JPH02174111A

JPH02174111A - Ｘ線投影露光装置

Info

Publication number: JPH02174111A
Application number: JP63328766A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kurihara; 健二栗原; Hiroo Kinoshita; 博雄木下; Tsutomu Mizota; 勉溝田; Nobuyuki Takeuchi; 竹内　信行; Yasuhiro Torii; 鳥居　康弘
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1988-12-26
Filing date: 1988-12-26
Publication date: 1990-07-05
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JP2689341B2

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、半導体集積回路製造における微細パタン形成
に用いられるＸ線投影露光装置に関し、特に軟ＸＩ＃露
光装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ＸＮマスクを用いたＸ＃！露光方式は、微細性。

生産性の点で電子ビーム露光等よ）も優れている０従来
この方式では、Ｘ！ＩｓＫ対して透明な膜の上に形成し
たＸ線を吸収するパタンを加工した透過型のＸ線マスク
が用いられる。Ｘ線マスクは、レジストを塗布したウェ
ハに対して数１０μｍの微小な間隔をおいて設置され、
均一にＸｉが照射される。これにより、Ｘ線マスクを透
過したＸ線によりレジストが感光し、レジストを現像す
れば、レジストパタンが得られる。ところで、この従来
方式では、等倍転写であるためにＸ線マスクのパタン描
画に用いる電子ビーム露光装置のパタン積度以上の転写
精度は得られない。また、ＸＮマスクのＸ線を吸収する
パタンを支持している膜はＸ線透過率を確保するために
、２μｍ程度ときわめて薄いものが用いられるため大面
積のＸ線マスクの製造は困難が多い等の問題をきたして
いる。

そこで、このような問題を解決するために、シンクロト
ロン放射光を利用したＸ線縮小投影露光方式（木下ほか
：第４７回応用物理学会講演予稿集１９８６年１０月、
ｐ３２２．２８ｐ−ＺＦ−１５）が検討されている。第
７図にその光学系の概略構成図を示す。ここで、ＴＯは
マスク、Ｔ１はスリット、Ｔ２は反射ミラー光学系、７
３はウェハ、７４は試料ステージ、７５は主光線である
。この方法は、マスクＴＯの像をシュワルツシルト光学
系からなる反射ミラー光学系７２によシレジストを塗布
したウェハ７３上に縮小投影して露光を行うものである
。マスク７０としては透過型マスク、反射型マスクの２
ｓ類が考えられている。ところで、Ｘａａ小投影露光で
用いられる反射型マスクや反射ミラー光学系には、Ｘ線
の反射率を高めるため特定の波長のＸ線を反射する多層
膜を表面にコーティングしたものが用いられる。このと
き、多層膜には、例えば、タングステンＷ／カーボンＣ
やモリブデンＭｏ／シリコンＳｉというように、重原子
と重原子を対としたものが用いられる。そして、多層膜
の形成間隔は、Ｘ線波長と入射角から、ブラッグの回折
条件よシ決まることが知られている。

また、シュワルツシルト光学系のほかに、従来、第８図
のような光学系（例えばに、Ｈｏｈ　ａｎｄ　Ｈ。

Ｔａｎ１ｎｏ：Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ。

ｖｏｌ、４９　Ｎｏ、１２（１９８５）ｐ４７−５４）
が考えられている。ここで、８０は反射ミラー光学系、
８１は主光線、８２はマスク、８３は試料面である。

これは、３枚のミラー８０１〜８０．による光学系８０
で構成されており、よシ低収差の光学特性が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来のシュワルツシルト光学系を用いた反射ミ
ラー光学系では、ウェハＴ３つまり試料面への主光線の
入射方向は第７図のように斜めとなる。主光線７５が像
面である試料面に斜めに入射すると、試料面が所定の位
置からずれたときを考えると、投影されたパタンの位置
にずれが生じる。例えば、主光線が、入射角２０で試料
面に入射した時を考える。ここで試料面が１μｍ上下に
ずれたとすると、露光されるパタン位置は、設計位置よ
り０．３６μｍずれる。微細パタンの露光では、きわめ
て高精度な位置合わせ精度が蓑求されるので、試料面上
下変動によるパタン位置誤差は無視することができない
。ウェハは、試料台の傾きやウェハ自体反シや素子の段
差を考えると、１μ哨度以下の平坦度を得ることは、実
際上きわめて困難である。したがって、従来の光学系で
は、高精度な位置合わせを実現することが困難であると
いう問題がある。

一方、紀８図のように３枚のミラーによる反射ミラー光
学系８０で、主光線８１を垂直に試料面８３に入射させ
る光学系もあるが、Ｘ線の反射回数が増えるという問題
が生じる。すなわち、Ｘ線反射ミラーに用いる多層膜反
射面のＸ線反射率はあまシ大きくとることができないの
で、試料に入射するｘｇ強度が小さくなシ、露光時間が
増大してスルーグツトが小さくなる問題がある。特に反
射マスクを用いるときは、４回反射にもなるため、スル
ープット低下が無視できないという問題がある０〔昧題？解決するための手段〕上記の問題点を解決するために、本発明は、Ｘ線を用い
てマスク上のパタンを試料面に投影し露光するＸ線投影
露光装置において、Ｘ線を集光して前記マスクを照明す
る集光ミラーと、該集光ミラーよりの主光線を前記試料
面にほぼ垂直に入射させるように１枚或は２枚の非球面
ミラーまたはその２枚ミラーのどちらか１つが球面ミラ
ーから構成された反射ミラー光学系を備えたものである
。

〔作用〕

本発明においては、集光ミラーは、入射Ｘ線を集光して
、反射ミラー光学系の光軸上の一点に集光するようにマ
スクを照明する。そして、この反射ミラー光学系は、マ
スク上のパタンを主光線が試料面にほぼ垂直に入射する
ように投影することができる。このとき、反射ミラー光
学系は、マスク上のパタンからの反射または透過Ｘ線を
試料上に所定の倍率で投影する。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明によるＸ線投影露光装置の一実施例を示
す概略構成図である。同図において、１０は光源（図示
せず）よシ放射されるシンクロトロン放射光、１１は集
光ミ？−１２はスリット、１３はマスク、１４はマスク
ステージ、１５は反射ミラー光学系、１６はウェハ、１
７は試料ステージである。ここで、シンクロトロン放射
光１０が集光ミラー１１に入射されると、この集光ミラ
ー１１はその入射光を集光してマスク１３上のパタンを
照明する。すなわち、集光ミラー１１はトロイダルミラ
ーで構成されておシ、シンクロトロン放射光１０の光源
像を反射ミラー光学系１５の光軸２上のある点Ｚａに向
かって結像させるようにして集光する働きをする。この
様子を第２図に示す。同図において第１図と同一符号は
閤−または相当部分を示し、２０はマスク１３上の照射
領域、２１は光軸である。ここでは反射型のマスク１３
を用いた例を示す。シンクロトロン放射光１０は扇状に
広がった放射分布を持っていて、垂直方向Ｙの幅線狭い
が、水平方向Ｘの幅は広くとることができる。したがっ
て、スリット１２で成形されたマスク照射領域２０は、
後で述べるように横長の円弧状領域となるようにする０
また集光ミ２−１１によシ、光軸２１上にシンクロトロ
ン放射光１０を水平方向、垂直方向とも、はぼ−点Ｚａ
に向かって集光させる。そのマスク照射領域２０を第３
図に示す。

第３図において第１図ないし第２図と同一符号は同一ま
たは相当部分を示し、３０はマスク１３つまシマスフ基
板１３上に形成されるパタン領域、３１はスリット１２
上でのシンクロトロン放射光ビーム形状でオシ、パタン
領域３０はＬＳＩの１チップ分のパタンか形成されてい
る。ここで、マスク１３上の照射領域２０は、光軸を中
心とした円弧状のスリット１２を介して得られる円弧状
の細長い照射領域である。そして、この照射領域２０は
、転写するパタンか存在するパタン領域３０の横力向領
斌を十分覆うようにする。このとき、縦方向の照射領域
は、反射ミラー光学系１５の収差の許容値の満たす必要
があるため、横方向に較べて狭くとる。この領域を通る
光線は光軸に対して回転対称であるため、収差は円弧方
向に均一になる特長がある。縦方向の照射領域は狭いの
で、後で述べる方法で、マスク１３を矢印１８の縦方向
に走査することで照射領域２０を走査することによシ大
面積を露光することができる。そして、マスク１３上の
パタンの反射Ｘ線の像は、反射ミラー光学系１５によシ
ウエハ１６上に縮小されて投影される。このウェハ１６
へ入射する主光線Ｌ１該ウェハにほぼ垂直になるように
、集光ミラー１１による集光点の位置を決め、あらかじ
め低収差となる反射ミラー光学系１５を設計しておく０
このとき、反射ミラー光学系１５のミラー面は多層膜を
形成して、特定波長のＸ線に対する反射率を高めておく
。例えば、露光に用いるＸ線の波長を、レジスト中のカ
ーボン（Ｃ）による吸収が少ない波長５０叉程度とする
と、Ｗ／Ｃ，Ｒｈ／Ｃ，Ｒｕ／Ｃ，Ｃｒ／Ｃ，Ｒｅ／Ｃ
，Ｏｓ／Ｃ，Ｉ　ｒ／Ｃ等の多層膜は反射率が大きくで
きるので、反射ミラー用として望ましい。ウェハ１６に
はＸ線に感光するレジストが塗布されてお夛、マスクス
テージ１４．試料ステージ１７を同期して走査しながら
、マスク１３上を順次レジストに転写していく。これに
より、マスクステージ１４．試料ステージ１７は光学系
の縮小率と同じ比率で同期し々がら走査させる。また、
パタンの位置合わせは、マスク１３．ウェハ１６にあら
かじめマークを形成しておき、レーザー等の手段でマー
ク位置検出をすることで行う。なお、第１図中１９はウ
ェハ１６の走査方向を示す。

つぎに、上記実施例のＸ線投影露光装置の反射ミラー光
学系の具体例を示す。この反射ミラー光学系１５は、そ
の倍率を１１５とし、　２枚の凸ミラー１５１．凹ミラ
ー１５□から成り頂点の曲率半径ＲＯをそれぞれ５００
ｍ５＋とする非球面ミラーから構成されている。ここで
、各ミラー１５＋、１５２の曲率半径Ｒｏを同じとした
のは、ペッツバール和をゼロとして、像面を平坦にする
ためである０また、収差補正は、３次収差が小さくなる
付近で、非球面形状、ミラー間隔等を変えて、高次収差
とのバランスを考慮して全収差が小さくカるようにする
。この場合、Ｘ線領域では回折の影響が少ないため、Ｎ
Ａ（開口数）は光に較べて小さくすることができるので
、ＮＡの３乗できく球面収差は小さい。そこで、特に、
コマ収差と非点収差を小さくするように、非球面形状の
初期値を選んで最適設計を行う。特に第４図に一例を示
すように２枚の凸ばツー１５．．凹ミラー１５重のミラ
ー間隔りを、Ｒｏ／２よシ大きく　（Ｌ／ＲＯ＞０．５
）選ぶことで収差を小さくすることができる。この例で
は、ＮＡ＝０．０１　、０．００５、像高は５０■とし
たときの特性１．ｎをそれぞれ示す。ただし、Ｌ／ＲＯ
が１に近づいてくると収差は小さいが、像面がミラー光
学系の中になってしまうので、実用的ではない。Ｌ／Ｒ
Ｏ）０．５の条件のときは、光軸２上の点Ｚａを凸ミラ
ー１５．の後方にすると、ウエノ１１６つまシ試料面へ
の垂直入射の条件が得られる。ここでは像高は５０ｍと
した。この考えに基すいて設計例を示すと、ミラー間隔
Ｌ＝４００−とすると、非球面係数には、凸ミラーかに
＝１３．３５　、凹ミラーかに＝ｏ、ｏ　８１１の楕円
面となる０なお、２次の非球面形状は、ｚ＝ｈ”／（１＋　１−（ｋ＋１）ｈ”／Ｒｏ”）／Ｒ
。

で表わされる０ただし、ｈは軸高、２は光軸方向の座標
である。光学長は６８９ｗ５である。この収差特性の一
例を第５図囚に示す。ここで、Ｘ線の波長λを５ＯＡに
選ぶと、回折による像のぼけｄは、ｄ＝ｏ、５λ／ＮＡ
の関係から、ＮＡ＝０．０１２５とするとｄ＝＝０．２
μｍとなる。ＮＡ＝０．０１２５とすると、光学系の収
差はＸ、Ｙ方向とも０．１μｍ以下となシ、回折による
ほけが支配的になることがわかる。

また、ＮＡ＝０．０２５としても収差は０．２μｍ以下
である。この例では、横方向の露光領域は、１５ｍ程度
となることが可能である。

また、別の例として、凸ミラー１５１．凹ミラー１５宜
　ともＲＯ＝３００日として、Ｌ＝２５０鴇とすると、
非球面係数を凸ミラーで、ｋ＝１０．６７、凹ミラーで
に＝ｏ、ｏ　９４とすると、光学長を４０７．６ｍと小
さくすることもできる。このときの収差は、第５図（Ｂ
）に示すように、ＮＡ＝０．０６と大きくしても０．２
μｍ以下と小さいが、歪は上記実施例よ９３倍はど大き
く、スリット幅は大きくとれなくなる。

カお、収差は多少大きくなるが、どちらか１枚のミラー
を球面とすることもできる。また、２枚の凸ζラー、凹
ミラーの曲率を同じでなく、数％程度変えても、ある程
度までは収差を小さくすることができる。ここでは、２
次曲面を用いた例を示したが、さらに高次の曲面を用い
ることもできる。

このようなことから、本発明の構成を基に、種々の２枚
ミラーによる光学系を設計することができる０このように１上述した実施例のＸ線投影露光装置による
と、シンクロトロン放射光１０を集光しマスク１３を照
明する集光レンズ１１と、凸、凹２枚の非球面ミラーを
用いて該ミラーの曲率半径をほぼ同じとしかつミラー間
隔を曲率半径の１／２以上にした反射ミラー光学系１５
を備え、集光ミニ７−１１によシ、反射ミラー光学系１
５０光軸２上の一点に向かってシンクロトロン放射光１
０を集光してｉスフ１３上のパタンを照明する。そして
該パタンを、反射ミツ−光学系１５によシ主光線がウェ
ハ１６面（像面）にほぼ垂直に入射するように縮小投影
することにより、このウェハ面の上下変動によるパタン
０位置ずれが生じることはなくなシ、高精度なパタン位
置精度が得られる。

また、シンクロトロン放射光を用いる場合、本実施例の
ように円弧状の露光領域であれば、光の分布が横長であ
シ、照明しやすく、２次元に広い領域を照射する必要が
なく、均一な光強度が得やすい。また、２枚の非球面ミ
ラーからなる反射ミラー光学系１５を用いることによっ
て、ウェハへの垂直入射の条件を確保しつつ、低収差を
得ることができる。さらに、そのミラー枚数が２枚と少
ないので、多層膜ミラーの反射率による光強度の低下は
、従来よシ小さく高速にパタン転写を可能とする利点も
ある。ま之、２枚ミ２−のように偶数枚では、マスク１
３とウェハ１６の位置が光学系をはさんでそれぞれ反対
側になるので、ウェハ１６の試料ステージ１Ｔがマスク
１３からの反射や透過Ｘ線を遮ることがないので、装［
構成の点で・有利であシ、大口径のウェハへのパタン転
写が容易にできる等の利点を有する。

なお、以上の実施例では、シンクロトロン放射光を用い
た例を示したが、レーザプラズマＸ線源。

電子線励起Ｘ線源等地のＸ線源を用いても同様である。

そのほか、光源としてＸ線だけでなく真空紫外光を用い
ることも可能である。

また、解像度があまシ要求されなければ、第６図に示す
ように、１枚の非球面ミラーを用いても装置を構成する
ことができる。ここで、６０は主光線、６１は集光ミラ
ー　６２はスリット、６３はマスク、６４は１枚の非球
面ミラーからなる反射ミラー光学系、６５は試料面であ
る。このときは、集光ミラー６１の集光点Ｚａが反射ミ
ラー光学系６４の焦点付近になるように集光すれば、は
ぼ垂直入射の条件とすることができる。

さらに、マスクとしては反射型マスクを用いた例を示し
たが、波長５０Ａ程度では、Ｃ（カーボン）、波長７０
Ａ程度ではＢＣ（ボロンカーバイド）等材料主としたメ
ンブレンを用いた透過型マスクは、構成材料のＸ線吸収
端付近を少し越えた波長帯で透過率が大きいので、同様
に用いることができる。透過型マスクを用いる場合でも
、集光ミラーがマスクの反対側に位置するだけで、反射
ミラー光学系自体は、反射型マスクを用いた時と全く同
様でよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のＸ線投影露光装置は、Ｘ
線を集光する集光ミラーと、１枚或は２枚の非球面ミラ
ーまたはその２枚ミラーのどちらか１つのミラーが球面
からなる反射ミラー光学系を具備し、前記集光ミラーに
よシ、その反射ミラー光学系の光軸上の一点に向かって
Ｘ線を集光してマスク上のパタンを照明し、該パタンを
、前記反射ミラー光学系によシ主光線が試料面にほぼ垂
直に入射するように投影することによシ、その試料面つ
まりウニへ面の上下変動によるパタンの位置ずれが生じ
ないので、高精度なパタンの位置精度が得られる。また
、反射ミラー光学系のミラー枚数が１〜２枚と少ないの
で、多層膜ミラーの反射率による光強度の低下は従来よ
シ小さく、高速にパタ／転写が可能になると共に、２枚
の非球面ミラーを用いることによって、ウェハへの垂直
入射の条件を確保しつつ、低収差を得ることができる等
の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＸ線投影露光装置の一実施例の概
略構成図、第２図はその実施例の集光法を説明するため
の図、第３図は同じく上記実施例のマスクの照射領域の
説明図、第４図及び第５図はそれぞれ上記実施例の反射
ミラー光学系の収差とミラー間隔の関係を示す特性図及
び収差特性図、第６図は本発明の別の実施例による１枚
の非球面ミラーを用いた光学系の概略図、第７図、第８
図はそれぞれ従来のＸ線投影露光装置の例を示す概略図
である。１０・・・−シンクロトロン放射光、１１，６１・・・
９集光ミラー　１２，６２・・・・スリン）、１３，６
３・−・・マスク、１４＠・・・マスクステージ、１５
．６４＠・・・反射ミラー光学系、１５．・噂・・凸ミ
ラー　１５．・・・・凹ミラー　１６・ｅ・・ウェハ、
１７１１・・・試料ステージ。第２図第３図ｎＯ第４図０．５Ｌ／Ｒ。第５図

Claims

【特許請求の範囲】

Ｘ線を用いてマスク上のパタンを試料面に投影し露光す
るＸ線投影露光装置において、Ｘ線を集光して前記マス
クを照明する集光ミラーと、該集光ミラーよりの主光線
を前記試料面にほぼ垂直に入射させるように１枚或は２
枚の非球面ミラーまたはその２枚ミラーのどちらか１つ
が球面ミラーから構成された反射ミラー光学系を具備す
ることを特徴とするＸ線投影露光装置。