算となる。１ヘルツでもその１０倍であり、とても量産機としては使えない。ところが、Ｘ線窓の走査幅をベローズの規定振幅の１／１０、あるいは１／１００にすると飛躍的に寿命が延びる。この点からも走査幅はより小さい方が望ましいことは言うまでもない。そこで本例の計算結果に注目すると、ピーク周期の３０倍程度の約１ｍｍの走査幅で元の強度むらが１／２００程度に低減される。つまり５０％あった強度むらも０．２５％となり元々の透過率むらの１／４まで小さくなる。また、厚みむらの周期が１ｍｍ程度であれば強度むらの増幅効果は無いに等しい。これ以上の走査幅で走査しても強度むらを低減させる効果はほとんど変わらないことから、ピーク周期の３０倍程度の走査幅でＸ線窓を走査すれば十分な効果は得られると判断できる。
【００７８】
以下の式に示すｄをＸ線窓の走査幅として走査させることによって、ベリリウム窓の透過率むらによる露光Ｘ線強度むらは大幅に改善できる。
【００７９】
【数１６】
0004261660.tif 000015
ここで、Ｌは窓からウエハまでの距離、λはＸ線窓透過後のＳＲのピーク波長である。
【００８０】
具体的な例として、ベリリウム膜の厚みむらは蒸着法にて作製されたベリリウム膜を用いることにより透過率むらを２％以内にする事は可能である。Ｘ線窓透過後のピーク波長が１ｎｍのシンクロトロン放射光を用い、真空隔壁を兼ねたＸ線取り出し窓からウエハまでの距離が５００ｍｍであれば、上記の式より３１６μｍ＜ｄ＜９４８μｍとなり、Ｘ線取り出し窓を５００μｍ程度の幅で走査させることでウエハ位置でのＸ線の強度むらは透過率むらと同等の２％程度にすることが出来た。
【００８１】
また、露光装置のコストをより低く抑えるためには、Ｘ線窓からウエハまでの距離ＬやＸ線窓透過後のＳＲのピーク波長λによらず、システムを共通化した方が良い。このように装置の自由度を高める観点から、想定されうるＸ線窓からウエハまでの距離ＬとＸ線窓透過後のＳＲのピーク波長λをすべて満足する走査幅がより好ましい。Ｘ線露光装置の構成で具体的に想定される数値を挙げるとＬは１００ｍｍ〜８００ｍｍ、λは０．５ｎｍ〜１ｎｍとなる。したがって、上記式より０．１ｍｍ＜ｄ＜１．２ｍｍの走査幅が装置コスト低減の上で好ましい。
【００８２】
（第６の実施の形態）
第５の実施の形態に対し、ベリリウム窓箔の少なくとも片面を表面研磨したものを用いることにより、１％以下の透過率むらを実現することが出来た。これを振動無しに露光装置のＸ線取り出し窓に用いると、最大８％程度の強度むらが発生する可能性がある。そこで、前式の範囲の幅にてＸ線窓を走査すると、全体の強度むらを１％以下にすることができた。
【００８３】
（第７の実施の形態）
図９は本発明の第７の実施形態によるＸ線露光装置のＸ線窓周辺の構成を示す断面図である。この図において、Ｘ線源（不図示）側と気密に絶縁するために露光装置本体４３のＸ線が通る開口部に、ベリリウムからなるＸ線窓箔４１を固定した窓枠３２がベローズ４５を介して取り付けられている。ベローズ４５は窓枠４２と装置本体４３の開口縁部とを気密に接続し、かつ窓枠４２が微走査可能となるように自由度を与えている。
【００８４】
このような露光装置は不図示の除振機構を備えている脚５２により床５１に固定されている。また、上記のベリリウム窓箔４１はシンクロトロン放射軌道面に対して垂直方向に微走査可能になっている。本例では、装置外側の床５１上に設置された走査装置４４に伝達手段４９を介して装置内部の窓枠４２を接続することで、Ｘ線窓箔４１が上記の方向に微走査可能である。また、装置本体４３には伝達手段４９が通る穴が形成され、この穴は伝達手段４９に固定されたフランジ５３とベローズ５４とで気密に封止されている。
【００８５】
このような構成は第１の実施の形態でも示したが、要するに走査機構４４を装置本体と切り離して設置することにより、装置本体４３の壁はＸ線窓の走査による振動の影響を全く受けない構成とする事ができる。本発明の主旨から、もともと振動の影響は少ないものの、この構成によってより振動を受けにくいＸ線露光装置を提供できる。
【００８６】
（第８の実施の形態）
Ｘ線窓に用いられる薄膜は、例えばベリリウムの場合はその薄膜成形過程において多くは圧延工程が用いられる。また、ベリリウムに限らず、薄膜を研磨する工程が用いられる場合もある。これらのような製造方法にて作られる際に、中には膜全体が全く均一な厚みとならない場合も大いに有りうる。Ｘ線窓を作製する際に、これらの箔の中から全く厚み変化のないものだけを選んで使うとすると、歩留まりが良くなく、コストが高くなってしまう。そこで、これら選別からはずれたもののうち、箔の厚み分布が一様に変化している場合、特に、一方向に向かって薄くなっているような箔は以下の条件の下において用いることができる。
【００８７】
まず、露光量制御可能なシャッターまたはビームスキャンの移動方向と膜の厚み変化の方向とを一致させ、露光時間を制御することによって膜の厚み変化による透過率差をなくす。これによって露光面全域に一様な露光量が確保される。次に、既に述べているように細かい周期の厚みむらを無くすために、露光中に一方向へ走査を行うが、本例の場合は走査の方向を限定する必要がある。それは、窓材の厚み変化の方向に垂直な方向である。つまり、シャッターまたはビームスキャンの方向と垂直な方向に走査する。このようにすることによって、大きな厚み変化を露光時間によって補正し、小さな厚み変化を窓走査によって均一化することができる。本発明を用いることによって、厚みの変化が一様になっているような窓材も有効に活用できる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、一回の露光において露光開始直前から露光終了直後まで停滞なく走査させる、あるいは走査させる機構を有することにより、Ｘ線窓の透過率むらが引き起こす露光むらを確実に均一に平均化させ、露光むらを低下させるという効果を奏する。
【００８９】
さらに、Ｘ線窓を規定の範囲の走査幅で走査することにより、Ｘ線窓と被露光体との距離によって透過率むらに比べて露光強度むらが大きくなる増幅作用が緩和され、効果的に露光強度むらを提供することが可能である。
【００９０】
さらに、ベローズを使用する場合はベローズにかかる負担も少なくなりベローズの寿命が量産機の使用に十分耐えるようになるという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるＸ線露光装置の略構成を示した斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のＸ線露光装置のＸ線窓周辺の構成を示した断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のＸ線露光装置においてＸ線窓が一方向に走査する場合の位置と、そのときの存在位置確率とを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のＸ線露光装置においてＸ線窓が一方向に走査する場合の位置を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態によるＸ線露光装置の略構成を示した斜視図である。
【図６】本発明の第５の実施形態によるＸ線露光装置の壁内の様子を示した断面図である。
【図７】Ｘ線露光装置のＸ線窓のＸ線透過率むらが、Ｘ線窓からある程度離れたウエハ位置でＸ線強度むらになる様子をＸ線窓の厚みむらの周期に応じて計算した例を示すグラフである。
【図８】正弦波を走査させた際にその振幅が平均化される様子を計算した例を示すグラフである。
【図９】本発明の第５の実施形態によるＸ線露光装置の壁内の様子を示した断面図である。
【図１０】従来のＸ線露光装置におけるＸ線窓周辺の構成を示す断面図である。
【図１１】図１０に示したＸ線窓が単振動する場合の位置と、そのときの存在位置確率とを示す図である。
【符号の説明】
１    シンクロトロン放射光源（ＳＲ光源）
２    放射Ｘ線ビーム（ＳＲビーム）
３    Ｘ線ミラー
４、４１    Ｘ線窓箔
５、４２    窓枠
６、４６    Ｘ線マスク
７、４７    ウエハ
８    ウエハステージ
９    シャッター
１０    コントローラ
１１    Ｘ線窓走査駆動装置
１２、４９    伝達手段
１３    シャッター駆動装置
２１、４３    隔壁
２２、２６、４５、５４    ベローズ
２３、５１    床
２４、５２    脚
２５、５３    フランジ
３１    可動ミラー
３２    遮光部
３３    ミラー駆動装置
４４    加振機構
４８    ウエハ保持機構
【図１】
0004261660.tif 000017
【図２】
0004261660.tif 000018
【図３】
0004261660.tif 000019
【図４】
0004261660.tif 000020
【図５】
0004261660.tif 000021
【図６】
0004261660.tif 000022
【図７】
0004261660.tif 000023
【図８】
0004261660.tif 000024
【図９】
0004261660.tif 000025
【図１０】
0004261660.tif 000026
【図１１】
0004261660.tif 000027