(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力の異なる２つの雰囲気を仕切るための薄膜と、該薄膜をその外周部において支持する支持部材とを有し、該支持部材における、前記２つの雰囲気のうち相対的に低圧の雰囲気の中に配される内周縁が、該内周縁の軸方向において、前記２つの雰囲気のうち相対的に高圧の雰囲気側から前記低圧の雰囲気側へ向かうにつれて内径および傾きが減少する曲面をなしていることを特徴とする圧力隔壁。
【請求項２】
前記曲面の曲率半径が、該曲面に沿った曲げによって薄膜の外周部に発生する引張り応力σｆと、前記２つの雰囲気の圧力差によって前記薄膜がたわむことによって該薄膜の中央と前記外周部とにそれぞれ発生する引張り応力σ1 とσ2 との差分とが等しくなるときの前記曲率半径より大であることを特徴とする請求項１記載の圧力隔壁。
【請求項３】
前記曲面の曲率半径が、前記低圧の雰囲気側から前記高圧の雰囲気側へ向かうにつれて増大していることを特徴とする請求項１または２記載の圧力隔壁。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１項記載の圧力隔壁と、該圧力隔壁を透過したＸ線によって露光される基板を保持する基板保持手段とを有することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線露光装置の露光室に用いるＸ線取り出し窓等の、圧力の異なる２つの雰囲気を遮断する圧力隔壁およびこれを用いた露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
荷電粒子蓄積リング等から放出されるシンクロトロン放射光、すなわちＳＲ−Ｘ線等を露光光とするＸ線露光装置は、大気によるＸ線の減衰を避けるために光源から露光室に到るビームダクト内を高真空に保ち、低真空またはヘリウムガス等の減圧雰囲気あるいは大気と同じ雰囲気の露光室と高真空のビームダクトの間には、両者の雰囲気を遮断するための圧力隔壁としてＸ線取り出し窓が設けられる。
【０００３】
Ｘ線取り出し窓は、Ｘ線の透過率の高い材料、例えばベリリウム、窒化シリコン、炭化シリコン、ダイヤモンド等で作られた薄膜を有し、この薄膜は、Ｘ線のエネルギー損失を避けるためにＸ線の透過率が高いことと、ビームダクトと露光室の圧力差に耐えるだけの機械的強度が要求される。
【０００４】
図６は、一従来例によるＸ線取り出し窓Ｅ0 を示すもので、これは、数μｍないし数十μｍのベリリウム箔１１１と、その外周部を支持するフランジ１１２を有し、ベリリウム箔１１１の外周部は、接着リング１１３によってフランジ１１２に固定されている。フランジ１１２は、Ｏ−リング１１４を介し、ボルト１１５によって、ビームダクト１０２のフランジ部１０２ａ等に固着される。
【０００５】
ベリリウム箔１１１は、前述のように、高真空に保たれるビームダクト１０２の圧力Ｐ1 と、ヘリウムガスの減圧雰囲気に制御される露光室側の圧力Ｐ2 との圧力差△Ｐに耐えるだけの機械的強度が必要であり、しかも、Ｘ線の透過率が高いことが要求される。すなわち、ベリリウム箔１１１の厚さを、前記機械的強度を確保できる範囲で、できるだけ薄くするのが望ましい。
【０００６】
一般的にヤング率Ｅの材料からなる非常に薄い膜に差圧ｐがかかって大きなたわみを生じるとき、その膜の厚さをｈとすると、半径ａの円形の膜の中心における引張り応力σ（ｒ＝０）と外周縁における引張り応力σ（ｒ＝ａ）はそれぞれ以下の式によって算出される。
【０００７】
σ（ｒ＝０）＝０．４２３・（Ｅ・ｐ2 ・ａ2 ／ｈ2 ）1/3 ・・・（１）
σ（ｒ＝ａ）＝０．３２８・（Ｅ・ｐ2 ・ａ2 ／ｈ2 ）1/3 ・・・（２）
そこで、前記圧力差△Ｐによってベリリウム箔１１１にたわみが発生したときのベリリウム箔１１１の中央の引張り応力σ1 ベリリウム箔１１１の破壊応力を越えないようにベリリウム箔１１１の厚さを設定するのが一般的である。
【０００８】
すなわち、ベリリウム箔１１１の破壊応力をσ0 、ベリリウム箔１１１にかかる圧力差△Ｐの許容値すなわち設計圧力をＰ0 とすると、必要な厚さＴは式（１）から以下のように表わされる。
【０００９】
Ｔ＞０．２７５・Ｐ0 ・ａ／σ0 ・（Ｅ／σ0 ）1/2 ・・・（３）
Ｘ線取り出し窓の設計においては、安全係数Ａを考慮して、以下の式を用いてベリリウム箔１１１の厚さＴ0 を選定する。
【００１０】
Ｔ0 ＝Ａ・０．２７５・Ｐ0 ・ａ／σ0 ・（Ｅ／σ0 ）1/2 ・・・（４）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術によれば、式（４）を用いてベリリウム箔の厚さを設定しても、実際には、設計圧力Ｐ0 より低い圧力差でベリリウム箔が破損することがあるため、安全係数Ａを大きくして設計しなければならない。このように設計圧力Ｐ0 以下で発生するベリリウム箔の破損は、その外周部を固定するフランジとの接触部において観察されるものであるが、単にフランジの角を面取りするだけでは防ぐことができない。
【００１２】
安全係数Ａを大きくとると、ベリリウム箔が必要以上に厚肉となり、Ｘ線の透過率を高くすることができず、エネルギー損失が大きくなって半導体製品等の生産性が低下する結果となる。
【００１３】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、機械的強度が充分であり、しかも極めて薄肉の薄膜を用いることができる圧力隔壁およびこれを有する露光装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の圧力隔壁は、圧力の異なる２つの雰囲気を仕切るための薄膜と、該薄膜をその外周部において支持する支持部材とを有し、該支持部材における、前記２つの雰囲気のうち相対的に低圧の雰囲気の中に配される内周縁が、該内周縁の軸方向において、前記２つの雰囲気のうち相対的に高圧の雰囲気側から前記低圧の雰囲気側へ向かうにつれて内径および傾きが減少する曲面をなしていることを特徴とする。
【００１５】
前記曲面の曲率半径が、該曲面に沿った曲げによって薄膜の外周部に発生する引張り応力σｆと、前記２つの雰囲気の圧力差によって前記薄膜がたわむことによって該薄膜の中央と前記外周部とにそれぞれ発生する引張り応力σ1 とσ2 との差分とが等しくなるときの前記曲率半径より大であるとよい。
【００１６】
前記曲面の曲率半径が、前記低圧の雰囲気側から前記高圧の雰囲気側へ向かうにつれて増大しているとよい。
【００１７】
【作用】
圧力の異なる２つの雰囲気を仕切るための薄膜の厚さは、その両面にかかる圧力差によってたわむときに薄膜の中央に発生する引張り応力に耐えることができるように設計される。前記圧力差によるたわみのために薄膜の中央に発生する引張り応力は、外周部の引張り応力より大であるが、外周部には、支持部材との接触による曲げのために発生する引張り応力が付加されるため、中央より大きな引張り応力がかかるおそれがある。
【００１８】
そこで、薄膜の外周部を大きな曲率半径を有する曲面に沿って支持する支持部材を設け、支持部材との接触による曲げのために発生する引張り応力を低減する。
【００１９】
薄膜の外周部に発生する引張り応力が中央の引張り応力を越えることなく、薄膜全体の引張り応力の最大値が中央の引張り応力であれば、前述のように薄膜の厚さを設計するときの安全係数を不必要に大きくする必要がない。
【００２０】
その結果、薄膜をより薄肉にして、Ｘ線の透過率等を増大させることができる。
【００２１】
このような圧力隔壁をＸ線取り出し窓等として用いることで、Ｘ線等を有効利用すれば、露光装置の生産性等を大きく向上できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は一実施例による圧力隔壁であるＸ線取り出し窓Ｅ1 とこれを用いたＸ線露光装置の一部分を示すもので、Ｘ線取り出し窓Ｅ1 は露光室１とビームダクト２の間に配設される。後述するように荷電粒子蓄積リング等の光源３（図３参照）から発生されたＳＲ−Ｘ線等のＸ線Ｌ1 は、超高真空に保たれたビームダクト２を通ってＸ線取り出し窓Ｅ1 から露光室１へ導入される。
【００２４】
露光室１内は、例えば０．２Ｐａ程度のヘリウムガスの減圧雰囲気に制御される。これは、Ｘ線の減衰を防ぎ、しかも、ヘリウムガスの対流によってウエハＷ1 等の放熱を促進するためである。
【００２５】
Ｘ線取り出し窓Ｅ1 は、数μｍないし数十μｍの薄膜であるベリリウム箔１１と、その外周縁を支持する支持部材であるフランジ１２を有し、ベリリウム箔１１の外周縁は、接着リング１３によってフランジ１２に固定されている。フランジ１２は、Ｏ−リング１４を介し、ボルト１５によって、ビームダクト２のフランジ部２ａ等に固着される。
【００２６】
ベリリウム箔１１は、前述のように、高真空に保たれるビームダクト２の圧力Ｐ1 と、ヘリウムガスの減圧雰囲気に制御される露光室の圧力Ｐ2 との圧力差△Ｐに耐えるだけの機械的強度が必要であり、しかも、Ｘ線の透過率が高いことが要求される。すなわち、ベリリウム箔１１の厚さを、前記機械的強度を確保できる範囲で、できるだけ薄くするのが望ましい。
【００２７】
そこで、前記圧力差△Ｐの許容値すなわち設計圧力Ｐ0 によってベリリウム箔１１にたわみが発生したときのベリリウム箔１１の中央の引張り応力σ1 から、前述の式（４）を用いてベリリウム箔１１の厚さＴ1 を設定する。
【００２８】
ところが、中央の引張り応力σ1 が破壊応力σ0 を越えない状況であっても、ベリリウム箔１１とフランジ１２の接触部における応力集中のために、ベリリウム箔１１の外周部が破損するおそれがある。そこで、フランジ１２の内周縁に所定の曲率半径Ｒの曲面を有する湾曲部１２ａを設け、該湾曲部１２ａの曲面をベリリウム箔１１の外周部に接触させて、曲面に沿って湾曲させることで、前記応力集中を防ぎ、ベリリウム箔１１の破損を回避する。
【００２９】
ベリリウム箔１１の外周部が湾曲部１２ａの曲面に沿って湾曲すると、これによって発生する引張り応力σｆが、露光室１とビームダクト２の圧力差△Ｐによるたわみのために発生する引張り応力σ2 に加算される。
【００３０】
そこで、フランジ１２の湾曲部１２ａの曲面の曲率半径Ｒを以下のように設定する。図２に示すように、圧力差△Ｐのためにベリリウム箔１１にたわみが発生し、ベリリウム箔１１の外周部がフランジ１２の湾曲部１２ａの曲面に沿って湾曲したとき、ベリリウム箔１１の外周部に発生する引張り応力σｔは、前記圧力差△Ｐによるたわみのために発生する引張り応力σ2 と、フランジ１２の湾曲部１２ａの曲面に沿って湾曲することによって発生する引張り応力σｆの和である。すなわち、
σｔ＝σ2 ＋σｆ・・・（５）
引張り応力σｆは湾曲部１２ａの曲面の曲率半径Ｒとベリリウム箔１１の厚さＴ1 から以下の式によって算出される。
【００３１】
σｆ＝０．５・Ｅ・Ｔ1 ／Ｒ・・・（６）
式（６）と式（２）から、
σｔ＝０．３２８（Ｅ・△Ｐ1/2・ａ1/2 ／Ｔ12）1/3＋０．５・Ｅ・Ｔ1 Ｒ・・・(7)
圧力差△Ｐが設計圧力Ｐ0 であるとき、ベリリウム箔１１の外周部に発生する引張り応力σｔがベリリウム箔１１の中央に発生する引張り応力σ1 より小であるためには、式（７）と式（１）から、
Ｒ＞５．２６３・（Ｅ2 ・Ｔ15／Ｐ02／ａ2 ）1/3 ・・・（８）
すなわち、フランジ１２の湾曲部１２ａの曲面の曲率半径Ｒを、式（８）を満足するように選定すればよい。
【００３２】
実際には、ベリリウム箔１１の外周縁よりやや内側で発生する引張り応力の方が大きいため、フランジ１２の湾曲部１２ａの曲面の曲率半径を前記低圧の雰囲気側から前記高圧の雰囲気側へ向かって徐徐に大きくするのが望ましい。
【００３３】
上記のように設定された曲率半径を有する曲面に沿ってベリリウム箔の外周部が湾曲するように構成すれば、ベリリウム箔の外周部に中央より大きな引張り応力が発生するおそれはない。ベリリウム箔の中央の引張り応力に基づいてベリリウム箔の厚さを設計すればベリリウム箔が破損するおそれはないから、従来例のように安全係数を不必要に大きくとる必要はない。すなわち、ベリリウム箔の必要厚さを縮小して、Ｘ線の透過率を大幅に改善できる。
【００３４】
図３はＸ線露光装置の全体を示す図である。光源３からビームダクト２内に放出されたシートビーム形状のシンクロトロン放射光であるＸ線Ｌ1 を、凸面ミラー４によって放射光の軌道面に対して垂直な方向に拡大する。凸面ミラー４で反射拡大したＸ線Ｌ1 は、Ｘ線取り出し窓Ｅ1 を経て露光室１へ導入され、図示しないシャッターによって露光領域内での露光量が均一となるように調整される。シャッターを経たＸ線Ｌ1 はマスクＭ1 に導かれる。基板であるウエハＷ1 は基板保持手段であるウエハチャック５に垂直に保持されており、マスクＭ1 に形成されている露光パターンを、ステップ＆リピート方式等によってウエハＷ1 上に露光転写する。なお、ウエハチャック５は、微動ステージ６ａと粗動ステージ６ｂを有するウエハステージ６によって６軸方向に高精度で位置決めされる。
【００３５】
次に上述したＸ線露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図４は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップＳ１１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップＳ１２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップＳ１３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いて基板であるウエハを製造する。ステップＳ１４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップＳ１５（組立）は後工程と呼ばれ、ステップＳ１４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップＳ１６（検査）ではステップＳ１５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップＳ１７）される。
【００３６】
図５は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップＳ２１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ２５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ２６（露光）では上記説明したＸ線露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップＳ２７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップＳ２８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ２９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００３８】
機械的強度が充分であり、しかも極めて薄肉の薄膜を用いることができる圧力隔壁を実現できる。このような圧力隔壁をＸ線の透過窓として用いることで、露光装置の生産性を大きく向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一実施例によるＸ線取り出し窓を示す模式断面図である。
【図２】  図１のＸ線取り出し窓が圧力差によって湾曲した状態を示す模式断面図である。
【図３】  Ｘ線露光装置全体を説明する図である。
【図４】  半導体製造工程を示すフローチャートである。
【図５】  ウエハプロセスを示すフローチャートである。
【図６】  一従来例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１    露光室
２    ビームダクト
１１  ベリリウム箔
１２    フランジ
１２ａ    湾曲部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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