JP2002075827A - X-ray projection exposure system, method therefor and semiconductor device - Google Patents
X-ray projection exposure system, method therefor and semiconductor deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＸ線光学系
等のミラープロジェクション方式によりフォトマスク
（マスクまたはレチクル）上の回路パターンを反射型の
結像光学系を介してウエハ等の基板上に転写する際に好
適な装置であるＸ線投影露光装置および該Ｘ線投影露光
装置を用いた露光方法および該Ｘ線投影露光装置で作成
した半導体デバイスに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circuit pattern on a photomask (mask or reticle) formed by a mirror projection system such as an X-ray optical system on a substrate such as a wafer via a reflective imaging optical system. The present invention relates to an X-ray projection exposure apparatus which is an apparatus suitable for transfer, an exposure method using the X-ray projection exposure apparatus, and a semiconductor device produced by the X-ray projection exposure apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の半導体製造用の露光装置は、物体
面としてのフォトマスク（以下、マスクと称する）面上
に形成された回路パターンを結像装置を介してウエハ等
の基板上に投影転写するものである。2. Description of the Related Art In a conventional exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, a circuit pattern formed on a photomask (hereinafter, referred to as a mask) as an object plane is projected onto a substrate such as a wafer via an image forming apparatus. It is to be transcribed.
【０００３】前記露光装置には、例えば露光光源に高圧
水銀灯のｉ線を用いた露光装置などがあり、該露光装置
は、光源と、照明光学系と、投影光学系と、マスクを保
持するステージと、ウエハを保持するステージと、光軸
方向位置検出機構と、ウエハ位置検出機構を有してい
る。The exposure apparatus includes, for example, an exposure apparatus using an i-line of a high-pressure mercury lamp as an exposure light source. The exposure apparatus includes a light source, an illumination optical system, a projection optical system, and a stage for holding a mask. , A stage for holding a wafer, an optical axis direction position detecting mechanism, and a wafer position detecting mechanism.
【０００４】該光軸方向位置検出機構は、ウエハ上に斜
めに光束を照射して、その反射光束を光検出器で検出す
る。本機構により、前記ウエハ高さを知ることができ
る。該ウエハ位置検出機構はウエハを保持するウエハス
テージにレーザー光を照射して、干渉計測法により前記
ウエハの面内方向位置を検出する。The optical axis direction position detecting mechanism irradiates a light beam obliquely onto the wafer and detects the reflected light beam with a photodetector. With this mechanism, the height of the wafer can be known. The wafer position detecting mechanism irradiates the wafer stage holding the wafer with laser light, and detects an in-plane position of the wafer by an interference measurement method.
【０００５】また、マスクにはウエハに描画するパター
ンの等倍あるいは拡大パターンが形成されている。投影
光学系は通常、複数のレンズ等で構成され、前記マスク
上のパターンを前記ウエハ上に結像して一括転写できる
ようになっており、約２０ｍｍ角の視野を有しているた
め、所望の領域（例えば、半導体２チップ分の領域）を
一括で露光することができる。[0005] The mask is formed with a pattern of the same size or an enlarged size as the pattern to be drawn on the wafer. The projection optical system is usually composed of a plurality of lenses and the like, and is configured so that the pattern on the mask can be imaged on the wafer and transferred collectively, and has a visual field of about 20 mm square. (For example, an area for two semiconductor chips) can be exposed collectively.
【０００６】近年、半導体露光回路の集積化、高性能化
がさらに進み、解像度の向上がさらに必要となってき
た。一般に、露光装置の解像力Ｗは、主に露光波長λと
結像光学系の開口数ＮＡで決まり、次式で表される。 Ｗ＝ｋ1λ／ＮＡ ｋ1：定数 従って、解像力を向上させるためには、波長を短くする
かあるいは開口数を大きくすることが必要となる。現
在、半導体の製造に用いられている露光装置の露光光源
には前述の通り、主に波長３６５ｎｍのｉ線が使用され
ており、開口数約０．５で０．５μｍの解像力が得られ
ている。開口数を大きくすることは、光学設計上困難で
あることから、今後露光光の短波長化が必要となってき
た。In recent years, the integration and performance of semiconductor exposure circuits have been further advanced, and it has become necessary to further improve the resolution. Generally, the resolving power W of an exposure apparatus is mainly determined by the exposure wavelength λ and the numerical aperture NA of the imaging optical system, and is expressed by the following equation. W = k 1 λ / NA k 1 : Constant Therefore, in order to improve the resolving power, it is necessary to shorten the wavelength or increase the numerical aperture. At present, as described above, an i-line having a wavelength of 365 nm is mainly used as an exposure light source of an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor, and a resolution of 0.5 μm is obtained at a numerical aperture of about 0.5. I have. Since it is difficult to increase the numerical aperture in terms of optical design, it is necessary to shorten the wavelength of exposure light in the future.
【０００７】そこで、近年ｉ線より短波長の露光光とし
て、例えばエキシマレーザーが用いられつつある。その
波長は例えばＫｒＦで２４８ｎｍ、ＡｒＦで１９３ｎｍ
であるため、ＫｒＦでは０．２５μｍ、ＡｒＦでは０．
１８μｍの解像力が得られる。Therefore, in recent years, for example, an excimer laser has been used as exposure light having a wavelength shorter than the i-line. The wavelength is, for example, 248 nm for KrF and 193 nm for ArF.
Therefore, 0.25 μm for KrF and 0.25 μm for ArF.
A resolution of 18 μm is obtained.
【０００８】そして、露光光としてさらに波長の短いＸ
線を用いると、例えば波長１３ｎｍとすると、０．１μ
ｍ以下の解像力が得られる。このような、Ｘ線を用いた
Ｘ線投影露光装置の場合、投影結像光学系を全て反射鏡
で構成する必要があるので、視野の広い光学系を設計す
ることは困難であった。一方、投影光学系の露光視野を
輪帯状にすれば、細長い露光視野内で高い解像度を得る
ことができる。Then, X having a shorter wavelength is used as the exposure light.
If a line is used, for example, if the wavelength is 13 nm, 0.1 μm
m or less. In the case of such an X-ray projection exposure apparatus using X-rays, it is difficult to design an optical system having a wide field of view since the projection image forming optical system must be constituted entirely by reflecting mirrors. On the other hand, if the exposure field of view of the projection optical system is formed in a ring shape, high resolution can be obtained within the elongated exposure field.
【０００９】この方法は露光の際に、マスクとウエハを
走査することにより、小さな視野の結像光学系で２０ｍ
ｍ角以上の半導体チップを露光することができる。かか
る方法を用いるＸ線投影露光装置によれば、所望の露光
領域を露光することができる。In this method, a mask and a wafer are scanned at the time of exposure, so that an image forming optical system having a small visual field has a length of 20 m.
It is possible to expose a semiconductor chip having an m square or more. According to the X-ray projection exposure apparatus using such a method, a desired exposure area can be exposed.
【００１０】現在考えられているＸ線投影露光装置の一
部の概念図を図５に示す。装置は、主にＸ線源６１およ
びＸ線照明光学系６２、Ｘ線投影光学系５１、マスク５
２のステージ５３、ウエハ５４のステージ５５、投影光
学系５１等の周辺環境を真空にするための真空チャンバ
ー５６、ウエハのＸ線投影光学系の光軸方向の位置を検
出するウエハ用光軸方向位置検出機構５７ａ、５７ｂ、
マスクのＸ線投影光学系の光軸方向の位置を検出するマ
スク用光軸方向位置検出機構（不図示）、ウエハの面内
方向の位置を検出するウエハ位置検出機構６３、マスク
の面内方向の位置を検出するマスク位置検出機構（不図
示）で構成される。FIG. 5 shows a conceptual diagram of a part of the currently considered X-ray projection exposure apparatus. The apparatus mainly includes an X-ray source 61, an X-ray illumination optical system 62, an X-ray projection optical system 51, and a mask 5.
The second stage 53, the stage 55 of the wafer 54, the vacuum chamber 56 for evacuating the surrounding environment of the projection optical system 51, and the optical axis direction for the wafer for detecting the position of the wafer in the optical axis direction of the X-ray projection optical system. Position detecting mechanisms 57a, 57b,
A mask optical axis direction position detecting mechanism (not shown) for detecting the position of the mask in the optical axis direction of the X-ray projection optical system, a wafer position detecting mechanism 63 for detecting the position of the wafer in the in-plane direction, the in-plane direction of the mask Is configured by a mask position detection mechanism (not shown) for detecting the position of.
【００１１】Ｘ線投影光学系５１は複数の反射鏡等で構
成され、マスク５２上のパターンをウエハ５４上に結像
するようになっている。各反射鏡の表面にはＸ線の反射
率を高めるための多層膜が設けられている。Ｘ線投影光
学系は輪帯状の視野を有し、マスク５２の一部の輪帯状
の領域のパターンを、ウエハ５４上に転写する。The X-ray projection optical system 51 includes a plurality of reflecting mirrors and the like, and forms an image of a pattern on a mask 52 on a wafer 54. A multilayer film is provided on the surface of each reflector to increase the X-ray reflectivity. The X-ray projection optical system has an annular field of view, and transfers a pattern of a part of the annular area of the mask 52 onto the wafer 54.
【００１２】露光の際は、マスクとウエハを一定速度で
同期走査させることによって、所望の領域（例えば、半
導体チップ１個分の領域）を露光するようになってい
る。露光Ｘ線には、多層膜で高い反射率が得られる１３
ｎｍ程度の軟Ｘ線が用いられるが、このような軟Ｘ線は
空気による吸収が大きい。そこで、Ｘ線の光路が真空中
に保たれるように、少なくともマスクとウエハとＸ線投
影光学系を真空チャンバ５６内に配置し、チャンバ内を
真空ポンプで排気している。At the time of exposure, a desired region (for example, a region for one semiconductor chip) is exposed by synchronously scanning the mask and the wafer at a constant speed. For exposure X-rays, high reflectivity can be obtained with a multilayer film.
Soft X-rays of about nm are used, but such soft X-rays have a large absorption by air. Therefore, at least the mask, the wafer, and the X-ray projection optical system are arranged in a vacuum chamber 56 so that the optical path of the X-ray is kept in a vacuum, and the inside of the chamber is evacuated by a vacuum pump.
【００１３】投影露光装置は投影光学系の像面位置近傍
で高い解像力を得ることが出来る。従って、ウエハは、
その露光する表面位置を投影光学系の像面位置近傍に配
置する必要がある。投影光学系が高い解像力を示す範囲
（光軸方向の長さ）を焦点深度と称する。焦点深度ＤＯ
Ｆは主に露光波長λと結像光学系の開口数ＮＡで決ま
り、次式で表される。The projection exposure apparatus can obtain a high resolution near the image plane position of the projection optical system. Therefore, the wafer
It is necessary to arrange the surface position to be exposed near the image plane position of the projection optical system. The range (length in the optical axis direction) in which the projection optical system exhibits high resolution is referred to as the depth of focus. DOF
F is mainly determined by the exposure wavelength λ and the numerical aperture NA of the imaging optical system, and is expressed by the following equation.
【００１４】ＤＯＦ＝ｋ2λ／ＮＡ2 ｋ2：定数 例えば波長３６５ｎｍで開口数を０．５、定数を1とす
ると、ＤＯＦは１．５μｍとなり、波長１３ｎｍで開口
数を０．１、定数を１とすると、ＤＯＦは１．３μｍと
なる。従って、Ｘ線投影露光装置においては従来のｉ線
を用いた露光装置より高精度な光軸方向位置検出機構が
必要になる。DOF = k 2 λ / NA 2 k 2 : constant For example, if the numerical aperture is 0.5 and the constant is 1 at a wavelength of 365 nm, the DOF is 1.5 μm, the numerical aperture is 0.1 at a wavelength of 13 nm, and the constant is Is 1, the DOF is 1.3 μm. Therefore, an X-ray projection exposure apparatus requires a higher-precision optical axis direction position detection mechanism than a conventional i-line exposure apparatus.
【００１５】ところで、半導体デバイスは回路が複数層
にわたって形成されるため、投影露光装置で半導体デバ
イスを作成する際、既に形成されている回路の上に高精
度な重ね合わせ露光を行なう。このためには、少なくと
も露光中のウエハの位置を精密に検出するウエハ位置検
出機構が必要である。By the way, since a semiconductor device has a circuit formed over a plurality of layers, when fabricating a semiconductor device with a projection exposure apparatus, high-accuracy overlay exposure is performed on an already formed circuit. For this purpose, a wafer position detection mechanism for precisely detecting at least the position of the wafer during exposure is required.
【００１６】一般に半導体デバイスに求められる重ね合
わせ精度は少なくとも最小回路幅の１／３以下である。
従って、ウエハ位置検出機構の検出精度は、重ね合わせ
精度よりも小さな値が必要である。従来の投影露光装置
においては、光軸方向位置検出機構、ウエハ位置検出機
構およびマスク位置検出機構として、光学的検出手段を
用いていた。Generally, the overlay accuracy required for a semiconductor device is at least 1/3 or less of the minimum circuit width.
Therefore, the detection accuracy of the wafer position detection mechanism needs to be smaller than the overlay accuracy. In a conventional projection exposure apparatus, optical detection means has been used as an optical axis direction position detection mechanism, a wafer position detection mechanism, and a mask position detection mechanism.
【００１７】[0017]
【発明が解決しようとする課題】ところで、Ｘ線投影露
光装置の場合、ウエハを真空中に配置しなければならな
いため、光軸方向位置検出機構の光束も少なくともその
一部を真空中に通さなければならない。しかしながら、
従来の光軸方向位置検出機構は真空中に配置できないと
いう問題点があった。なぜならば、光軸方向位置検出機
構のすべてを真空中に配置しようとすると、光軸方向位
置検出機構の発熱部材から発生する熱が温度上昇を引き
起こすからである。このような温度上昇は、周辺の構成
装置に影響を及ぼし、特に熱的な安定性が求められる投
影光学系の鏡筒への悪影響が懸念される。鏡筒の温度が
変化すると、その熱変形によって投影光学系を構成する
ミラーの位置関係が変化してしまう。その結果、投影光
学系の光学性能が劣化してしまうという問題点があっ
た。In the case of an X-ray projection exposure apparatus, since the wafer must be placed in a vacuum, at least a part of the light beam of the optical axis direction position detecting mechanism must be passed through the vacuum. Must. However,
There is a problem that the conventional optical axis direction position detecting mechanism cannot be arranged in a vacuum. This is because, when all the optical axis direction position detecting mechanisms are to be placed in a vacuum, heat generated from the heat generating member of the optical axis direction position detecting mechanism causes a temperature rise. Such a rise in temperature affects peripheral components, and there is a concern that the projection optical system, which requires thermal stability, may have an adverse effect on the lens barrel. When the temperature of the lens barrel changes, the positional relationship of the mirrors constituting the projection optical system changes due to the thermal deformation. As a result, there is a problem that the optical performance of the projection optical system is deteriorated.
【００１８】光軸方向位置検出機構の発熱部材として
は、ハロゲンランプ等の光源および光学系の調整用アク
チュエータ、電気基板等がある。照射部５７ａと検出部
５７ｂからなる光軸方向位置検出機構を、Ｘ線投影光学
系が配置される真空チャンバの外に配置する方法も考え
られる。この場合、図５に示すように真空チャンバに光
軸方向位置検出機構の光束が透過するような窓を設け
て、そこから真空チャンバ内に光束を導入することがで
きる。例えば、真空チャンバ５６に２つの窓６０ａ、６
０ｂを設けて、光軸方向位置検出機構の照射部５７ａと
ウエハ５４の間に第一の窓６０ａを、検出部５７ｂとウ
エハ５４の間に第二の窓６０ｂを配置して、第一の窓を
通してウエハに光束５８ａを入射し、さらに第二の窓を
通してウエハからの反射光束５８ｂを検出部５７ｂに導
く。The heat generating member of the optical axis direction position detecting mechanism includes a light source such as a halogen lamp, an actuator for adjusting an optical system, and an electric board. A method is also conceivable in which the optical axis direction position detection mechanism including the irradiation unit 57a and the detection unit 57b is disposed outside the vacuum chamber in which the X-ray projection optical system is disposed. In this case, as shown in FIG. 5, a window through which the light beam of the optical axis direction position detecting mechanism is transmitted is provided in the vacuum chamber, and the light beam can be introduced into the vacuum chamber through the window. For example, two windows 60a, 6
0b, a first window 60a is disposed between the irradiation unit 57a of the optical axis direction position detection mechanism and the wafer 54, and a second window 60b is disposed between the detection unit 57b and the wafer 54, and the first window 60b is disposed. The light beam 58a is incident on the wafer through the window, and the light beam 58b reflected from the wafer is guided to the detection unit 57b through the second window.
【００１９】しかしながら、上記のように光軸方向位置
検出機構を構成すると、ウエハ５４の高さを測定するこ
とができても、光軸方向位置検出機構をＸ線投影光学系
に固定することができないために、Ｘ線投影光学系とウ
エハとの相対的距離を測定することができず、光軸方向
位置検出の測定再現性が低下するといった問題が生じ
る。However, when the optical axis direction position detecting mechanism is configured as described above, even if the height of the wafer 54 can be measured, the optical axis direction position detecting mechanism can be fixed to the X-ray projection optical system. Since the distance cannot be measured, the relative distance between the X-ray projection optical system and the wafer cannot be measured.
【００２０】また、ウエハおよびマスクの面内方向の位
置を検出するウエハ位置検出機構およびマスク位置検出
機構においても、光軸方向位置検出機構と同様の問題が
生じる。本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもの
であり、高精度な光軸方向位置検出とウエハ位置検出が
でき、かつ所望の微細パターンを露光することができる
Ｘ線投影露光装置を提供することを目的としている。The same problem as the optical axis direction position detecting mechanism also occurs in the wafer position detecting mechanism and the mask position detecting mechanism for detecting the positions of the wafer and the mask in the in-plane direction. The present invention has been made in view of the above problems, and provides an X-ray projection exposure apparatus capable of performing highly accurate optical axis direction position detection and wafer position detection and exposing a desired fine pattern. It is intended to be.
【００２１】[0021]
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「少なくとも、Ｘ線源と、該Ｘ線源から発生するＸ線
を所定のパターンを有するマスク上に照射するＸ線照明
光学系と、該マスクからのＸ線を受けて前記パターンを
ウエハー上に投影結像するＸ線投影光学系を構成するミ
ラーと、該ミラーを保持する鏡筒と、該ウエハを保持す
るウエハステージと、該マスクを保持するマスクステー
ジと、該ウエハおよびマスクの前記Ｘ線投影光学系の光
軸方向の位置を検出する光軸方向位置検出機構とからな
るＸ線投影露光装置において、少なくとも該光軸方向位
置検出機構の一部を熱的に分離して該鏡筒に固定する手
段を有することを特徴とするＸ線投影露光装置（請求項
１）」を提供する。Therefore, the present invention firstly provides an "X-ray illumination optical system for irradiating at least an X-ray source and an X-ray generated from the X-ray source onto a mask having a predetermined pattern. A mirror constituting an X-ray projection optical system that receives the X-rays from the mask to project and image the pattern on a wafer, a lens barrel that holds the mirror, a wafer stage that holds the wafer, An X-ray projection exposure apparatus comprising: a mask stage for holding the mask; and an optical axis direction position detecting mechanism for detecting the positions of the wafer and the mask in the optical axis direction of the X-ray projection optical system. An X-ray projection exposure apparatus (claim 1) comprising means for thermally separating a part of the position detection mechanism and fixing the part to the lens barrel.
【００２２】また、本発明は第二に「少なくとも、Ｘ線
源と、該Ｘ線源から発生するＸ線を所定のパターンを有
するマスク上に照射するＸ線照明光学系と、該マスクか
らのＸ線を受けて前記パターンをウエハー上に投影結像
するＸ線投影光学系を構成するミラーと、該ミラーを保
持する鏡筒と、該ウエハを保持するウエハステージと、
該マスクを保持するマスクステージと、該ウエハおよび
マスクの面内方向の位置を検出するマスク位置検出機構
およびウエハ位置検出機構とからなるＸ線投影露光装置
において、少なくとも該マスク位置検出機構およびウエ
ハ位置検出機構の一部を熱的に分離して該鏡筒に固定す
る手段を有することを特徴とするＸ線投影露光装置（請
求項２）」を提供する。The present invention secondly provides an "at least an X-ray source, an X-ray illumination optical system for irradiating an X-ray generated from the X-ray source onto a mask having a predetermined pattern, A mirror that constitutes an X-ray projection optical system that receives X-rays and projects and forms the pattern on a wafer, a lens barrel that holds the mirror, a wafer stage that holds the wafer,
In an X-ray projection exposure apparatus including a mask stage for holding the mask, a mask position detecting mechanism for detecting the positions of the wafer and the mask in the in-plane direction, and a wafer position detecting mechanism, at least the mask position detecting mechanism and the wafer position An X-ray projection exposure apparatus (claim 2) comprising means for thermally separating a part of the detection mechanism and fixing the same to the lens barrel.
【００２３】また、本発明は第三に「少なくとも、Ｘ線
源と、該Ｘ線源から発生するＸ線を所定のパターンを有
するマスク上に照射するＸ線照明光学系と、該マスクか
らのＸ線を受けて前記パターンをウエハー上に投影結像
するＸ線投影光学系を構成するミラーと、該ミラーを保
持する鏡筒と、該ウエハを保持するウエハステージと、
該マスクを保持するマスクステージと、該ミラーの位置
を検出するミラー位置検出機構とからなるＸ線投影露光
装置において、少なくとも該ミラー位置検出機構の一部
を熱的に分離して該鏡筒に固定する手段を有することを
特徴とするＸ線投影露光装置（請求項３）」を提供す
る。Further, the present invention provides a third aspect of the present invention which comprises at least an X-ray source, an X-ray illumination optical system for irradiating an X-ray generated from the X-ray source onto a mask having a predetermined pattern, A mirror that constitutes an X-ray projection optical system that receives X-rays and projects and forms the pattern on a wafer, a lens barrel that holds the mirror, a wafer stage that holds the wafer,
In an X-ray projection exposure apparatus comprising a mask stage for holding the mask and a mirror position detecting mechanism for detecting the position of the mirror, at least a part of the mirror position detecting mechanism is thermally separated to be attached to the lens barrel. An X-ray projection exposure apparatus (claim 3) having a fixing means is provided.
【００２４】また、本発明は第四に「前記熱的に分離し
て該鏡筒に固定する手段は断熱部材を間に挟むことを特
徴とする請求項１〜３に記載のＸ線投影露光装置（請求
項４）」を提供する。また、本発明は第五に「前記断熱
部材は熱伝導度が１００Ｊ・ｍ-1・Ｋ-1以下であること
を特徴とする請求項１〜４に記載のＸ線投影露光装置
（請求項５）」を提供する。Further, the present invention provides a X-ray projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein said means for thermally separating and fixing to said lens barrel has a heat insulating member interposed therebetween. Device (Claim 4) "is provided. Further, the present invention provides a fifth aspect of the present invention, wherein the heat insulating member has a thermal conductivity of 100 J · m −1 · K −1 or less. 5) ”.
【００２５】また、本発明は第六に「前記断熱部材は、
少なくともＦｅおよびＮｉからなる合金あるいは金属の
酸化物、炭化物、窒化物あるいは珪素の酸化物あるいは
珪素酸化物系セラミックスであることを特徴とする請求
項１〜５に記載のＸ線投影露光装置（請求項６）」を提
供する。Further, the present invention provides, in a sixth aspect, "the heat insulating member comprises:
The X-ray projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the X-ray projection exposure apparatus is an alloy or metal oxide, carbide, nitride, silicon oxide, or silicon oxide ceramic containing at least Fe and Ni. Item 6) is provided.
【００２６】また、本発明は第七に「前記断熱部材の熱
膨張係数と鏡筒を構成する部材の熱膨張係数との差が５
×１０-6Ｋ-1以下であることを特徴とする請求項１〜６
に記載のＸ線投影露光装置（請求項７）」を提供する。
また、本発明は第八に「前記光軸方向位置検出機構、マ
スク位置検出機構、ウエハ位置検出機構およびミラー位
置検出機構の構成要素のうち光源および電気部品を耐圧
容器に梱包したことを特徴とする請求項１〜７に記載の
Ｘ線投影露光装置（請求項８）」を提供する。The present invention also provides a seventh aspect of the present invention wherein the difference between the coefficient of thermal expansion of the heat insulating member and the coefficient of thermal expansion of the members constituting the lens barrel is 5%.
7. It is equal to or less than × 10 −6 K −1.
X-ray projection exposure apparatus (Claim 7) ".
Also, the present invention is an eighth aspect of the present invention, wherein the light source and the electric component among the components of the optical axis direction position detection mechanism, the mask position detection mechanism, the wafer position detection mechanism and the mirror position detection mechanism are packed in a pressure-resistant container. X-ray projection exposure apparatus according to claims 1 to 7 (claim 8). "
【００２７】また、本発明は第九に「請求項１〜８に記
載のＸ線投影露光装置を用いた露光方法において、光軸
方向位置検出機構、マスク位置検出機構、ウエハ位置検
出機構およびミラー位置検出機構の検出値から求めた前
記Ｘ線投影光学系の投影像と前記ウエハとの位置関係に
基づき該マスクステージおよびウエハステージを駆動し
て、前記ウエハの所望の位置に該投影像を形成すること
を特徴とするＸ線投影露光方法（請求項９）」を提供す
る。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an exposure method using an X-ray projection exposure apparatus according to claims 1 to 8, wherein an optical axis direction position detecting mechanism, a mask position detecting mechanism, a wafer position detecting mechanism, and a mirror are provided. The mask stage and the wafer stage are driven based on the positional relationship between the X-ray projection optical system and the wafer obtained from the detected value of the position detection mechanism to form the projected image at a desired position on the wafer. X-ray projection exposure method (Claim 9). "
【００２８】また、本発明は第十に「請求項１〜８に記
載のＸ線投影露光装置を用い、請求項９に記載の露光方
法により露光を行なって作製したことを特徴とする半導
体デバイス（請求項１０）」を提供する。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufactured by performing exposure using the X-ray projection exposure apparatus according to the first to eighth aspects and the exposure method according to the ninth aspect. (Claim 10) "is provided.
【００２９】[0029]
【発明の実施の形態】本発明によるＸ線投影露光装置の
概略図を図１に示す。本装置は主に、Ｘ線源（不図示）
とＸ線照明光学系（不図示）、Ｘ線投影光学系１、マス
ク２を保持するステージ３、ウエハ４を保持するステー
ジ５、真空チャンバー６とウエハ用光軸方向位置検出機
構７ａ、７ｂとマスク用光軸方向位置検出機構８ａ、８
ｂとを具備している。FIG. 1 is a schematic view of an X-ray projection exposure apparatus according to the present invention. This device mainly consists of an X-ray source (not shown)
And an X-ray illumination optical system (not shown), an X-ray projection optical system 1, a stage 3 for holding a mask 2, a stage 5 for holding a wafer 4, a vacuum chamber 6, and a wafer optical axis direction position detecting mechanism 7a, 7b. Optical axis direction position detection mechanisms 8a, 8 for mask
b.
【００３０】マスク２にはウエハ４上に描画するパター
ンの等倍あるいは拡大パターンが形成されており、Ｘ線
投影光学系１を介して前記パターンがウエハ４上に結像
されるようになっている。Ｘ線投影光学系１は輪帯状等
の視野を有し、マスク２の一部の領域のパターンを、ウ
エハ４上に転写する。露光の際は、マスクとウエハを一
定速度で同期走査させることで、所望の領域を露光でき
るようになっている。The mask 2 is formed with a pattern of the same size or an enlarged size as a pattern to be drawn on the wafer 4, and the pattern is imaged on the wafer 4 via the X-ray projection optical system 1. I have. The X-ray projection optical system 1 has a field of view such as an annular shape, and transfers a pattern of a partial area of the mask 2 onto the wafer 4. At the time of exposure, a desired area can be exposed by synchronously scanning the mask and the wafer at a constant speed.
【００３１】また、前記Ｘ線投影光学系１は、使用する
Ｘ線を反射する複数の反射鏡で構成されている。反射鏡
にはＸ線の反射率を向上させるために、表面に多層膜、
例えばＭｏ（モリブデン）／Ｓｉ（シリコン）をコート
することが好ましい。前記光軸方向位置検出機構７ａ、
７ｂは、ウエハ４に光束１２ａを照射する照射部７ａ
と、ウエハからの反射光を検出する検出部７ｂとを有し
ており、前記照射部からの照明光をウエハの表面に斜め
に照射し、その反射光を検出部の光検出器で計測して、
ウエハの表面位置を検出する装置である。前記照射部お
よび検出部は真空チャンバーの中に配置し、Ｘ線投影光
学系１の鏡筒に固定した。The X-ray projection optical system 1 is composed of a plurality of reflecting mirrors for reflecting X-rays to be used. The reflective mirror has a multilayer film on the surface to improve the X-ray reflectivity.
For example, it is preferable to coat Mo (molybdenum) / Si (silicon). The optical axis direction position detection mechanism 7a,
7b is an irradiation unit 7a for irradiating the wafer 4 with the light flux 12a.
And a detecting unit 7b for detecting reflected light from the wafer, irradiating the illumination light from the irradiating unit obliquely to the surface of the wafer, and measuring the reflected light with a photodetector of the detecting unit. hand,
This is a device that detects the surface position of the wafer. The irradiation unit and the detection unit were arranged in a vacuum chamber and fixed to a lens barrel of the X-ray projection optical system 1.
【００３２】前記光軸方向位置検出機構の照射部７ａ
は、例えば光源と光源から射出した光をスリットに照射
する照明光学系、スリットを透過した光束をウエハ上に
集光させる光学系からなる。光源にはレジストが感光し
ないような可視光あるいは赤外線を含む白色光源を使用
することが好ましい。この白色光源の利用により、ウエ
ハ表面とその上に塗付されたレジスト表面の反射光によ
って生じる干渉の影響を低減することができ、高精度な
位置検出を行なうことができる。Irradiation section 7a of the optical axis direction position detecting mechanism
The optical system includes, for example, a light source, an illumination optical system for irradiating the light emitted from the light source to the slit, and an optical system for condensing a light beam transmitted through the slit on the wafer. It is preferable to use a white light source including visible light or infrared light that does not expose the resist to light. By using this white light source, it is possible to reduce the influence of interference caused by the reflected light on the wafer surface and the resist surface applied thereon, and it is possible to perform highly accurate position detection.
【００３３】前記照明光学系には、光束の位置を微調整
するための調整機構が設けられており、調整機構は真空
中でも調整できるように真空用アクチュエータが備えら
れている。真空用アクチュエータには例えば真空ステッ
ピングモーターを用いる。前記光軸方向位置検出機構７
ａを構成する部材のうち、主に前記光源、前記スリット
および前記真空用アクチュエータが発熱する。発熱を最
小限に抑えるために、発光効率の良い光源を用いるとよ
い。これらにより発生した熱がＸ線投影光学系１の鏡筒
に伝わり難くなるように、鏡筒と光軸方向位置検出機構
７ａの間に断熱材９ａを挟んだ。The illumination optical system is provided with an adjustment mechanism for finely adjusting the position of the light beam, and the adjustment mechanism is provided with a vacuum actuator so that the adjustment can be performed even in a vacuum. For example, a vacuum stepping motor is used as the vacuum actuator. Optical axis direction position detecting mechanism 7
Of the members constituting a, the light source, the slit, and the vacuum actuator mainly generate heat. In order to minimize heat generation, a light source with high luminous efficiency may be used. A heat insulating material 9a is interposed between the lens barrel and the optical axis direction position detecting mechanism 7a so that the heat generated by these components is not easily transmitted to the lens barrel of the X-ray projection optical system 1.
【００３４】前記光軸方向位置検出機構の検出系７ｂ
は、例えばウエハから反射した光束をスリット上に集光
する検出光学系、スリットを透過した光の強度を検出す
るフォトセンサー、およびフォトセンサの信号を増幅す
る電気回路基板からなる。検出光学系には光束の位置を
微調整するための調整機構が設けられており、調整機構
は真空中でも調整できるように真空用アクチュエータが
備えられている。真空用アクチュエータには例えば真空
ステッピングモーターを用いる。Detection system 7b of the optical axis direction position detection mechanism
Is composed of, for example, a detection optical system for condensing a light beam reflected from a wafer on a slit, a photosensor for detecting the intensity of light transmitted through the slit, and an electric circuit board for amplifying a signal of the photosensor. The detection optical system is provided with an adjustment mechanism for finely adjusting the position of the light beam, and the adjustment mechanism is provided with a vacuum actuator so that the adjustment can be performed even in a vacuum. For example, a vacuum stepping motor is used as the vacuum actuator.
【００３５】前記光軸方向位置検出機構７ｂを構成する
部材のうち、主に前記フォトセンサー、前記電気基板、
前記スリットおよび前記真空用アクチュエータが発熱す
る。これらにより発生した熱がＸ線投影光学系１の鏡筒
に伝わり難くなるように、鏡筒と光軸方向位置検出機構
７ｂの間に断熱材９ｂを挟んだ。Of the members constituting the optical axis direction position detecting mechanism 7b, mainly the photo sensor, the electric board,
The slit and the vacuum actuator generate heat. A heat insulating material 9b is interposed between the lens barrel and the optical axis direction position detecting mechanism 7b so that the heat generated by these components is not easily transmitted to the lens barrel of the X-ray projection optical system 1.
【００３６】前記マスク用光軸方向位置検出機構８ａ、
８ｂもウエハ用光軸方向位置検出機構７ａ、７ｂと同様
な機構を用いた。マスク用光軸方向位置検出装置は被測
定物にレジストが塗付されていないため、光源にはレー
ザー光源を用いた。マスク用光軸方向位置検出機構にお
いてもウエハ用光軸方向位置検出機構と同様な発熱部材
が装備されているため、鏡筒との間に断熱材１０ａ、１
０ｂを挟んだ。The mask optical axis direction position detecting mechanism 8a,
8b also uses the same mechanism as the wafer optical axis direction position detection mechanisms 7a and 7b. In the optical axis direction position detecting device for a mask, a laser light source was used as the light source because no resist was applied to the object to be measured. In the optical axis direction position detecting mechanism for the mask, the same heat-generating member as that for the optical axis direction position detecting mechanism for the wafer is provided.
0b was inserted.
【００３７】このように本発明によるＸ線投影露光装置
はウエハおよびマスク用の光軸方向位置検出機構を鏡筒
に固定することによって、ウエハおよびマスクのＸ線投
影光学系の光軸方向の位置を高精度に検出することがで
きる。さらに、光軸方向位置検出機構と鏡筒との間に断
熱材を挟むことによって、鏡筒の温度変化を防ぐことが
でき、投影光学系の光学性能を保つことができる。その
結果所望の微細パターンを投影露光することができる。As described above, in the X-ray projection exposure apparatus according to the present invention, the position of the wafer and mask in the optical axis direction of the X-ray projection optical system is fixed by fixing the optical axis direction position detecting mechanism for the wafer and mask to the lens barrel. Can be detected with high accuracy. Furthermore, by interposing a heat insulating material between the optical axis direction position detecting mechanism and the lens barrel, it is possible to prevent a temperature change of the lens barrel and to maintain the optical performance of the projection optical system. As a result, a desired fine pattern can be projected and exposed.
【００３８】断熱材は、鏡筒と光軸方向位置検出機構の
間に設けるのが効果的であるが、これには限らない。光
軸方向位置検出機構の発熱箇所から鏡筒への伝熱方法
は、熱伝導と輻射伝熱があるが、これらを防ぐような位
置に断熱材を配置すればよい。例えば、光軸方向位置検
出機構内部において本機構のベース部材に各発熱部材を
固定する取り付け部材に断熱材を用いてもよい。また、
光軸方向位置検出機構を鏡筒に直接固定せず、鏡筒を保
持する構造部材に光軸方向位置検出機構を固定する場合
には、保持部材と光軸方向位置検出機構の間に断熱材を
挟んでもよい。It is effective to provide the heat insulating material between the lens barrel and the optical axis direction position detecting mechanism, but it is not limited to this. The method of transferring heat from the heat-generating portion of the optical axis direction position detection mechanism to the lens barrel includes heat conduction and radiant heat transfer, but the heat insulating material may be disposed at a position that prevents these. For example, a heat insulating material may be used as a mounting member for fixing each heat generating member to the base member of the present mechanism inside the optical axis direction position detecting mechanism. Also,
When the optical axis direction position detection mechanism is not directly fixed to the lens barrel, but the optical axis direction position detection mechanism is fixed to the structural member that holds the lens barrel, a heat insulating material is provided between the holding member and the optical axis direction position detection mechanism. May be interposed.
【００３９】また、光軸方向位置検出機構は、その全て
を鏡筒内に固定するには限らない。検出精度に影響しな
いように、一部の構成部材を切り離して、鏡筒以外の場
所に固定してもよい。本発明によるＸ線投影露光装置の
概略図を図２に示す。Further, the optical axis direction position detection mechanism is not limited to fix all of the mechanisms in the lens barrel. Some components may be cut off and fixed to a place other than the lens barrel so as not to affect the detection accuracy. FIG. 2 is a schematic diagram of an X-ray projection exposure apparatus according to the present invention.
【００４０】本装置は主に、Ｘ線源（不図示）とＸ線照
明光学系（不図示）、Ｘ線投影光学系１、マスク２を保
持するステージ３、ウエハ４を保持するステージ５、真
空チャンバー６とウエハ用光軸方向位置検出機構（不図
示）とマスク用光軸方向位置検出機構（不図示）とウエ
ハ位置検出機構２０とマスク位置検出機構２１とを具備
している。The present apparatus mainly comprises an X-ray source (not shown), an X-ray illumination optical system (not shown), an X-ray projection optical system 1, a stage 3 for holding a mask 2, a stage 5 for holding a wafer 4, The vacuum chamber 6 includes a wafer optical axis direction position detecting mechanism (not shown), a mask optical axis direction position detecting mechanism (not shown), a wafer position detecting mechanism 20, and a mask position detecting mechanism 21.
【００４１】前記ウエハ位置検出機構は、ウエハ上のマ
ークおよびウエハステージ上のマークの位置を、光学的
な手段等により検出する装置である。前記マスク位置検
出機構もこれと同様な機構である。ウエハ位置検出機構
およびマスク位置検出機構はいずれも投影光学系の鏡筒
に固定した。The wafer position detecting mechanism is an apparatus for detecting the positions of a mark on a wafer and a mark on a wafer stage by optical means or the like. The mask position detection mechanism is a similar mechanism. Both the wafer position detection mechanism and the mask position detection mechanism were fixed to the lens barrel of the projection optical system.
【００４２】これら２つの機構から得たマスクおよびウ
エハの位置情報をもとにウエハステージおよびマスクス
テージを駆動して、マスク上のパターンをウエハ上の所
望の位置に露光する。例えばウエハ位置検出機構に光学
顕微鏡のようなものを用い、マークの拡大像をＣＣＤ等
で検出して、画像処理によりマークの位置を検出する。
このような場合、ウエハ位置検出機構は、可視光あるい
は赤外光のようなレジストを感光しない光を発する光源
と、光源から射出した光をマークに照射する照明光学系
とマークの像を検出器上に拡大投影する検出光学系とＣ
ＣＤ等の検出器と検出器からの信号を増幅処理する電気
回路基板で構成する。The pattern on the mask is exposed at a desired position on the wafer by driving the wafer stage and the mask stage based on the positional information on the mask and the wafer obtained from these two mechanisms. For example, an enlarged image of the mark is detected by a CCD or the like using an optical microscope as a wafer position detecting mechanism, and the position of the mark is detected by image processing.
In such a case, the wafer position detection mechanism includes a light source that emits light such as visible light or infrared light that does not expose the resist, an illumination optical system that irradiates the mark with light emitted from the light source, and a detector that detects the image of the mark. Detection optics and C to enlarge and project onto
It is composed of a detector such as a CD and an electric circuit board for amplifying a signal from the detector.
【００４３】前記照明光学系にはマークの種類に合わせ
て光量や波長スペクトルを切り替えることができる切り
替え機構が設けられている。また、前記検出光学系には
フォーカス等の調整機構が設けられている。切替機構お
よび調整機構には真空中でも切り替え、調整できるよう
に真空用アクチュエータとして真空用ＤＣモーターや真
空用ステッピングモーター等を備えた。The illumination optical system is provided with a switching mechanism that can switch the light amount and wavelength spectrum according to the type of mark. The detection optical system is provided with an adjustment mechanism such as a focus. The switching mechanism and the adjusting mechanism were provided with a vacuum DC motor, a vacuum stepping motor, and the like as a vacuum actuator so that switching and adjustment were possible even in a vacuum.
【００４４】前記ウエハ位置検出機構およびマスク位置
検出機構を構成する部材のうち、主に前記光源、前記真
空用アクチュエータ、前記検出器および前記電気基板が
発熱する。発熱を最小限に抑えるために、発光効率の良
い光源を用いるとよい。これらにより発生した熱がＸ線
投影光学系１の鏡筒に伝わり難くなるように、鏡筒とウ
エハ位置検出機構２０およびマスク位置検出機構２１の
間に断熱材２２、２３を挟んだ。Of the members constituting the wafer position detecting mechanism and the mask position detecting mechanism, mainly the light source, the vacuum actuator, the detector and the electric board generate heat. In order to minimize heat generation, a light source with high luminous efficiency may be used. Insulating materials 22 and 23 are interposed between the lens barrel and the wafer position detection mechanism 20 and the mask position detection mechanism 21 so that the heat generated by these components is not easily transmitted to the lens barrel of the X-ray projection optical system 1.
【００４５】このように本発明によるＸ線投影露光装置
はウエハ位置検出機構およびマスク位置検出機構を鏡筒
に固定することによって、ウエハおよびマスクの面内方
向位置を高精度に検出することができる。さらに、ウエ
ハ位置検出機構およびマスク位置検出機構と鏡筒との間
に断熱材を挟むことによって、鏡筒の温度変化を防ぐこ
とができ、投影光学系の光学性能を保つことができる。
その結果所望の微細パターンを投影露光することができ
る。As described above, the X-ray projection exposure apparatus according to the present invention can detect the in-plane positions of the wafer and the mask with high accuracy by fixing the wafer position detecting mechanism and the mask position detecting mechanism to the lens barrel. . Further, by interposing a heat insulating material between the wafer position detecting mechanism and the mask position detecting mechanism and the lens barrel, it is possible to prevent a temperature change of the lens barrel and to maintain the optical performance of the projection optical system.
As a result, a desired fine pattern can be projected and exposed.
【００４６】断熱材は、鏡筒とウエハ位置検出機構およ
びマスク位置検出機構の間に設けるのが効果的である
が、これには限らない。これらの発熱箇所から鏡筒への
伝熱方法は、熱伝導と輻射伝熱があるが、これらを防ぐ
ような位置に断熱材を配置すればよい。例えば、ウエハ
位置検出機構およびマスク位置検出機構において本機構
のベース部材に各発熱部材を固定する取り付け部材に断
熱材を用いてもよい。また、これらの機構を鏡筒に直接
固定せず、鏡筒を保持する構造部材に検出機構を固定す
る場合には、保持部材と検出機構の間に断熱材を挟んで
もよい。The heat insulating material is effectively provided between the lens barrel and the wafer position detecting mechanism and the mask position detecting mechanism, but is not limited to this. As a method of transferring heat from these heat-generating portions to the lens barrel, there are heat conduction and radiant heat transfer, and a heat insulating material may be disposed at a position to prevent these. For example, in the wafer position detecting mechanism and the mask position detecting mechanism, a heat insulating material may be used as a mounting member for fixing each heat generating member to the base member of the present mechanism. When these mechanisms are not directly fixed to the lens barrel but the detection mechanism is fixed to a structural member holding the lens barrel, a heat insulating material may be interposed between the holding member and the detection mechanism.
【００４７】また、マスク位置検出機構およびウエハ位
置検出機構は、その全てを鏡筒内に固定するには限らな
い。検出精度に影響しないように、一部の構成部材を切
り離して、鏡筒以外の場所に固定してもよい。また、マ
スク位置検出機構およびウエハ位置検出機構は光学顕微
鏡の様な手段に限らない。本発明はレーザースキャン方
式や光ヘテロダイン方式等の検出機構などにも適応でき
る。Further, all of the mask position detecting mechanism and the wafer position detecting mechanism are not necessarily fixed in the lens barrel. Some components may be cut off and fixed to a place other than the lens barrel so as not to affect the detection accuracy. Further, the mask position detecting mechanism and the wafer position detecting mechanism are not limited to means such as an optical microscope. The present invention can be applied to a detection mechanism such as a laser scan system or an optical heterodyne system.
【００４８】本発明によるＸ線投影露光装置の鏡筒内部
の概略図を図３に示す。本鏡筒は４枚の多層膜非球面ミ
ラー１ａ〜１ｄと該ミラーの位置を計測するミラー位置
検出機構３０ａ、３０ｂとを具備している。前記ミラー
位置検出機構は、ミラーの位置を光学的手段等により検
出する装置である。ミラー位置検出装置は投影光学系の
鏡筒に固定した。FIG. 3 is a schematic diagram showing the inside of a lens barrel of an X-ray projection exposure apparatus according to the present invention. This lens barrel includes four multilayer aspherical mirrors 1a to 1d and mirror position detecting mechanisms 30a and 30b for measuring the positions of the mirrors. The mirror position detection mechanism is a device that detects the position of the mirror by optical means or the like. The mirror position detecting device was fixed to the lens barrel of the projection optical system.
【００４９】ミラー位置検出機構から得たミラーの位置
情報をもとに、投影光学系の光学特性の変化を予測し
て、所望の微細パターンが得られるようなマスクやウエ
ハの位置を求めて、ウエハステージおよびマスクステー
ジを駆動して、マスク上のパターンをウエハ上の所望の
位置に露光する。さらに、ミラーの位置を調整できるよ
うなアクチュエータ（不図示）を鏡筒内に備えて、ミラ
ー位置検出機構から得たミラーの位置情報をもとに、ミ
ラーの位置を調整してもよい。Based on the mirror position information obtained from the mirror position detecting mechanism, a change in the optical characteristics of the projection optical system is predicted, and the position of a mask or a wafer that can obtain a desired fine pattern is obtained. The wafer stage and the mask stage are driven to expose a pattern on the mask to a desired position on the wafer. Further, an actuator (not shown) that can adjust the position of the mirror may be provided in the lens barrel, and the position of the mirror may be adjusted based on the position information of the mirror obtained from the mirror position detecting mechanism.
【００５０】ミラー位置検出機構として、例えば、レー
ザー干渉計測装置を用いると、高精度な計測が可能にな
る。これは、ミラーあるいはミラーのホルダに設けた平
面反射鏡にレーザー光を当ててその反射光の位相の変化
からミラーの相対的な位置変化を計測するものである。
ミラー位置検出機構は、ミラーのシフトおよびチルト成
分を独立に計測できるように複数の干渉計測機構で構成
するとよい。If, for example, a laser interferometer is used as the mirror position detecting mechanism, highly accurate measurement becomes possible. In this method, a laser beam is applied to a mirror or a plane reflecting mirror provided on a mirror holder, and a relative position change of the mirror is measured from a change in the phase of the reflected light.
The mirror position detection mechanism may be composed of a plurality of interference measurement mechanisms so that the shift and tilt components of the mirror can be measured independently.
【００５１】前記レーザー干渉計測装置は、レーザー光
源、平面反射鏡への入射光および反射光の光路を制御す
る光学素子、レーザー光源、干渉したレーザー光の強度
を測定する検出器および検出信号を増幅する電気回路基
板からなる。これらの部材のうち、主に、レーザー光
源、前記検出器および電気回路基板が発熱する。これら
により発生した熱がＸ線投影光学系１の鏡筒に伝わり難
くなるように、鏡筒とミラー位置検出機構３０ａ、３０
ｂの間に断熱材３１ａ、３１ｂを挟んだ。The laser interferometer has a laser light source, an optical element for controlling the optical path of incident light and reflected light to the plane reflecting mirror, a laser light source, a detector for measuring the intensity of the interfering laser light, and amplifying the detection signal. Electrical circuit board. Among these members, mainly the laser light source, the detector and the electric circuit board generate heat. The lens barrel and the mirror position detecting mechanisms 30a, 30a are so arranged that the heat generated by these becomes difficult to be transmitted to the lens barrel of the X-ray projection optical system 1.
b, the heat insulating materials 31a and 31b were sandwiched.
【００５２】ミラー位置検出機構は、位置変動が投影光
学系の性能に悪影響を及ぼしやすいミラーに設けること
が好ましい。ミラー位置検出機構は、図３に示すように
複数のミラーの一部のミラーだけの計測用に設けてもよ
いし、すべてのミラーに対して計測できるように多数設
けてもよい。It is preferable that the mirror position detecting mechanism is provided on a mirror whose position is liable to adversely affect the performance of the projection optical system. The mirror position detecting mechanism may be provided for measuring only some of the plurality of mirrors as shown in FIG. 3, or may be provided in large numbers so as to be able to measure all the mirrors.
【００５３】このように本発明によるＸ線投影露光装置
はミラー位置検出機構を鏡筒に固定することによって、
ミラー位置を高精度に検出することができる。さらに、
ミラー位置検出機構と鏡筒との間に断熱材を挟むことに
よって、鏡筒の温度変化を防ぐことができ、投影光学系
の光学性能を保つことができる。その結果所望の微細パ
ターンを投影露光することができる。As described above, the X-ray projection exposure apparatus according to the present invention fixes the mirror position detecting mechanism to the lens barrel,
The mirror position can be detected with high accuracy. further,
By interposing a heat insulating material between the mirror position detecting mechanism and the lens barrel, a temperature change of the lens barrel can be prevented, and the optical performance of the projection optical system can be maintained. As a result, a desired fine pattern can be projected and exposed.
【００５４】なお、ミラー位置検出機構は、レーザー干
渉計測機構に限らない。マスク位置検出機構のような検
出器を用いてもよいし、静電センサ、渦電流センサ等の
電気的な検出器あるいはストレインゲージ等を用いても
よい。ところで、前記断熱材は、熱伝導度が小さいもの
が熱を伝え難く好ましい。特に、熱伝導度が１００Ｊ・
ｍ-1・Ｋ-1以下であると、断熱材を使用する効果が顕著
になり好ましい。The mirror position detecting mechanism is not limited to the laser interference measuring mechanism. A detector such as a mask position detecting mechanism may be used, an electric detector such as an electrostatic sensor or an eddy current sensor, or a strain gauge may be used. By the way, it is preferable that the heat insulating material has a low thermal conductivity because it is difficult to conduct heat. In particular, the thermal conductivity is 100J
When the value is m −1 · K −1 or less, the effect of using the heat insulating material becomes remarkable, which is preferable.
【００５５】さらに断熱材は真空度に悪影響を及ぼさな
いものが好ましい。言うまでもなく、各検出機構を保持
するだけの剛性もあることが好ましい。このような条件
を満たす材料としては、以下に述べるものがある。まず
金属材料としてＦｅおよびＮｉからなる合金を用いると
よい。特にＮｉ−Ｃｒ−ＦｅおよびＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏの
３元系合金が好ましい。さらに具体的には、例えば組成
比Ｎｉ７２％、Ｃｒ１５％、Ｆｅ６％の合金（インコネ
ル６００）やＦｅ５２％、Ｎｉ２９％、Ｃｏ１７％の合
金（コバール）などが適している。Further, it is preferable that the heat insulating material does not adversely affect the degree of vacuum. Needless to say, it is preferable that there is sufficient rigidity to hold each detection mechanism. Materials satisfying such conditions include the following. First, an alloy made of Fe and Ni may be used as the metal material. Particularly, a ternary alloy of Ni-Cr-Fe and Fe-Ni-Co is preferable. More specifically, for example, an alloy having a composition ratio of Ni 72%, Cr 15%, and Fe 6% (Inconel 600) or an alloy having 52%, 29% Ni, and 17% Co (Kovar) is suitable.
【００５６】また、セラミックス材料としては、金属の
酸化物、炭化物、窒化物あるいは珪素の酸化物などが好
ましい。さらに具体的には、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＣ、Ｓｉ
Ｃ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＢＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、
ＳｉＯ2（石英）などが挙げられる。また、珪素酸化物
系セラミックスであるＭｇＯ・ＳｉＯ2（ステアタイ
ト）、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2（ムライト）、ＺｒＯ2・
ＳｉＯ2（ジルコン）などもよい。The ceramic material is preferably a metal oxide, carbide, nitride or silicon oxide. More specifically, Al 2 O 3 , TiC, Si
C, ZrC, HfC, TaC, BN, TiN, AlN,
SiO 2 (quartz) and the like. Further, MgO · SiO 2 (steatite), a silicon oxide-based ceramics, 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ( mullite), ZrO 2 ·
SiO 2 (zircon) and the like are also good.
【００５７】さらに、断熱材として鏡筒の材料の熱膨張
係数に近い値を有する材料を選択するとよい。例えば、
鏡筒の材料に熱膨張係数の小さいインバー等を用いる場
合は、断熱材としてやはり熱膨張係数の小さい石英や低
熱膨張ガラスを用いるとよい。Further, a material having a value close to the thermal expansion coefficient of the material of the lens barrel may be selected as the heat insulating material. For example,
When invar or the like having a small thermal expansion coefficient is used as the material of the lens barrel, quartz or a low thermal expansion glass having a small thermal expansion coefficient may be used as the heat insulating material.
【００５８】ところで、前記光軸方向位置検出機構、ウ
エハ位置検出機構およびミラー位置検出機構のうち、特
に発熱の大きい部材である光源および電気基板は、断熱
材を用いるだけでは伝熱を十分抑えられない場合もあ
る。このような場合は、発熱部材を耐圧容器に梱包する
とよい。In the optical axis direction position detecting mechanism, the wafer position detecting mechanism, and the mirror position detecting mechanism, the light source and the electric substrate, which are members generating a large amount of heat, can sufficiently suppress heat transfer only by using a heat insulating material. Not always. In such a case, the heat generating member may be packed in a pressure-resistant container.
【００５９】図４に、本発明によるＸ線投影露光装置の
一例として、図１に示したウエハ用光軸方向位置検出機
構７ｂの検出部材を拡大した概略図を示す。前記検出部
材は、例えば検出器４１と検出器の信号を増幅する回路
を内蔵した電気回路基板４２と耐圧容器４３と窓４４で
構成される。耐圧容器は真空チャンバ内に配置される
が、その内部は大気圧に保たれている。耐圧容器内には
検出器と電気回路基板が収納される。耐圧容器の一部に
は検出器に向かう検出光を透過し、かつ耐圧容器内のガ
スが真空チャンバ内に漏れないように施した窓４４が設
けられている。FIG. 4 is an enlarged schematic view of a detecting member of the wafer optical axis direction position detecting mechanism 7b shown in FIG. 1 as an example of the X-ray projection exposure apparatus according to the present invention. The detection member includes, for example, a detector 41, an electric circuit board 42 having a circuit for amplifying a signal of the detector, a pressure-resistant container 43, and a window 44. The pressure vessel is placed in a vacuum chamber, and the inside thereof is kept at atmospheric pressure. The detector and the electric circuit board are housed in the pressure vessel. A window 44 is provided in a part of the pressure vessel to transmit the detection light toward the detector and to prevent the gas in the pressure vessel from leaking into the vacuum chamber.
【００６０】このような構造により、検出器や電気回路
基板を真空チャンバ内に露出することなく、検出光を検
出器に導くことができる。検出器および電気回路基板で
発生した熱は、耐圧容器内のガスに吸収されるため、こ
れらの発熱部の温度上昇を抑えることができる。With such a structure, the detection light can be guided to the detector without exposing the detector and the electric circuit board in the vacuum chamber. Since the heat generated in the detector and the electric circuit board is absorbed by the gas in the pressure-resistant container, it is possible to suppress an increase in the temperature of these heat generating parts.
【００６１】さらに、耐圧容器４３と真空チャンバ６の
壁とをフレキシブルチューブ等のパイプ４５ａでつない
でもよい。このようにすることで、耐圧容器内で暖めら
れたガスは拡散・対流により真空チャンバの外に排出さ
れる。さらに、パイプ４５ａ、４５ｂを二つ用意して、
強制的にガスを置換することによって耐圧容器内の温度
上昇を抑止することもできる。Further, the pressure vessel 43 and the wall of the vacuum chamber 6 may be connected by a pipe 45a such as a flexible tube. By doing so, the gas warmed in the pressure vessel is discharged out of the vacuum chamber by diffusion and convection. Furthermore, two pipes 45a and 45b are prepared,
By forcibly replacing the gas, it is also possible to suppress the temperature rise in the pressure-resistant container.
【００６２】以上の構成にすると、単に温度上昇が抑え
られるだけでなく、真空中での仕様が困難な材料（例え
ばはんだなど）を使用することもできる。本実施例では
耐圧容器内の圧力を大気圧としたが、発熱部を冷却する
のに十分なガス量があればこれに限らず、大気圧以下で
も大気圧以上であってもよい。With the above configuration, not only the temperature rise can be suppressed, but also a material (for example, solder) which is difficult to be used in a vacuum can be used. In this embodiment, the pressure in the pressure vessel is set to the atmospheric pressure. However, the pressure is not limited to this as long as there is a sufficient amount of gas to cool the heat generating portion, and may be lower than the atmospheric pressure or higher than the atmospheric pressure.
【００６３】前記強制的ガス置換は、発熱部を空冷して
いることに相当するが、冷却方式は空冷に限らない。前
記パイプを通して液体媒体を供給してもよい。ハロゲン
ランプのような発熱量の大きい光源も、同様にして耐圧
容器内に配置することで、温度上昇を抑えることができ
る。The forced gas replacement corresponds to air-cooling of the heat generating portion, but the cooling method is not limited to air-cooling. A liquid medium may be supplied through the pipe. By similarly arranging a light source having a large calorific value, such as a halogen lamp, in the pressure-resistant container, a rise in temperature can be suppressed.
【００６４】以下、本発明を実施例によりさらに具体的
に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるもので
はない。 （第一の発明の実施の形態）図１は、本発明による第一
の実施の形態であるＸ線投影露光装置を示している。Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. (First Embodiment of the Invention) FIG. 1 shows an X-ray projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【００６５】本装置は主に、Ｘ線源（不図示）とＸ線照
明光学系（不図示）、Ｘ線投影光学系１、マスク２を保
持するステージ３、ウエハ４を保持するステージ５、真
空チャンバ６、ウエハ用光軸方向位置検出機構７ａ、７
ｂ、マスク用光軸方向位置検出機構８ａ、８ｂで構成さ
れる。This apparatus mainly comprises an X-ray source (not shown), an X-ray illumination optical system (not shown), an X-ray projection optical system 1, a stage 3 for holding a mask 2, a stage 5 for holding a wafer 4, Vacuum chamber 6, optical axis direction position detection mechanism 7a, 7 for wafer
b, comprises a mask optical axis direction position detecting mechanism 8a, 8b.
【００６６】本装置は、Ｘ線源としてレーザープラズマ
Ｘ線源を用い、ここから発したＸ線がＸ線照明光学系を
介してマスク２に照射される。この時露光波長は１３．
５ｎｍとし、マスク２は反射型のものを用いた。マスク
２で反射したＸ線１１ａは、Ｘ線投影光学系１を通過し
てウエハ４上に到達し、マスクパターンがウエハ４上に
縮小転写される。Ｘ線投影光学系１は４枚の反射鏡で構
成され、倍率は１／４であり、幅２ｍｍ長さ３０ｍｍの
輪帯状の露光視野を有する。４枚の反射鏡は、鏡筒内に
支持されている。鏡筒をインバー製とすることで熱変形
が生じにくいようにした。反射鏡は反射面形状が非球面
であり、その表面にはＸ線の反射率を向上するためのＭ
ｏ／Ｓｉ多層膜がコートされている。露光時はマスク２
およびウエハ４はそれぞれステージ３および５により走
査される。ウエハの走査速度は、常にマスクの走査速度
の１／４となるように、同期している。その結果、マス
ク上のパターンをウエハ上に１／４に縮小して転写する
ことができる。The present apparatus uses a laser plasma X-ray source as an X-ray source, and X-rays emitted therefrom are irradiated on the mask 2 via an X-ray illumination optical system. At this time, the exposure wavelength is 13.
The thickness was 5 nm, and a reflection type mask 2 was used. The X-rays 11 a reflected by the mask 2 pass through the X-ray projection optical system 1 and reach the wafer 4, and the mask pattern is reduced and transferred onto the wafer 4. The X-ray projection optical system 1 is composed of four reflecting mirrors, has a magnification of 1/4, and has an annular exposure field of 2 mm in width and 30 mm in length. The four reflecting mirrors are supported in the lens barrel. By making the lens barrel made of Invar, thermal deformation is less likely to occur. The reflecting mirror has an aspherical reflecting surface shape, and the surface of the reflecting mirror has an M for improving the reflectivity of X-rays.
o / Si multilayer film is coated. Mask 2 during exposure
The wafer 4 is scanned by the stages 3 and 5, respectively. The scanning speed of the wafer is synchronized so that it is always 1/4 of the scanning speed of the mask. As a result, the pattern on the mask can be transferred onto the wafer in a reduced size of 1/4.
【００６７】ウエハ用光軸方向位置検出機構は、照射部
７ａと検出部７ｂで構成される。照射部は光源と、スリ
ットとスリットを照明する光学系とスリットの像をウエ
ハ上に照射する光学系（いずれも不図示）で構成され
る。光源にはハロゲンランプを用い、そこから射出した
可視白色光をウエハ上に照射した。スリットは複数の開
口部を有し、これら開口部の像をウエハ上の露光領域に
転写した。検出部は、スリットとウエハ上に形成された
前記像の再投影像を該スリット上に転写する光学系と、
該スリットを透過した光束の強度を検出するフォトダイ
オードで形成される（いずれも不図示）。該光学系は光
束の光路を周期的に変化させる振動ミラーを有し、スリ
ット上で再投影像の位置を周期的に変化させた。このよ
うにして、ウエハの複数点の像面位置を同時に検出し
た。The optical axis direction position detecting mechanism for a wafer includes an irradiating section 7a and a detecting section 7b. The irradiation unit includes a light source, a slit, an optical system for illuminating the slit, and an optical system for irradiating the image of the slit onto the wafer (both are not shown). A halogen lamp was used as a light source, and visible white light emitted from the halogen lamp was irradiated onto the wafer. The slit had a plurality of openings, and the images of these openings were transferred to an exposure area on the wafer. An optical system for transferring a reprojection image of the image formed on the slit and the wafer onto the slit,
It is formed of a photodiode that detects the intensity of the light beam transmitted through the slit (both are not shown). The optical system has a vibrating mirror that periodically changes the optical path of the light beam, and periodically changes the position of the reprojected image on the slit. In this way, the image plane positions at a plurality of points on the wafer were simultaneously detected.
【００６８】マスク用光軸方向位置検出機構も、照射部
８ａと検出部８ｂで構成される。構成は概ねウエハ用光
軸方向位置検出機構と同じであるが、光源にはハロゲン
ランプの代わりにレーザー光源を用いた。前記ウエハ用
光軸方向位置検出機構７ａ、７ｂとマスク用光軸方向位
置検出機構８ａ、８ｂはいずれも鏡筒に固定した。この
とき該光軸方向位置検出機構と鏡筒との間には断熱材を
挟んだ。断熱材は厚さ１０ｍｍの石英板を用いた。さら
に、光軸方向位置検出機構のうち断熱材と接触する部分
はインバーで構成し、温度上昇による変形が生じ難いよ
うにした。The optical axis direction position detecting mechanism for the mask also comprises an irradiating section 8a and a detecting section 8b. The configuration is almost the same as that of the optical axis direction position detecting mechanism for a wafer, but a laser light source is used as a light source instead of a halogen lamp. The wafer optical axis direction position detecting mechanisms 7a and 7b and the mask optical axis direction position detecting mechanisms 8a and 8b were both fixed to the lens barrel. At this time, a heat insulating material was interposed between the optical axis direction position detecting mechanism and the lens barrel. As the heat insulating material, a quartz plate having a thickness of 10 mm was used. Further, a portion of the optical axis direction position detecting mechanism that comes into contact with the heat insulating material is formed of invar so that deformation due to a temperature rise is unlikely to occur.
【００６９】また、前記光源と検出器およびこれに付随
する電気回路基板は耐圧容器に収納した。耐圧容器には
真空チャンバーの外から強制的に空気が送り込めるよう
にして、耐圧容器内で発生した熱を効率よく真空チャン
バーの外に排出した。以上の光軸方向位置検出機構によ
り、ウエハおよびレチクル高さを０．１μｍ以下の高精
度で検出することができた。本発明による露光装置は、
この検出結果に基づいてウエハ位置をＸ線投影光学系の
像面位置および露光位置に合わせて露光することによ
り、最小サイズ０．０８μｍのレジストパターンを、所
望の領域であるウエハ上の半導体チップ１個分の領域全
面に、所望の形状で得ることができた。The light source, the detector and the electric circuit board attached thereto were housed in a pressure-resistant container. The heat generated in the pressure-resistant container was efficiently discharged to the outside of the vacuum chamber by forcibly sending air into the pressure-resistant container from outside the vacuum chamber. With the above-described optical axis direction position detection mechanism, the height of the wafer and the reticle can be detected with high accuracy of 0.1 μm or less. The exposure apparatus according to the present invention includes:
By exposing the wafer position to the image plane position and the exposure position of the X-ray projection optical system based on the detection result, a resist pattern having a minimum size of 0.08 μm is formed on the semiconductor chip 1 on the wafer which is a desired area. A desired shape could be obtained over the entire area of the individual region.
【００７０】（第二の発明の実施の形態）図２は、本発
明による第二の実施の形態であるＸ線投影露光装置を示
している。本装置は主に、Ｘ線源（不図示）とＸ線照明
光学系（不図示）、Ｘ線投影光学系１、マスク２を保持
するステージ３、ウエハ４を保持するステージ５、真空
チャンバー６とウエハ用光軸方向位置検出機構（不図
示）とマスク用光軸方向位置検出機構（不図示）とウエ
ハ位置検出機構２０とマスク位置検出機構２１で構成さ
れる。(Embodiment of Second Invention) FIG. 2 shows an X-ray projection exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention. The apparatus mainly includes an X-ray source (not shown) and an X-ray illumination optical system (not shown), an X-ray projection optical system 1, a stage 3 for holding a mask 2, a stage 5 for holding a wafer 4, and a vacuum chamber 6. , A wafer optical axis direction position detecting mechanism (not shown), a mask optical axis direction position detecting mechanism (not shown), a wafer position detecting mechanism 20, and a mask position detecting mechanism 21.
【００７１】本実施例による露光装置は、第一実施例の
露光装置にウエハ位置検出機構２０とマスク位置検出機
構２１を追加装備したものである。ウエハ位置検出機構
２０とマスク位置検出機構２１はいずれも特殊な光学顕
微鏡を用いた。ウエハおよびマスク上のマークの拡大像
をＣＣＤで撮像し、画像処理によってウエハおよびレチ
クルの位置を検出した。The exposure apparatus according to the present embodiment is obtained by adding a wafer position detection mechanism 20 and a mask position detection mechanism 21 to the exposure apparatus of the first embodiment. A special optical microscope was used for each of the wafer position detecting mechanism 20 and the mask position detecting mechanism 21. An enlarged image of the mark on the wafer and the mask was captured by a CCD, and the positions of the wafer and the reticle were detected by image processing.
【００７２】ウエハ位置検出機構２０とマスク位置検出
機構２１はいずれも鏡筒に固定した。このときこれらの
検出機構と鏡筒との間には断熱材を挟んだ。断熱材は厚
さ１０ｍｍの石英板を用いた。さらに、ウエハ位置検出
機構とマスク位置検出機構のうち断熱材と接触する部分
はインバーで構成し、温度上昇による変形が生じ難いよ
うにした。Each of the wafer position detecting mechanism 20 and the mask position detecting mechanism 21 was fixed to a lens barrel. At this time, a heat insulating material was interposed between these detection mechanisms and the lens barrel. As the heat insulating material, a quartz plate having a thickness of 10 mm was used. Further, the portions of the wafer position detection mechanism and the mask position detection mechanism that come into contact with the heat insulating material are formed of invar, so that deformation due to temperature rise is unlikely to occur.
【００７３】また、前記光源と検出器およびこれに付随
する電気回路基板は耐圧容器に収納した。耐圧容器には
真空チャンバーの外から強制的に空気が送り込めるよう
にして、耐圧容器内で発生した熱を効率よく真空チャン
バーの外に排出した。以上のマスク位置検出機構とウエ
ハ位置検出機構によりマスクおよびウエハの位置を１０
ｎｍ以下の高精度で検出することができた。本発明によ
る露光装置は、この検出結果に基づいてウエハ位置をＸ
線投影光学系の像面位置および露光位置に合わせて露光
することにより、最小サイズ０．０８μｍのレジストパ
ターンを、所望の領域であるウエハ上の半導体チップ１
個分の領域全面に、所望の形状で得ることができた。Further, the light source, the detector and the electric circuit board attached thereto were housed in a pressure-resistant container. The heat generated in the pressure-resistant container was efficiently discharged to the outside of the vacuum chamber by forcibly sending air into the pressure-resistant container from outside the vacuum chamber. The mask and wafer positions are set to 10 by the above-described mask position detection mechanism and wafer position detection mechanism.
It was possible to detect with high accuracy of less than nm. The exposure apparatus according to the present invention sets the wafer position to X based on the detection result.
Exposure is performed in accordance with the image plane position and the exposure position of the line projection optical system to form a resist pattern having a minimum size of 0.08 μm on the semiconductor chip 1 on the wafer, which is a desired area.
A desired shape could be obtained over the entire area of the individual region.
【００７４】（第三の発明の実施の形態）図３は、本発
明による第三の実施の形態であるＸ線投影露光装置の鏡
筒部分を示している。本実施例の露光装置は第二実施例
の装置の鏡筒に、ミラー位置検出装置３０ａ、３０ｂを
追加装備したものである。(Third Embodiment) FIG. 3 shows a lens barrel of an X-ray projection exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention. The exposure apparatus of the present embodiment is obtained by adding mirror position detecting devices 30a and 30b to the lens barrel of the apparatus of the second embodiment.
【００７５】ミラーの位置はレーザー干渉計で計測し
た。複数のレーザーをミラーに設けたレーザー用ミラー
で反射させることによって、ミラーの反射面内方向の位
置ずれおよび傾きの変化を検出した。図３には４枚のミ
ラーのうち１枚のミラーのみを計測した構成例を示した
が、本実施例のＸ線投影露光装置においては、４枚のミ
ラー全ての位置が検出できるようにミラー位置検出機構
を設けた。The position of the mirror was measured with a laser interferometer. A plurality of lasers were reflected by a laser mirror provided on the mirror, thereby detecting a positional shift and a change in inclination of the mirror in a direction within the reflection surface. FIG. 3 shows a configuration example in which only one of the four mirrors is measured. However, in the X-ray projection exposure apparatus according to the present embodiment, the mirrors are arranged so that the positions of all four mirrors can be detected. A position detection mechanism was provided.
【００７６】すべてのミラー位置検出機構は、いずれも
鏡筒に固定し、これらの検出機構と鏡筒との間には断熱
材を挟んだ。断熱材には厚さ５ｍｍの低熱膨張ガラスを
用いた。さらに、ミラー位置検出機構のうち断熱材と接
触する部分はインバーで構成し、温度上昇による変形が
生じ難いようにした。All the mirror position detecting mechanisms were fixed to the lens barrel, and a heat insulating material was interposed between these detecting mechanisms and the lens barrel. Low thermal expansion glass having a thickness of 5 mm was used as a heat insulating material. Further, the portion of the mirror position detecting mechanism that comes into contact with the heat insulating material is formed of invar, so that deformation due to temperature rise is unlikely to occur.
【００７７】以上のミラー位置検出機構によりミラーの
位置を１０ｎｍ以下の高精度で検出することができた。
本発明による露光装置は、この検出結果に基づいて露光
することにより、最小サイズ０．０７μｍのレジストパ
ターンを、所望の領域であるウエハ上の半導体チップ１
個分の領域全面に、所望の形状で得ることができた。With the above-described mirror position detection mechanism, the position of the mirror could be detected with high accuracy of 10 nm or less.
The exposure apparatus according to the present invention exposes a resist pattern having a minimum size of 0.07 μm to a semiconductor chip 1 on a wafer, which is a desired area, by performing exposure based on the detection result.
A desired shape could be obtained over the entire area of the individual region.
【００７８】（第四の発明の実施の形態）本実施例の露
光装置は第三実施例の装置の鏡筒に、ミラー位置調整機
構（不図示）を追加装備したものである。４枚のミラー
のうち２枚のミラーの保持部にミラーの位置を制御する
ためのアクチュエータを設けた。アクチュエータには圧
電素子を用いた。４枚のミラーの位置を検出し、位置ず
れ量から発生する波面収差を計算して、さらにその波面
収差を補正するミラーの位置調整量を求めて、その結果
にしたがってミラー位置を制御した。(Fourth Embodiment) The exposure apparatus of the present embodiment is obtained by adding a mirror position adjusting mechanism (not shown) to the lens barrel of the apparatus of the third embodiment. An actuator for controlling the position of the mirror was provided in the holding portion of two of the four mirrors. A piezoelectric element was used for the actuator. The positions of the four mirrors were detected, the wavefront aberration generated from the amount of positional deviation was calculated, the amount of mirror position adjustment for correcting the wavefront aberration was determined, and the mirror position was controlled according to the result.
【００７９】以上のミラー位置検出機構によりミラーの
位置を１０ｎｍ以下の高精度で制御・維持することがで
きた。本発明による露光装置は、この検出結果に基づい
て露光することにより、最小サイズ０．０６５μｍのレ
ジストパターンを、所望の領域であるウエハ上の半導体
チップ１個分の領域全面に、所望の形状で得ることがで
きた。With the above-described mirror position detecting mechanism, the position of the mirror could be controlled and maintained with high accuracy of 10 nm or less. The exposure apparatus according to the present invention exposes a resist pattern having a minimum size of 0.065 μm over a whole area of one semiconductor chip on a wafer, which is a desired area, in a desired shape by performing exposure based on the detection result. I got it.
【００８０】（第五の発明の実施の形態）第三実施例に
示したＸ線投影露光装置でレジストを塗布したウエハに
露光を行った。露光する際は、あらかじめウエハ上およ
びマスク上に形成したマークをウエハおよびマスク位置
検出機構で検出した。そして、ウエハ上の露光したい位
置が、Ｘ線投影光学系の結像位置と一致するようにウエ
ハステージを駆動し、ウエハの位置を調整した。この
際、ウエハの位置はウエハ位置検出機構から得られたデ
ータをもとに調整した。(Fifth Embodiment) The wafer coated with the resist was exposed by the X-ray projection exposure apparatus shown in the third embodiment. At the time of exposure, marks formed on the wafer and the mask in advance were detected by the wafer and mask position detecting mechanism. Then, the wafer stage was driven so that the position to be exposed on the wafer coincided with the image forming position of the X-ray projection optical system, and the position of the wafer was adjusted. At this time, the position of the wafer was adjusted based on the data obtained from the wafer position detecting mechanism.
【００８１】さらに、光軸方向位置位置検出機構により
ウエハおよびマスクの高さ方向の位置検出を行い、ウエ
ハおよびマスクの高さが所望の位置となるようにウエハ
ステージおよびマスクステージを駆動した。ウエハステ
ージおよびマスクステージの走査を開始し、露光を行っ
た。露光中も光軸方向位置検出機構により、ウエハとマ
スクの高さが維持されるようにした。また、Ｘ線投影光
学系を構成するミラーの位置をミラー位置検出機構で検
出した。露光中にミラーの位置が変化した場合は、その
変化で生じるパターンの形成位置（フォーカス方向およ
びウエハ面内方向）の変化を推測して、その結果に従い
ウエハステージおよびマスクステージを位置を調整し
た。Further, the positions of the wafer and the mask in the height direction were detected by the optical axis direction position detecting mechanism, and the wafer stage and the mask stage were driven so that the heights of the wafer and the mask were at desired positions. Scanning of the wafer stage and the mask stage was started, and exposure was performed. During the exposure, the height of the wafer and the mask is maintained by the optical axis direction position detecting mechanism. Further, the position of a mirror constituting the X-ray projection optical system was detected by a mirror position detection mechanism. When the position of the mirror changed during exposure, the change in the pattern formation position (focus direction and in-plane direction of the wafer) caused by the change was estimated, and the positions of the wafer stage and the mask stage were adjusted according to the result.
【００８２】以上の露光方法により、最小サイズ０．０
７μｍのレジストパターンを、所望の領域であるウエハ
上の半導体チップ１個分の領域全面に、所望の形状で得
ることができた。このときの重ね合わせ精度は１５ｎｍ
以下であった。 （第六の発明の実施の形態）第四実施例に示したＸ線投
影露光装置でレジストを塗布したウエハに露光を行っ
た。By the above exposure method, the minimum size of 0.0
A 7 μm resist pattern could be obtained in a desired shape on the entire surface of one desired semiconductor chip region on the wafer. The overlay accuracy at this time is 15 nm
It was below. (Embodiment of the Sixth Invention) The wafer coated with the resist was exposed by the X-ray projection exposure apparatus shown in the fourth embodiment.
【００８３】露光する際は、あらかじめウエハ上および
マスク上に形成したマークをウエハ位置検出機構および
マスク位置検出機構で検出した。そして、ウエハ上の露
光したい位置が、Ｘ線投影光学系の結像位置と一致する
ようにウエハステージを駆動し、ウエハの位置を調整し
た。この際、ウエハの位置はウエハ位置検出機構から得
られたデータをもとに調整した。At the time of exposure, marks previously formed on the wafer and the mask were detected by the wafer position detecting mechanism and the mask position detecting mechanism. Then, the wafer stage was driven so that the position to be exposed on the wafer coincided with the image forming position of the X-ray projection optical system, and the position of the wafer was adjusted. At this time, the position of the wafer was adjusted based on the data obtained from the wafer position detecting mechanism.
【００８４】さらに、光軸方向位置検出機構によりウエ
ハおよびマスクの高さ方向の位置検出を行い、ウエハお
よびマスクの高さが所望の位置となるようにウエハステ
ージおよびマスクステージを駆動した。ウエハステージ
およびマスクステージの走査を開始し、露光を行った。
露光中も光軸方向位置検出機構により、ウエハとマスク
の高さが維持されるようにした。また、Ｘ線投影光学系
を構成するミラーの位置をミラー位置検出機構で検出し
た。露光中にミラーの位置が変化した場合は、ミラー位
置調整機構でミラーの位置を調整し、波面収差を補正し
た。さらに、パターンの形成位置（フォーカス方向およ
びウエハ面内方向）の変化を推測して、その結果に従い
ウエハステージおよびマスクステージを位置を調整し
た。Further, the position of the wafer and the mask in the height direction were detected by the optical axis direction position detecting mechanism, and the wafer stage and the mask stage were driven so that the heights of the wafer and the mask were at desired positions. Scanning of the wafer stage and the mask stage was started, and exposure was performed.
During the exposure, the height of the wafer and the mask is maintained by the optical axis direction position detecting mechanism. Further, the position of a mirror constituting the X-ray projection optical system was detected by a mirror position detection mechanism. When the position of the mirror changed during the exposure, the position of the mirror was adjusted by the mirror position adjusting mechanism to correct the wavefront aberration. Further, changes in the pattern formation position (focus direction and in-plane direction of the wafer) were estimated, and the positions of the wafer stage and the mask stage were adjusted according to the results.
【００８５】以上の露光方法により、最小サイズ０．０
６５μｍのレジストパターンを、所望の領域であるウエ
ハ上の半導体チップ１個分の領域全面に、所望の形状で
得ることができた。このときの重ね合わせ精度は１３ｎ
ｍ以下であった。 （第七の発明の実施の形態）第三実施例およびに第四実
施例に記載のＸ線投影露光装置を用いて、第五実施例お
よび第六実施例に記載の露光方法によって半導体デバイ
スを作製した。デバイスは１６ＧＢ（ギガバイト）のＤ
ＲＡＭとした。本デバイスは、２２層の回路が形成され
ており、その内の１５層を本発明によるＸ線投影露光装
置で露光した。残りの７層は、最小パターンサイズが
０．１５μｍ以上なので、エキシマレーザー露光装置で
露光した。各露光の間にはレジスト塗布、ドーピング、
アニーリング、エッチング、デポジション等の処理を行
い、デバイス回路を作製した。そして、最後に、シリコ
ンウエハを切断してチップ状に分割し、各チップをセラ
ミック製のパッケージに梱包した。By the above exposure method, the minimum size of 0.0
A 65 μm resist pattern could be obtained in a desired shape on the entire surface of one desired semiconductor chip on the wafer. The overlay accuracy at this time is 13n
m or less. (Embodiment of the Seventh Invention) Using the X-ray projection exposure apparatus described in the third and fourth embodiments, a semiconductor device is manufactured by the exposure method described in the fifth and sixth embodiments. Produced. The device is a 16GB (gigabyte) D
RAM. In this device, 22 layers of circuits were formed, and 15 layers were exposed by the X-ray projection exposure apparatus according to the present invention. Since the remaining seven layers had a minimum pattern size of 0.15 μm or more, they were exposed with an excimer laser exposure device. During each exposure, resist coating, doping,
A device circuit was manufactured by performing processes such as annealing, etching, and deposition. Finally, the silicon wafer was cut and divided into chips, and each chip was packed in a ceramic package.
【００８６】以上のように作製した半導体デバイスは、
１６ＧＢという大容量を有しつつ、所望の電気特性を示
した。The semiconductor device manufactured as described above is
It has desired electrical characteristics while having a large capacity of 16 GB.
【００８７】[0087]
【発明の効果】以上の如く、本発明のＸ線投影露光装置
によれば、投影結像光学系の鏡筒に熱変形を生じること
なくウエハ用光軸方向位置検出機構、マスク用光軸方向
位置検出機構、ウエハ位置検出機構、マスク位置検出機
構、ミラー位置検出機構を固定することができる。その
結果、ウエハ表面位置をＸ線投影光学系の焦点深度の範
囲に調整すること、およびウエハの所望の位置にパター
ンを形成すること、投影光学系の波面収差を所望の値以
下に維持することができる。その結果、所望の領域に所
望の形状のレジストパターンを高いスループットで形成
することができる。As described above, according to the X-ray projection exposure apparatus of the present invention, the optical axis direction position detecting mechanism for the wafer and the optical axis direction for the mask can be obtained without causing thermal deformation of the lens barrel of the projection imaging optical system. The position detecting mechanism, the wafer position detecting mechanism, the mask position detecting mechanism, and the mirror position detecting mechanism can be fixed. As a result, the wafer surface position is adjusted within the range of the depth of focus of the X-ray projection optical system, a pattern is formed at a desired position on the wafer, and the wavefront aberration of the projection optical system is maintained at a desired value or less. Can be. As a result, a resist pattern having a desired shape can be formed in a desired region with high throughput.
【図１】本発明によるＸ線投影露光装置の概略図であ
る。FIG. 1 is a schematic view of an X-ray projection exposure apparatus according to the present invention.
【図２】本発明によるＸ線投影露光装置の概略図であ
る。FIG. 2 is a schematic view of an X-ray projection exposure apparatus according to the present invention.
【図３】本発明によるＸ線投影露光装置の概略図であ
る。FIG. 3 is a schematic view of an X-ray projection exposure apparatus according to the present invention.
【図４】本発明によるＸ線投影露光装置の部分拡大図で
ある。FIG. 4 is a partially enlarged view of the X-ray projection exposure apparatus according to the present invention.
【図５】従来のＸ線投影露光装置の概略図である。FIG. 5 is a schematic view of a conventional X-ray projection exposure apparatus.
１・・・Ｘ線投影光学系（鏡筒） １ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ・・・多層膜ミラー ２・・・マスク ３・・・マスクステージ ４・・・ウエハ ５・・・ウエハステージ ６・・・真空チャンバー ７ａ・・・ウエハ用光軸方向位置検出機構（照射部） ７ｂ・・・ウエハ用光軸方向位置検出機構（検出部） ８ａ・・・マスク用光軸方向位置検出機構（照射部） ８ｂ・・・マスク用光軸方向位置検出機構（検出部） ９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ・・・断熱材 １１ａ〜１１ｅ・・・Ｘ線 １２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ・・・光束 ２０・・・ウエハ位置検出機構 ２１・・・マスク位置検出機構 ２２、２３・・・断熱材 ２４、２５・・・光束 ３０ａ、３０ｂ・・・ミラー位置検出機構 ３１ａ、３１ｂ・・・断熱材 ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ・・・レーザー光束 ４１・・・検出器 ４２・・・電気回路基板 ４３・・・耐圧容器 ４４・・・窓 ４５ａ、４５ｂ・・・パイプ ４６・・・光束 ５１・・・Ｘ線投影光学系 ５２・・・マスク ５３・・・マスクステージ ５４・・・ウエハ ５５・・・ウエハステージ ５６・・・真空チャンバ ５７ａ・・・光軸方向位置検出機構(照射部) ５７ｂ・・・光軸方向位置検出機構(検出部) ５８ａ、５８ｂ・・・光束 ６０ａ、６０ｂ・・・窓 ６１・・・Ｘ線源 ６２・・・Ｘ線照明光学系 ６３・・・ウエハ位置検出機構 ６４・・・窓 ６５・・・レーザー光束 ６６・・・ウエハ位置検出機構 ６７・・・窓 ６８・・・レーザー光束 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... X-ray projection optical system (barrel) 1a, 1b, 1c, 1d ... Multilayer mirror 2 ... Mask 3 ... Mask stage 4 ... Wafer 5 ... Wafer stage 6. ..Vacuum chamber 7a: Optical axis direction position detection mechanism for wafer (irradiation unit) 7b: Wafer optical axis direction position detection mechanism (detection unit) 8a: Mask optical axis direction position detection mechanism (irradiation) 8b ··· mask optical axis direction position detection mechanism (detection unit) 9a, 9b, 10a, 10b ··· thermal insulation material 11a to 11e ··· X-rays 12a, 12b, 13a and 13b ··· light flux 20 ... Wafer position detection mechanism 21 ... Mask position detection mechanism 22,23 ... Heat insulator 24,25 ... Light flux 30a, 30b ... Mirror position detection mechanism 31a, 31b ... Heat insulation material 32a, 32b, 32c ... ray -Light beam 41 ... Detector 42 ... Electrical circuit board 43 ... Pressure-resistant container 44 ... Window 45a, 45b ... Pipe 46 ... Light beam 51 ... X-ray projection optical system 52 ...・ Mask 53 ・ ・ ・ Mask stage 54 ・ ・ ・ Wafer 55 ・ ・ ・ Wafer stage 56 ・ ・ ・ Vacuum chamber 57a ・ ・ ・ Optical axis direction position detection mechanism (irradiation unit) 57b ・ ・ ・ Optical axis direction position detection mechanism ( (Detection unit) 58a, 58b ... Flux 60a, 60b ... Window 61 ... X-ray source 62 ... X-ray illumination optical system 63 ... Wafer position detection mechanism 64 ... Window 65 ... Laser beam 66 ... Wafer position detection mechanism 67 ... Window 68 ... Laser beam
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ２１Ｋ 5/02 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５３１Ｊ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G21K 5/02 H01L 21/30 531J
Claims (10)
生するＸ線を所定のパターンを有するマスク上に照射す
るＸ線照明光学系と、該マスクからのＸ線を受けて前記
パターンをウエハー上に投影結像するＸ線投影光学系を
構成するミラーと、該ミラーを保持する鏡筒と、該ウエ
ハを保持するウエハステージと、該マスクを保持するマ
スクステージと、該ウエハおよびマスクの前記Ｘ線投影
光学系の光軸方向の位置を検出する光軸方向位置検出機
構とからなるＸ線投影露光装置において、 少なくとも該光軸方向位置検出機構の一部を熱的に分離
して該鏡筒に固定する手段を有することを特徴とするＸ
線投影露光装置。At least an X-ray source, an X-ray illumination optical system for irradiating an X-ray generated from the X-ray source onto a mask having a predetermined pattern, and receiving the X-ray from the mask, the pattern Constituting an X-ray projection optical system for projecting an image on a wafer, a lens barrel holding the mirror, a wafer stage holding the wafer, a mask stage holding the mask, the wafer and the mask An X-ray projection exposure apparatus, comprising: an optical axis direction position detecting mechanism for detecting a position of the X-ray projection optical system in the optical axis direction, wherein at least a part of the optical axis direction position detecting mechanism is thermally separated. X having a means for fixing to the lens barrel.
Line projection exposure equipment.
生するＸ線を所定のパターンを有するマスク上に照射す
るＸ線照明光学系と、該マスクからのＸ線を受けて前記
パターンをウエハー上に投影結像するＸ線投影光学系を
構成するミラーと、該ミラーを保持する鏡筒と、該ウエ
ハを保持するウエハステージと、該マスクを保持するマ
スクステージと、該ウエハおよびマスクの面内方向の位
置を検出するマスク位置検出機構およびウエハ位置検出
機構とからなるＸ線投影露光装置において、 少なくとも該マスク位置検出機構およびウエハ位置検出
機構の一部を熱的に分離して該鏡筒に固定する手段を有
することを特徴とするＸ線投影露光装置。2. An X-ray source, an X-ray illumination optical system for irradiating X-rays generated from the X-ray source onto a mask having a predetermined pattern, and receiving the X-rays from the mask, Constituting an X-ray projection optical system for projecting an image on a wafer, a lens barrel holding the mirror, a wafer stage holding the wafer, a mask stage holding the mask, the wafer and the mask An X-ray projection exposure apparatus comprising a mask position detecting mechanism and a wafer position detecting mechanism for detecting a position in an in-plane direction of the wafer, wherein at least a part of the mask position detecting mechanism and a part of the wafer position detecting mechanism are thermally separated from each other. An X-ray projection exposure apparatus, comprising: means for fixing to a lens barrel.
生するＸ線を所定のパターンを有するマスク上に照射す
るＸ線照明光学系と、該マスクからのＸ線を受けて前記
パターンをウエハー上に投影結像するＸ線投影光学系を
構成するミラーと、該ミラーを保持する鏡筒と、該ウエ
ハを保持するウエハステージと、該マスクを保持するマ
スクステージと、該ミラーの位置を検出するミラー位置
検出機構とからなるＸ線投影露光装置において、 少なくとも該ミラー位置検出機構の一部を熱的に分離し
て該鏡筒に固定する手段を有することを特徴とするＸ線
投影露光装置。3. An X-ray source, an X-ray illumination optical system for irradiating X-rays generated from the X-ray source onto a mask having a predetermined pattern, and receiving the X-rays from the mask, Constituting an X-ray projection optical system for projecting an image on a wafer, a lens barrel holding the mirror, a wafer stage holding the wafer, a mask stage holding the mask, and a position of the mirror An X-ray projection exposure apparatus comprising: a mirror position detecting mechanism for detecting the position of the mirror; and a means for thermally separating at least a part of the mirror position detecting mechanism and fixing the part to the lens barrel. Exposure equipment.
段は断熱部材を間に挟むことを特徴とする請求項１〜３
に記載のＸ線投影露光装置。4. The means for thermally separating and fixing to the lens barrel includes a heat insulating member interposed therebetween.
3. The X-ray projection exposure apparatus according to claim 1.
-1・Ｋ-1以下であることを特徴とする請求項１〜４に記
載のＸ線投影露光装置。5. The heat insulating member has a thermal conductivity of 100 J · m.
5. The X-ray projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the X-ray projection exposure apparatus is equal to or less than -1 .
Ｎｉからなる合金あるいは金属の酸化物、炭化物、窒化
物あるいは珪素の酸化物あるいは珪素酸化物系セラミッ
クスであることを特徴とする請求項１〜５に記載のＸ線
投影露光装置。6. The heat insulating member according to claim 1, wherein the heat insulating member is at least an alloy or a metal oxide, carbide, nitride, silicon oxide, or silicon oxide ceramic of Fe and Ni. 3. The X-ray projection exposure apparatus according to claim 1.
する部材の熱膨張係数との差が５×１０-6Ｋ-1以下であ
ることを特徴とする請求項１〜６に記載のＸ線投影露光
装置。7. The apparatus according to claim 1, wherein a difference between a thermal expansion coefficient of the heat insulating member and a thermal expansion coefficient of a member constituting a lens barrel is 5 × 10 −6 K −1 or less. X-ray projection exposure apparatus.
検出機構、ウエハ位置検出機構およびミラー位置検出機
構の構成要素のうち光源および電気部品を耐圧容器に梱
包したことを特徴とする請求項１〜７に記載のＸ線投影
露光装置。8. A light source and an electric component among components of the optical axis direction position detecting mechanism, the mask position detecting mechanism, the wafer position detecting mechanism and the mirror position detecting mechanism are packed in a pressure-resistant container. 8. The X-ray projection exposure apparatus according to any one of items 1 to 7.
を用いた露光方法において、光軸方向位置検出機構、マ
スク位置検出機構、ウエハ位置検出機構およびミラー位
置検出機構の検出値から求めた前記Ｘ線投影光学系の投
影像と前記ウエハとの位置関係に基づき該マスクステー
ジおよびウエハステージを駆動して、前記ウエハの所望
の位置に該投影像を形成することを特徴とするＸ線投影
露光方法。9. An exposure method using the X-ray projection exposure apparatus according to claim 1, wherein an exposure value of the optical axis direction position detection mechanism, a mask position detection mechanism, a wafer position detection mechanism, and a mirror position detection mechanism is determined. The mask stage and the wafer stage are driven based on the obtained positional relationship between the X-ray projection optical system and the wafer to form the projected image at a desired position on the wafer. Line projection exposure method.
置を用い、請求項９に記載の露光方法により露光を行な
って作製したことを特徴とする半導体デバイス。10. A semiconductor device produced by using the X-ray projection exposure apparatus according to claim 1 and performing exposure by the exposure method according to claim 9.
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