JPH04157469A - 微細パターン転写方法およびその装置 - 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、微細パターン転写方法およびその装置、更に
詳しくいえば、マスクとウェーハの間に光学系を介在さ
せ、マスク上のパターンをウェーハ表面に、Ｘ線領域あ
るいは真空紫外領域のビームを用いて投影し、焼き付け
を行なう微細パターン転写方法および装置に関する。

【従来の技術】

半導体装置の製造において、マスク上に描かれた半導体
素子等の回路パターンをウェーハ上に転写する縮小投影
露光装置が一般に良く使用される。 この縮小投影露光装置は解像力が高く微細パターンが精
度良く転写できることが要求される。露光光の波長が短
いほど解像力が高くなるので紫外光やＸ線を用いる方法
が検討されている。しかし、波長が短かいほど露光光は
吸収されやすくなるので透過型レンズによる露光光学系
を実現するのは難しい。そこで、反射型露光光学系を用
いることが考えられている。 Ｘ線を用いることを前提とした反射型露光光学系を使用
した投影露光装置が特開昭６３−１８６２６号公報に記
載されている。上記投影露光装置は、マスクパターンを
ウェーハ上に転写する結像光学系の構成については詳細
に検討されていが、Ｘ線源からマスクを照射するための
照明光学系については充分には検討されていない。 一方、マスクとウェーハとを近接させてパターンを転写
する近接露光法においては、反射鏡を走査して露光領域
を拡大化する照明光学系が特開平０１−０９６６００号
公報に示されている。しかし、マスク全面を平行光で照
明することを前提としているので、上記特開昭６３−１
８６２６号公報に示されている投影露光装置の結像光学
系を用いる場合には必ずしも適切ではない。

【発明が解決しようとする課題】

一般に、Ｘ線を用いることを前提とした反射型露光光学
系を使用した投影露光装置においては、転写されるべき
マスクを照明するＸ線の方向はマスク上の位置によって
ビームの入射方向が異なり、かつこの方向が結像光学系
の構成により決まるものでなければ、従来例の結像光学
系の性能を充分に発揮することはできない。すなわち、
マスクを照明するビームの方向が結像光学系に整合しな
ければ所望の解像力は得られないことになる。また、結
像光学系を構成する反射鏡の反射面は通常多層膜で構成
されているので、所定の波長帯域幅以外のビームは反射
されず吸収される。その結果、結像光学系の温度上昇に
よる熱変形によって反射面の位置精度が劣化し、結像精
度も劣化する。特に、反射型の結像光学系では、面精度
と位置精度はいずれも透過型レンズ系に比べて厳しい精
度値が要求されるので、結像光学系のわずかな歪も解像
力の大幅な低下をもたらす。 以上のように、Ｘ線等を用いる従来の反射型縮小投影露
光装置では、マスク等の被転写体にビームを照射する部
分の照明光学系を含む露光システム全体の高性能化につ
いては充分な配慮がなされていなかった。 従って、本発明の第１の目的は、露光ビームとしてＸ線
領域あるいは真空紫外領域のビームを用いる反射型投影
露光装置において、結像光学系に整合した照明光学系を
持ち、結像性能が優れた微細パターン転写方法およびそ
の装置を提供することにある。 本発明の他の目的は露光ビームとしてＸ線領域あるいは
真空紫外領域のビームを用いる反射型投影露光装置の結
像光学系に露光ビームによる熱の発生を軽減した微細パ
ターン転写方法およびその装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本発明は、Ｘ線領域あるいは
真空紫外領域のビームを放射する光源と。 転写すべきパターンを形成された第１基板（マスク）と
の間に回転あるいは並進移動可能な反射鏡を含む照明光
学を導入し、マスクを照明するビームの方向が結像光学
系に整合するようにした。 また上記照明光学系に含まれる少なくても一つの反射鏡
を結像光学系の反射鏡と同じ帯域通過（バンドパスフィ
ルタ）特性を持つ反射鏡で構成とした。 上記ビーム反射器は多層膜、あるいは回折格子で構成さ
れる。

【作用］ 回転あるいは並進できる反射鏡を含む照明光学系は、マ
スク上の照明位置に応じてビームの照射方向を変化させ
る。上記ビームの照射方向は１反射型結像光学系の入射
瞳位置に一致させであるので、マスクを照明するビーム
の方向が結像光学系に整合され、結像光学系はその性能
を発揮する。 また、上記照明光学系に含まれる少なくとも一つの反射
鏡はバンドパスフィルターとしての機能もあるので、マ
スクおよび結像光学系に到達するビームの波長は、マス
クおよび結像光学系に設けた多層膜で充分反射する。し
たがって、照明光学系に比べてより高い位置精度が要求
されるマスクや結像光学系等に、結像に寄与しない波長
のビームを照射する量が軽減され、結像に寄与しない波
長のビーム吸収による熱の発生が軽減され、熱変形によ
る結像性能の劣化も防止される。 【実施例】 以下、本発明の実施例について説明する。 第１図は、本発明による微細パターン転写装置の１実施
例の要部構成を示す図である。 露光ビームとしてＸ線を用いた、Ｘ線源２ｏから放射さ
れた露光用ＸＩｉ！１は、照明光学系２を構成する反射
鏡３および反射鏡４で反射されて、第１の基板であるマ
スク５を照明する。第１図では、マスク５は反射面とな
っているが、透過型のマスクを用いることもできる。反
射鏡３および反射鏡４のうち少なくても一方は凹面鏡に
なっており。 反射鏡４は反射鏡駆動部１３により並進、回転駆動され
る。並進、回転駆動の詳細については後で説明する。マ
スク５上に形成されたパターン６は、凹面鏡７．凸面鏡
８、凹面射＠９および反射鏡１０から構成される結像光
学系１１を通して第２の基板であるウェーハ１２上に転
写される。つ工−ハ１２を搭載したテーブル１７は、テ
ーブル駆動手段１８によってウェーハ１２面内の２次元
方向及び３次元方向に移動できるので、上記パターン転
写とテーブルの定寸移動を繰り返すことにより、ウェー
ハ全面にマスクパターン６が縮小転写される。ここで、
照明系２の反射鏡４の反射面は写像に寄与する特定の波
長領域のビームのみを反射するバンドパスフィルタ機能
を持つ多層膜構造体で構成される。結像光学系１１の反
射鏡の形状や多層膜の構造は従来知られているもの（例
えば。 上記特開昭６３−１８６２６号公報に記載されている結
像光学系）と同様のものが使用される。ここで照明系２
の反射鏡のバンドパスフィルタ機能は結像光学系１１の
反射鏡のバンドパスフィルタ機能と等しいことが望まし
いが、少なくとも、結像光学系１１でのビーム吸収によ
る熱発生を軽減するように反射波長領域を設定すれば良
い。 照明系２の反射鏡４の反射鏡駆動部１３による制御は次
のように反射型走査光学手段を構成する。 第２図は、マスク５上３カ所の代表点を照明するＸ線と
、マスク５で反射するＯ次回折光の光線経路を第２図に
示す。 Ｘ源２０からのＸ線１は反射鏡３によって反射され凹面
反射Ｉｍ！４によって収束されながらマスク５表面に照
射される。反射鏡４はマスク５表面を照射するビームが
向きを、マスク５表面からの反射ビームの方向が、上記
結像手段の、マスク５から見た入射瞳位置１４の方向と
なるように制御さ−れる。即ち、反射鏡４により並進、
即ち紙面の上下方向、回転運動、即ち紙面と垂直方向を
回転軸として紙面方向に回転するので、マスク５を照明
するＸ線は常に光軸上の所定の点１５に向かって進む０
反射鏡４の移動に従って、Ｘ線ビームはマスク５上を走
査することになり、反射鏡４を含む照明光学系２及び反
射鏡駆動部１３は反射型走査光学手段を構成することに
なる。 点１５は１反射型マスク５のパターン面１対して結像光
学系１１の入射瞳面１４の中心位置と鏡像の関係にある
。従って、マスク５で反射するＸ線ノうちパターン６に
より得られるＯ次回先光は常に入射瞳１４の中心位置に
向かうことになる。 その結果、±１次以上の高次回折光も対称に入射瞳に入
るので所望の結像性能が得られる。もし、マスク５を照
明するＸ線１の方向が上記とは異なると、±ｎｎ次回先
光ｎ＝１．２．・・・）の正負のどちらか一方が欠落す
るおそれがあるので結像性能が劣化する、即ちパターン
６の正確な像が得られない、一般には、結像光学系１１
の入射瞳１４の位置はマスク５上の着目する点の位置に
応じて変化する。この場合も、駆動手段１３によって並
進、回転移動する反射［４の姿勢を制御して、マスク５
を照明するＸ線の方向が、マスク５上の位置に応じた入
射瞳１４の方向とすればよい。 さて、第１図に示す実施例においては１反射鏡３は固定
し、かつ表面を多層膜構造として、波長が約１４ｎｍの
Ｘ線が最も反射しやすい構成とした。他の波長領域のＸ
線は吸収されて熱源となるが、固定された反射＠Ｓの裏
面は常に冷却されているので、熱変形はほとんど生じな
い。また、反射鏡４に冷却手段を設けても良い。反射＠
３で反射されたＸ線は１４ｎｍを中心とする狭い波長領
域のＸ線であるので、照明系に比較して特に精度。 熱に対しての安定が要求されるマスクや結像光学系の多
層膜反射面ではパターンの投影に必要な波長成分のみを
効率良く反射する。したがって、熱変形によるパターン
転写精度の劣化もほとんど生じない。マスク５や結像光
学系１１の温度管理が必要なことは言うまでもないので
、必要に応じてマスクや結像光学系を冷却するする手段
を付加しても良い。 反射鏡駆動手段１３を用いてのマスク５の照明は、上述
の反射鏡４によってビームが向きが、上記結像系１１の
、マスク５から見た入射瞳位置１４の方向となるように
する他に、マスク５上あるいはウェーハ１２上で照度分
布が均一になるように反射１Ｉｔ４を回転あるいは並進
移動あるいはその両方の速度を制御することにより行な
われる。 反射ａｍ駆動手段３を制御することによって、マスク５
を照明するＸ線１の走査速度を変化させることができる
ので、マスク５全面に照射する照明用Ｘ線の強度分布を
制御することができる。第１図に示す実施例においては
、ウェーハ１２を搭載するテーブル１７上の、ウェーハ
搭載位置とは異なる位置に、Ｘｌｉの照射量を検出する
検出器１６を設けた。検出機１６を用いると、例えば、
マスク、あるいは照明光学系２や結像光学系１１を構成
する反射鏡表面の部分的な劣化により生じるウェーハ面
上でのＸ線強度分布の不均一性を検出する。検出器１６
は、ピンホールを１個設けたＸ線遮光板でおおわれたフ
ォトセンサであり、テーブル１７を２次元あるいは３次
元方向に移動させながらピンホールを通過したＸ線の強
度を検出することにより、ウェーハ面上に到達するＸ線
の強度分布を検出する。検出機１６の出力はテーブル駆
動手段１８の位置情報とともにマイクロブロッセサ１９
に入力される。マイクロプロッセサ１９は検出結果に応
じて、不均一分布を考慮した走査速度を決定し、反射鏡
駆動部１３に制御信号を送り、反射鏡駆動部１３はＸ線
走査速度を変化させることにより、ウェーハ上での照度
分布を均一になるように反射鏡４の平進速度５回転角を
制御することにより走査速度を制御する。 なお、第１図の実施例には、簡明のため、示されていな
いが、マスク５とウェーハ１２の位置合わせのための光
学測定手段は当然付加されるものである。 以上、本発明の１実施例について説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではない。 上記実施例は露光光としてＸ線を用いる例を示したが、
真空紫外領域のビームを用いる場合も、光学系の装置構
成は第１図と同様である。真空紫外領域のビームを用い
る場合は当然、装置は真空容器内に装着される。ただし
５反射面は必ずしも多層膜構造としなくてもよい。 また、照明光学系２を１個の反射鏡で構成して、その反
射鏡を回転あるいは平行移動させることにより、Ｘ線を
所定の方向に偏向させても良い、照明光学系２を３個以
上の反射鏡で構成してもよい。 しかし、反射鏡の数を増やすとマスク５を照明するＸ線
の強度は弱くなるので、反射鏡は少ない方が望ましい。 更に、露光波長を厳選したい場合は、照明光学系２の少
なくても１個の反射面を回折格子で構成しても良い。

【発明の効果】

本発明によれば、Ｘ線あるいは真空紫外光等のマスクを
照明するビームの方向をマスク上の位置に応じて変化さ
せる照明手段を設けることによって、反射型結像光学系
の結像性能を充分に引き出し、精度の高い微細パターン
転写が可能となった。 また、照明光学系に多層膜からなる反射型バンドパスフ
ィルタを導入して波長領域を限定したので、マスクや結
像光学系の温度上昇による精度劣化を防止できるように
なった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による微細パターン転写装置の１実施
例の要部構成を示す図、第２図は、本発明による微細パ
ターン転写装置の実施例における反射鏡と代表的なビー
ムの進行経路を示す図である。 符号の説明 １・・・露光用Ｘ線、２・・・照明光学系。 ３．４・・・照明用反射鏡、５・・・マスク、７・・・
凹面鏡、８・・・凸面鏡、９・・・凹面鏡、１１・・・
結像光学系、１２・・・ウェーハ、１３・・・反射鏡駆
動部、１４・・・結像光学系の入射瞳、１６・・・照射
量検出器。 代理人弁理士　　　薄　１）利　幸

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｘ線領域あるいは真空紫外領域のビームを放射する
   光源を用い、上記ビームを所定の方向に反射させるよう
   に構成した光学系で第１の基板を照明し、上記第１の基
   板から透過あるいは反射して射出するビームを集光する
   結像光学系を用いて上記第１の基板上に描かれているパ
   ターンを第２の基板上に縮小転写することを特徴とする
   微細パターン転写方法。 ２、Ｘ線領域あるいは真空紫外領域のビームを放射する
   光源と、上記ビームを所定の方向に反射させて第１の基
   板を照明する照明手段と、上記第１の基板から透過ある
   いは反射して射出するビームを集光して前記第１の基板
   上に描かれているパターンを第２の基板上に縮小転写す
   る結像手段とを有することを特徴とする微細パターン転
   写装置。 ３、請求項第２記載において、上記照明手段が１又は複
   数の反射鏡を有して構成されたことを特徴とする微細パ
   ターン転写装置。 ４、請求項第３記載において、反射鏡の少なくても一つ
   の反射鏡は、並進あるいは回転の少なくとも一方を行な
   う反射型走査光学手段を構成することを特徴とする微細
   パターン転写装置。 ５、請求項第２記載において、上記照明手段を構成する
   反射鏡の反射面がバンドパスフィルタ機能を持つ多層膜
   を有して構成されたことを特徴とする微細パターン転写
   装置。 ６、請求項第２記載において、上記照明手段によってビ
   ームが向きを変える所定の方向が、上記結像手段の、第
   １の基板から見た入射瞳位置の方向であることを特徴と
   する微細パターン転写装置。 ７、請求項第２記載において、上記第２の基板上あるい
   は上記第２の基板上に対応する位置における上記ビーム
   の照射量を検出する手段と、上検出手段により得られる
   検出結果に応じて上記反射型走査光学手段の走査速度を
   制御する制御手段を設けたことを特徴とする微細パター
   ン転写装置。