JP2001015406A - 半導体装置製造用露光方法及び露光装置 - Google Patents

半導体装置製造用露光方法及び露光装置

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JP2001015406A
JP2001015406A JP18281699A JP18281699A JP2001015406A JP 2001015406 A JP2001015406 A JP 2001015406A JP 18281699 A JP18281699 A JP 18281699A JP 18281699 A JP18281699 A JP 18281699A JP 2001015406 A JP2001015406 A JP 2001015406A
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mask substrate
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exposure
mask
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Taro Ogawa
太郎 小川
Hiromasa Yamanashi
弘将 山梨
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 EUVリソグラフィにおいて、Xeを用いた
LPSの高効率な利用や高解像化を目的として、露光波
長を既存の13.5nm付近から11.5nm付近に短
波長化する検討が始められている。EUVの反射を目的
として光学系やマスクにコーティングされる多層膜は、
11.5nmの波長に対してはMo/Siでは反射率が
約40%と低く、その代わりとしてMo/Be等、Be
を含んだ多層膜が提案されている。しかし、Beは毒性
の高い物質である。 【解決手段】 本願発明の代表例は、光学系の反射ミラ
ーを一枚ないし複数枚、ないし全てにBeを含み高い反
射率を有する多層膜をコーティングすると共に、マスク
基板にはBeを含まずに安全性が高くさらに多層膜の周
期や材料の屈折率、露光光の入射角によって一義的に規
定される反射率のピーク波長が光学系の反射ミラーと等
しくなる多層膜をコーティングすることを特徴とする露
光方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明はマスク上のパター
ンをウェハ上に転写するリソグラフィ技術に関するもの
である。本願発明は、特に波長が10nmから15nm
付近の極端紫外線(Extreme Ultravio
let、以下、EUVと略記する)を光源として、マス
クパターンをウェハ上に縮小投影して転写するEUVリ
ソグラフィに用いられるマスクや光学系、これらを用い
た露光方法、本露光方法を実施する露光装置、本露光方
法によって製造した半導体素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の高集積化につれて、0.1
μm以下の極微細加工を可能にする新たなプロセス技術
の確立が急務になっている。リソグラフィでも露光光の
短波長化によって光学的な解像力の向上を図るため、従
来の水銀ランプやエキシマレーザによる紫外線と比べ
て、波長が10nmから15nm程度と一桁以上も短い
EUVを露光光に用いて高解像化を可能とするEUVリ
ソグラフィの開発が精力的に行われている。
【0003】EUVは物質に対する吸収が非常に著し
く、EUVに対する物質の屈折率もほとんど真空の値に
等しい。したがって、EUVリソグラフィの光学系には
ミラーを組み合わせた反射光学系が用いられる。こうし
た技術に関しては、例えば精密工学会誌、第64巻、第
2号、282頁から286頁(1998年)に見られ
る。また、マスクも光レチクルのような透過型では吸収
による露光光の強度低下が著しいことから反射型マスク
が必要になる。この反射型マスクの例は図1に例示され
る。この例は基板1上に反射型になす為に反射用の多層
膜2がコーティングされている。そして、この多層膜2
上にマスクパターン3が形成されている。
【0004】なお、前記反射用の多層膜2は、次のよう
な構成を有する。即ち、各反射ミラーとマスク基板の表
面には直入射に近いEUVに対して高い反射率を得るた
めに、式1で与えられる複素屈折率nの実部δが露光波
長でのEUVにおいて大きく異なった2種類の材料層対
を30−40層対程度成膜した多層膜がコーティングさ
れる。
【0005】 n = 1 + δ − iβ … … … 式1 EUVリソグラフィの露光波長は、露光光の波長(λ)
や入射角(θ)、多層膜の材料や周期長(d)によって
決定される。これらの関係は近似的に式2で与えられ
る。
【0006】 2d×cosθ = λ … … … 式2 現在、EUVの光源用に、ノズルから真空中に噴出させ
て生成したキセノン(Xe)ガスのクラスターにパルス
レーザーを照射して高温プラズマ化し、プラズマの熱輻
射によってEUVを発生させるレーザープラズマ光源
(LPS)が精力的に開発されている。また、露光装置
はLPSから発生した波長が13.5nm付近のEUV
を露光光に用い、式2を満たす条件でモリブデン(M
o)/ケイ素(Si)多層膜をコーティングした反射ミ
ラーならびにマスク基板を用いる方式が主流となりつつ
ある。
【0007】Mo/Si多層膜に含まれるSiは、露光
光がSiのL吸収端である12.4nmより僅かに長波
長の領域では極めて透明になるため、Mo/Si多層膜
は波長が13.5nm付近のEUVに対して反射率が約
70%と、極めて良好な値が得られる。
【0008】さらに、高スループット化や高解像化を目
的として、露光波長が11.5nm付近のEUVを用い
る検討も始まりつつある。これは、主にXeを用いたレ
ーザープラズマ光源が、13.5nm付近と比べて1
1.5nm付近で数倍以上大きい強度を有し、高スルー
プット化が可能なためである。また、露光光の短波長化
による高解像化も併せて可能になる。
【0009】一方、 Mo/Si多層膜は、SiのL吸
収端である12.4nmより短い波長領域では反射率が
約40%と著しく低下する。この対策として、K吸収端
が11.1nmとSiより短波長側にあるベリリウム
(Be)を用いたMo/Be多層膜を反射ミラー上やマ
スク基板上にコーティングする提案がある。こうするこ
とによって、当該反射特性として、波長が11.5nm
付近のEUVに対して70%近い反射率が得られる。こ
の結果、前述のようにEUVリソグラフィの高スループ
ット化、高解像化が可能となる。こうした技術は例えば
オーエスエー・プロシーディング・オン・エクストリー
ム・ウルトラヴァイオレット・リソグラフィ、23巻、
52頁から55頁(1995年)に見られる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】EUVリソグラフィに
おいては、Xeを用いたLPSを光源とし、Mo/Si
多層膜の代わりに、Mo/Be多層膜をコーティングし
た反射ミラーやマスク基板を用いた露光方法を取り入れ
ることによって、高スループット化、高解像化が可能と
なる。しかし、工業技術的にはBeは毒性の高い物質で
あり、取り扱いには難点が大きい。
【0011】多層膜のコーティングには、一般にマグネ
トロンやイオンビームによるスパッタリングが用いられ
る。光学系の反射ミラーは多層膜を一旦コーティングす
れば、露光装置に組み込んで永続的な使用が可能であ
る。
【0012】一方、マスクでは各デバイスや各レイヤー
毎に異なった品種が作成されるため、マスク基板上に多
層膜を頻繁にコーティングする必要がある。また、光学
系の物点にあるマスクはキラー欠陥の個数を1000平
方センチあたり1個以下に低減する必要があるが、発塵
による多層膜への欠陥導入を防ぐためにスパッタリング
用真空チャンバの頻繁なクリーニングが必要となる。
【0013】しかし、Beはその高い毒性から、スパッ
タリング工程の完全隔離やチャンバ内の付着物除去、廃
棄物の処理等に大きなコストが掛かる。したがって、純
技術的にはともかく、大量生産の工業的な見地からは、
マスク基板上にBeを含んだ多層膜をコーティングする
ことは極めて困難であった。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願発明ではXeを用いたLPSを光源とし、1
1.5nm付近のEUVを露光光に用いるEUVリソグ
ラフィにおいて、光学系の反射ミラーの一枚ないし複
数、ないし全てにBeを含み、高い反射率を有する多層
膜をコーティングするとともに、マスク基板にはBeを
含まずに安全性が高く、さらに、多層膜の周期や材料の
屈折率、露光光の入射角によって一義的に規定される反
射率のピーク波長が、光学系の反射ミラーと等しくなる
多層膜をコーティングすることを特徴とする。Beを用
いる反射ミラーでは、一旦コーティングすれば、露光装
置に組み込んで実用的には永続的な使用が可能である。
この為、前述の毒性の問題は十分現実的に対応が可能で
ある。
【0015】この結果、本願発明によれば、露光光にX
eを用いたLPSから発生した波長が11.5nm付近
のEUVを用いて高スループットと高解像度を達成し、
かつ、露光に必要なマスクを低コストかつ安全に提供す
る露光方法を実現できる。
【0016】以上説明した本願発明の代表例を要約すれ
ば、次のように言うことが出来る。即ち、本願発明の代
表例は、光学系の反射ミラーを一枚ないし複数枚、ない
し全てにBeを含み高い反射率を有する多層膜をコーテ
ィングすると共に、マスク基板にはBeを含まずに安全
性が高くさらに多層膜の周期や材料の屈折率、露光光の
入射角によって一義的に規定される反射率のピーク波長
が光学系の反射ミラーと等しくなる多層膜をコーティン
グすることを特徴とする露光方法である。
【0017】以下、本願発明の主な諸形態を列挙する。
【0018】本願発明の第1の形態は、波長が10nm
から15nm付近の極端紫外線(EUV)を光源として
マスク基板上を照明し、マスク反射光を複数の反射ミラ
ーからなる光学系を介してウェハ上に縮小投影露光させ
るEUVリソグラフィにおいて、EUVに対して屈折率
の異なる層を交互に積層させた周期構造からなり、反射
率向上を目的としてマスク基板上ならびに反射ミラー上
にコーティングさせる多層膜の構成材料が、マスク基板
上と反射ミラー上で異なっていることを特徴とする露光
方法である。
【0019】本願発明の第2の形態は、一枚ないし複
数、あるいは全ての反射ミラー上にコーティングされた
多層膜の周期構造を構成する少なくとも一層がベリリウ
ム(Be)、ないしはBeの合金や化合物を含んでいる
ことを特徴とする前記第1の発明形態として記載の露光
方法である。
【0020】本願発明の第3の形態は、一枚ないし複
数、あるいは全ての反射ミラー上にコーティングされた
多層膜の周期構造を構成する少なくとも一層がモリブデ
ン(Mo)、ないしはMoの合金や化合物を含んでいる
ことを特徴とする前記第1または第2の発明形態として
記載の露光方法である。
【0021】本願発明の第4の形態は、マスク基板上に
コーティングされた多層膜の周期構造を構成する少なく
とも一層がボロン(B)、ケイ素(Si)、スカンジウ
ム(Sc)、ジルコニウム(Zr)、ないしはこれらの
合金や化合物を含んでいることを特徴とする前記第1か
ら第3の発明形態のいずれかとして記載の露光方法であ
る。
【0022】本願発明の第5の形態は、マスク基板上に
コーティングされた多層膜の周期構造を構成する少なく
とも一層がBの化合物を含んでいる場合、該化合物が炭
化物、ないしは窒化物であることを特徴とする前記第4
の発明形態として記載の露光方法である。
【0023】本願発明の第6の形態は、マスク基板上に
コーティングされた多層膜の周期構造を構成する少なく
とも一層が、化学的に安定でかつ毒性の低いリチウム
(Li)、ないしはカルシウム(Ca)の化合物を含ん
でいることを特徴とする前記第1から第4の発明形態の
いずれかとして記載の露光方法である。
【0024】本願発明の第7の形態は、マスク基板上に
コーティングされた多層膜の周期構造を構成する少なく
とも一層がルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、な
いしはこれらの合金や化合物を含んでいることを特徴と
する前記第1から第6の発明形態のいずれかとして記載
の露光方法である。
【0025】本願発明の第8の形態は、前記第1から第
7の発明形態のいずれかとして記載の露光方法によって
作成したマスク基板、反射ミラー、マスク基板ならびに
反射ミラーを用いて作成した露光装置である。
【0026】本願発明の第9の形態は、前記第1から第
7の発明形態のいずれかとして記載の露光方法によって
作成したマスク基板、反射ミラー、マスク基板ならびに
反射ミラーを用いて作成した露光装置を用いて作成した
半導体素子である。
【0027】
【発明の実施の形態】以下,本発明の一実施例を図1、
図2、表1、表2を用いて説明する。
【0028】図1は反射型マスクの断面構造の概念図で
ある。図1において、1はSi、石英ガラス、低熱膨張
ガラス等からなるマスク基板、2はマスク基板上にコー
ティングした多層膜、3は多層膜上に形成したマスクパ
ターンである。このマスクパターンにはEUVの吸収能
の大きな金属が有用である。具体的には、このマスクパ
ターンは、例えばタンタル(Ta)、クロム(Cr)、
あるいはタングステン(W)等の材料を用いて構成され
る。図2は本願発明の係わるEUVリソグラフィの露光
方法を示す概念図である。図2の露光方法は前述のよう
に露光の光学系と反射型マスクとで、反射の為の異なっ
た材質の多層膜を用いて構成された光学的構成を用いて
行われるものである。露光の光学系とは、一旦コーティ
ングすれば、露光装置に組み込んで実用的には永続的な
使用が可能な光学部材を有する光学系部分である。これ
は、より具体的には、例えば凸面鏡と凹面鏡の反射ミラ
ーからなる光学系である。図2において、1はSi、石
英ガラス、低熱膨張ガラス等からなるマスク基板、2は
マスク基板上にコーティングした多層膜、3は多層膜上
に形成したマスクパターン、4は凹面のミラー基板、5
はミラー基板4上にコーティングした多層膜、6は凸面
のミラー基板、7はミラー基板6上にコーティングした
多層膜、8は凹面のミラー基板、9はミラー基板8上に
コーティングした多層膜、10はウェハ、11はXeを
用いたLPSから発生したEUVを、照明光学系を介し
て11.5nmに分光した露光光、12はマスクならび
にミラー反射光である。この光学系で、露光光11は反
射型マスク(例えば符号1、2、3の部材で構成され
る)、凹面ミラー(例えば符号4、5の部材で構成され
る)、凸面ミラー(例えば符号6、7の部材で構成され
る)および凹面ミラー(例えば符号8、9の部材で構成
される)にて順次反射され、加工用部材の基板10を露
光する。
【0029】ここで本願発明において重要な点は、前述
した通り、露光の光学系、凹面ミラー(例えば符号4、
5の部材で構成される)、凸面ミラー(例えば符号6、
7の部材で構成される)および凹面ミラー(例えば符号
8、9の部材で構成される)と、反射型マスク(例えば
符号1、2、3の部材で構成される)とで、反射の為の
異なった材質の多層膜を用いて構成することである。
【0030】表1は露光波長が11.5nmのEUVに
対するBe、ホウ素(B)、Bの化合物、スカンジウム
(Sc)、ジルコニウム(Zr)、リチウム(Li)、
Liの化合物、カルシウム(Ca)、Caの化合物、M
o、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)の複素屈折
率のδ、βをアトミック・データー・アンド・ニューク
リアー・データー・テーブルズ、54巻、215頁から
219頁、221頁、232頁から233頁、252
頁、254頁、256頁から257頁(1993年)に
記載された原子散乱因子の値を用いて求めたものであ
る。
【0031】表1の軽元素を含有する層と重元素を含有
する層を交互に積層して多層膜を構成する。本願明細書
において、例えば、Ru/B4Cと表記したものはRu
膜とB4C膜の多層膜を示している。尚、本願発明に係
わる多層膜の膜厚や周期などの設定は、要求される特性
に応じて、従前の技術に準じ設定して十分である。
【0032】
【表1】
【0033】露光波長が11.5nmのEUVに対して
高反射率な多層膜を得るためには、表1の軽元素の項と
重元素の項から複素屈折率の実部δの差が大きく、屈折
率の虚部βの絶対値が小さい材料の組み合わせを選択す
る必要がある。このことから、図2の光学系の各反射ミ
ラーにはMo/Beをコーティングした。
【0034】表2は波長が11.5nm、入射角が3度
のEUVに対するMo/Be、Mo/Si、Mo/炭化
四ホウ素(B4C)、Ru/B4C、Rh/B4C多層膜
の理論反射率を表1のδ、βを用いて求めたものであ
る。表2の相対反射強度では、Mo/Beが最も大き
く、従って、露光の光学系、例えば凹面ミラーや凸面ミ
ラー用の多層膜(5、7、9)に用いるに最も適したも
のであることが理解される。Mo/SiおよびMo/B
4Cは相対反射強度が小さく反射面の構成としては十分
でない。一方、Ru/B4CおよびRh/B4Cは、Mo
/Beには劣るものの十分実用的に各種反射面として極
めて有用なものである。そして、これらの例はBeのよ
うに毒性の問題は無い。これらの諸例以外に表1の諸特
性を勘案してその他の多層膜を構成することが出来る。
【0035】
【表2】
【0036】以上の結果から、光学系の複数の反射ミラ
ー用としてその基板(4、6、8)にはMo/Beの多
層膜(5、7、9)をコーティングした。こうすること
によって、複数回の反射による露光強度のロスを最小限
にするとともに、マスク基板1にはRu/B4C、ある
いはRh/B4Cを用いることによって、波長が11.
5nm付近のEUVを用いて、高スループットと高解像
度を達成し、かつ、露光に必要なマスクを低コストかつ
安全に提供する露光方法を実現できた。
【0037】尚、上記の露光方法は、マスク基板用の多
層膜の軽元素としてB4Cの他に、表1に示すように窒
化ホウ素(BN)等、Bの他の化合物、Sc、Zrなら
びにそれらの合金や化合物、Li、Caの安定な化合
物、また、重元素としてRu、Rhないしはこれらの合
金や化合物を用いることによっても、同様に実現でき
た。
【0038】以上、詳細に説明したように、本願発明の
実施の諸形態によれば,EUVリソグラフィにおいて光
学系の反射ミラーにはBeを含み、高い反射率を有する
多層膜をコーティングするとともに、マスクにはBeを
全く含まずに安全性が高い多層膜をコーティングするこ
とによって、露光光にXeを用いたLPSから発生した
波長が11.5nm付近のEUVを用いて高スループッ
トと高解像度を達成し、かつ、露光に必要なマスクを低
コストかつ安全に提供する露光方法を実現できる。
【0039】
【発明の効果】本願発明の第1の観点によれば、量産上
の難点を回避しつつ、即ち毒性の無い物質を反射型マス
クに用いつつ、EUVを用いた露光を高スループットと
高解像度になし得る。
【0040】本願発明の第2の観点によれば、量産上の
難点を回避しつつ、即ち毒性の無い物質を反射型マスク
に用いつつ、EUVを用いた露光を、低コストかつ安全
に提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はEUVリソグラフィ用反射型マスクの断
面構造の概念図である。
【図2】図2はEUVリソグラフィの縮小投影光学系の
概念図である。
【符号の説明】
1:マスク基板、2:マスク基板上にコーティングした
多層膜、3:多層膜上に形成したマスクパターン、4:
凹面の反射ミラー、5:反射ミラー4上にコーティング
した多層膜、6:凸面の反射ミラー、7:反射ミラー6
上にコーティングした多層膜、8:凹面の反射ミラー、
9:反射ミラー8上にコーティングした多層膜、10:
ウェハ、11:Xeを用いたLPSから発生したEUV
を、照明光学系を介して11.5nmに分光した露光
光、12:マスクならびにミラー反射光である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年5月26日(2000.5.2
6)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項7】波長が12.4nmより短い 極端紫外線に
よって、所定基板上に転写する為の所望パターンを有す
反射型マスク基板上を照明し、当該反射型マスク基板
からの反射光を複数の反射ミラーからなる光学系を介し
て、前記反射型マスク基板上に有する所望パターンを、
前記所定基板上に縮小投影露光させる極端紫外線リソグ
ラフィであって、上記請求項1から請求項6のいずれか
に記載の露光方法によって作成された、反射型マスク基
板、反射ミラー、あるいは反射型マスク基板ならびに反
射ミラーの双方のいずれかを用いて構成された露光方
法。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年10月10日(2000.10.
10)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 半導体装置製造用露光方法及び露光装
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 極端紫外線を光源としてマスク基板上を
    照明し、マスク反射光を複数の反射ミラーからなる光学
    系を介して所定基体上に縮小投影露光させる極端紫外線
    リソグラフィであって、前記極端紫外線に対して屈折率
    の異なる層を交互に積層させた周期構造からなり、反射
    率向上を目的として前記マスク基板上ならびに前記反射
    ミラー上にコーティングさせる多層膜の構成材料が、前
    記マスク基板上と前記反射ミラー上で異なっていること
    を特徴とする露光方法。
  2. 【請求項2】 一枚ないし複数、あるいは全ての反射ミ
    ラー上にコーティングされた多層膜の周期構造を構成す
    る少なくとも一層がベリリウム(Be)ないしは、Be
    の合金や化合物を含んでいることを特徴とする請求項1
    に記載の露光方法。
  3. 【請求項3】 一枚ないし複数、あるいは全ての反射ミ
    ラー上にコーティングされた多層膜の周期構造を構成す
    る少なくとも一層がモリブデン(Mo)、ないしはMo
    の合金や化合物を含んでいることを特徴とする請求項1
    または請求項2のいずれかに記載の露光方法。
  4. 【請求項4】 マスク基板上にコーティングされた多層
    膜の周期構造を構成する少なくとも一層がボロン
    (B)、ケイ素(Si)、スカンジウム(Sc)、ジル
    コニウム(Zr)、ないしはこれらの合金や化合物を含
    んでいることを特徴とする請求項1から請求項3のいず
    れかに記載の露光方法。
  5. 【請求項5】 マスク基板上にコーティングされた多層
    膜の周期構造を構成する少なくとも一層がBの化合物を
    含んでいる場合、該化合物が炭化物、ないしは窒化物で
    あることを特徴とする請求項4に記載の露光方法。
  6. 【請求項6】 マスク基板上にコーティングされた多層
    膜の周期構造を構成する少なくとも一層が、化学的に安
    定でかつ毒性の低いリチウム(Li)、ないしはカルシ
    ウム(Ca)の化合物を含んでいることを特徴とする請
    求項1より請求項4のいずれかに記載の露光方法。
  7. 【請求項7】 マスク基板上にコーティングされた多層
    膜の周期構造を構成する少なくとも一層がルテニウム
    (Ru)、ロジウム(Rh)、ないしはこれらの合金や
    化合物を含んでいることを特徴とする請求項1より請求
    項6のいずれかに記載の露光方法。
  8. 【請求項8】 上記請求項1から請求項8のいずれかに
    記載の露光方法によって作成したマスク基板、反射ミラ
    ー、マスク基板ならびに反射ミラーを用いて作成した露
    光装置。
  9. 【請求項9】 上記請求項1から請求項8のいずれかに
    記載の露光方法によって作成したマスク基板、反射ミラ
    ー、マスク基板ならびに反射ミラーを用いて作成した露
    光装置を用いて製造された半導体素子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003302753A (ja) * 2002-04-11 2003-10-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd パターン形成方法
KR101072378B1 (ko) * 2004-12-20 2011-10-11 엘지디스플레이 주식회사 평판표시장치용 노광장비 및 이를 이용한 기판의포토리소그라피 방법
CN103309168A (zh) * 2012-03-15 2013-09-18 台湾积体电路制造股份有限公司 反射光刻掩模和系统及方法
CN103869605A (zh) * 2012-12-12 2014-06-18 上海仪电显示材料有限公司 制造滤光板用的掩模板、滤光板的形成方法、显示装置
CN113900162A (zh) * 2021-09-30 2022-01-07 深圳迈塔兰斯科技有限公司 曲面基底的超表面及其制备方法

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