JP2004006908A - 走査リングフィールド縮小投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リソグラフィに用いられる縮小投影装置でウェーハ上の像の収差をなくすとともに所望の加工スペースを得ることを目的とする。
【解決手段】３００Åから４０Åまでの波長範囲内のＸ線放射線を用いて最大０．４μｍまでの設計単位につくられるデバイスを生産するためのリソグラフィパターニングを行う走査リングフィールド縮小投影装置である。この装置の光学構成は全−反射形であり、第１の凹面ミラー２５、第２の凸面ミラー２６及び第３の凹面ミラーミラー３０からなる三面構造を含み、第２と第３のミラー２６、３０の間に第４の凹面折り曲げ用ミラー２９を具備する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は集積回路などの製造に広く用いられる、サブミクロンの設計単位のリングフィールド投影パターン描写、およびこのような製造時に用いられる装置に関わる。反射光学系を利用することによってＸ線スペクトル領域、とりわけ３００Å程度以下の長い波長領域から数十Åの領域における操業が可能になった。このような製造時の可能なスループットは走査リングフィールドスリットの実質的な幅および実質的な直線長さ（これらのファクターは大型ＬＳＩチップを一回の走査でパターン描写する能力を決定するものでもあるが）を左右するレンズの設計に依存する。０．２５ミクロン以下の設計単位のＶＬＳＩ（電気的なもの、光学的なもの、ハイブリッド型を問わず）の製造が望まれている。
【０００２】
【従来の技術】
最初期から現在に至るＬＳＩ製造の歴史はよく知られている。１ミクロンないしそれよりわずかに小さい設計単位で作られた現在の１−２メガビットチップの革命は最終的なものであるわけではない。リソグラフィーの解像度はこれまで重要な役割を演じてきたし、これからもそうであろう。今のところデバイスの製造は近紫外線の波長（即ちλ＝３６５０Å）を用いている。より短い波長ないし遠紫外線（即ちλ＝２４８０Å）を用いた次世代のデバイスへの開発努力がなされている。更に小さい設計単位はより短い波長を要請するので、パターニングに用いられる電磁波は必然的にＸ線スペクトルとなることだろう。
【０００３】
来たるべき世代のデバイスのＸ線による製造に係わる研究開発活動は、波長１０−１５ÅのＸ線を中心に行なわれて来た。素材の特性、即ち劣悪な反射率、透過／吸収、を考慮すると有用な光学系は用いることができない。したがってＸ線に対する研究開発努力はほとんどプロキシミティプリンティング（近接印刷）に向けられて来た。この近接印刷は、防護マスクと小さな透き間で接触させて行なうプリンティングであり、必然的に対象と像の比率は１：１に限られる。
【０００４】
上記問題に拘らず、数多くの考察が投影Ｘ線リソグラフィーに関する連続し並行的になされた努力を支えている。この努力は対象と像との比率の縮小に関する期待のために広くなされている。１：１のマスクの製造、特に０．２５ミクロン以下の設計単位での製造は問題を示す一方、比率縮小システムでの使用に適した高集積の拡大マスクが現在の技術を用いてつくられる。加えて、近接印刷で除外される厚く丈夫な反射マスクが投影に使用される。
【０００５】
投影Ｘ線リソグラフィーについての初期の努力は２つの球面ミラーシュワルツシルトシステムを用いていた。（木下らによる「多層膜ミラーを用いた軟Ｘ線縮小リソグラフィー」，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｂ６巻，１６４８頁、１９８９年，及びハウリラックとセッペラによる「Ｘ線縮小カメラを用いた軟Ｘ線投影リソグラフィー」，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｂ６巻，２１６１頁、１９８８年，参照のこと。）実際のリソグラフィー−像面湾曲、テレセントリシティ達成における困難、及び中心の曇りによる減損に関してシュワルツシルト設計の使用を制限する３つの主な要因がある。
【０００６】
将来有望な研究はリングフィールド走査システムの使用に関係する。すべてのリングフィールド光学構成は、収差の光線依存及び低次の（すなわち３次の）収差を高次の収差に釣り合わせてシステムの光軸から離れた狭い環状補正領域をつくる（その軸に関して回転対称な一定の曲率の領域）技術の使用に基く。したがって、その補正された領域の形状は一直線のストリップというよりはむしろ弓形状のストリップである。ストリップの幅は、より大きな分解能のためにより重要な設計曲率よりも大きいあるいは小さい距離で残留非点収差を増やして印刷される最も小さな機能の関数である。
【０００７】
この原理に基く関連した装置は、より長い波長で用いるものであるが、パーキン−エルマーコーポレーションから販売されているオフィナー１：１リングフィールドシステムである。有用な記載は１９７３年７月２４日発行の米国特許第３、７４８、０１５号明細書にある。それは単一の倍率で用いられるゼロ歪曲のテレセントリックシステムである。このシステムの対称性のために（ここで光学システム及びビーム路は絞りから像までのように対象物から絞りまで実際上同一であり、「絞り」は主光線のクロスオーバーの点、または開口が一般に配置されたシステム中の位置を意味する。）、コマ及び歪曲収差が本質的に補正される。低次と高次の収差の釣り合いは狭い円形の補正領域を与える。オフィナー１：１システムの顕著な効果はリングフィールドの補正が球面ミラーで達成されることである。このシステムの欠点は縮小できないことであり、処理量が補正ゾーンの狭さに対応する小さなリング幅により制限されることである。
【０００８】
Ｘ線投影リソグラフィーに対する主な動機付けは、近接印刷及びオフィナーリングフィールドシステムの両方において要求される１：１マスク製造における困難性である。全−反射三要素対物レンズを用いたシステムを記載した関連の刊行物には、１９８０年１２月２３日発行の米国特許第４、２４０、７０７号明細書及び１９８８年３月２９日発行の米国特許第４、７３３、９５５号明細書がある。これらの両方の設計は２つの正の（凸の）ミラーに挟まれた１つの負の（凹の）ミラーを備える構成に基づき、共にスペクトルの可視−赤外領域について設計されている。これらのシステムは、二次元のあるいは高アスペクトレシオの（直線スリットの）どちらかの視界に遠い対象物の像を（無限遠に）つくるのに適する。しかし、これらのシステムは像空間でテレセントリックでもなく像歪曲を補正するものでもない。手近かな目的のための三ミラー面設計の他の欠点は対象物と像の両方がシステムの同一サイドに配置されることである。この結果、この光学システムの障害を避けるためにウエーハの動きに厳密な制限が加わる。
【０００９】
他の関連した刊行物には１９８８年３月３１日発行の米国特許第４、７４７、６７８号明細書がある。これは深ＵＶリソグラフィーに関する４：１縮小システムを記載し、四ミラー面反射システムと屈折レンズの三群との組み合わせを用いている。これはリングフィールドシステムであって、テレセントリックで低歪曲を持つ。この設計における基本的な合意事項は屈折レンズが縮小構成において球面ミラーの使用を見込んでおくことである。このシステムは２５００Åの波長で０．５μｍの分解能を達成しているが、軟Ｘ線波長領域には適さない。屈折レンズによるかなりの吸収がありそのため反射レンズでの集中に至るからである。
【００１０】
この１：１リングフィールドの固有の効果が操作モードでの使用に近ずくにも拘らず、ＬＳＩ製造において価値ある役割を演じるには信頼性が少ない。１：１マスク製造の問題は別として、その一般的な要旨はそのような操作システムの処理量が、リングフィールドの幅の全域での収差の最小化にかけられる過剰な要求のため本来的に小さいことである。その結果、狭いリング形状のスリットは非常に低い処理量をもたらす。
【００１１】
リングフィールドシステムの縮小形態では、コマ及び歪曲収差はもはや構成の対称性により解消されない。その結果、より多くの設計変数がこれらの収差に加えて球面収差、非点収差及び像面湾曲について要求される。米国特許第４、７４７、６７８号明細書に記載された設計においてその変数は屈折レンズの付加として現れる。Ｘ線設計ではその付加的変数は各ミラーが球体から非球面へはずれるという形態をとる。三次収差補正（しばしば円錐定数と呼ばれる）及びより高次の補正についての非球面係数は収差を制御するための非常に効果的な手段であり、そして一般的に各係数は１つの一次収差を制御しまたは補正する。非球面ミラーの使用は最近、投影Ｘ線システムには避けられないと考えられている。全−球面ミラー設計が、収差補正の見地から見込まれることであるが、開発されてきているが、これらのシステムは１０のミラーまで含む。利用可能な多層ミラーに関する正常入射近く（〜６０％）での軟Ｘ線の低反射性は十分に光学−紫外線の波長の反射性（典型的には９８％以上）以下であり、このことは投影システムにおいて用いることのできる多くのミラーに対して厳密な制限を加える。
【００１２】
他の困難性はおそらくさらにより重大であろう。近接印刷で用いられる１０〜１５Åの波長のＸ線放射線は、上述のように現在利用可能なＸ線光学の範囲外である。
【００１３】
このことは約１３０Åを中心とする、すなわち１００〜１５０Åの範囲のより長い波長の放射線を考慮させる。そのようなより長い波長でややより大きな屈折率を持つ適当な材料は入手可能ではあるが、スリットの幅Ｗに基づく処理量の限界、すなわち放射線の波長ではなく装置の設計単位に関係する限界は引き続き問題である。（ウッドらの「１／１０ミクロン構成の結像のための短波長環状フィールド光学システム」，Ｐｒｏｃ．ｏｆ　３３ｒｄ　Ｉｎｔ．　Ｓｙｍｐ．ｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎ，Ｉｏｎ，ａｎｄ　Ｐｈｏｔｏｎ　Ｂｅａｍｓ，１９８９年、を参照）
【００１４】
約１００Åでの利用可能な屈折率は、なお全く低いが、多層反射光学構成（ブラッグ反射体（ＤＢＲ））の製造には十分である。１４０Åの放射線を用いる〜４５％の方向反射率をもたらすＤＢＲ反射光学構成が組み立てられてきており、１／１０μｍの構成サイズを得るのに用いられてきた。ボルクホルムらの「多層被膜光学構成を用いた１４ｎｍでの縮小結像」，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｂ８（６），（１１／１２月、１９９０年）を参照のこと。このアプローチは全構成（非走査性）、縮小投影を提供するものであるが、像面湾曲により厳しく制限される。必要な分解能は得られるものの、フィールドサイズは非常に小さく、例えば０．１μｍの構成サイズで２５μｍｘ５０μｍである。リングフィールド走査での使用に適用可能なものの、同じフィールド制限が適用されて数ミクロンのオーダーのスリット幅Ｗ（所望の数ｍｍのスリット長さＬに対応する）となる。
【００１５】
要するに、マスク安全性及び対象物対像の縮小の可能性による例えば０．２５μｍ以下のリングフィールド投影印刷の魅力は、まだ実行できる処理方法をもたらしていない。処理量の制限による非常に高いカメラ／光源コストは責任あるものと考えられている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
処理方法の見地から、本発明の核心はリングフィールド投影特性の観測であり、このアプローチに伴う優秀性を保持しつつ製造における装置の処理量を増大させることである。本発明の主な側面は、広い走査領域を可能とする単一走査の間に像の幅をどちらも収容するスリットの大きさを達成し得ることに関する。特に、十分な観測は、ある原理の収差は光学中心からの曲率による依存性に関して反対の勾配からなるという事実にある。これよって光学構成の設計において収差を実質的に解消することができ、これによりスリット長さＬを少なくとも単一パターン全体の大きさと等しくしつつスリットの幅Ｗを増大させることができる。
【００１７】
Ｘ線リングフィールド製造に向けられた活動は期待されるコストにより促されてきた。上記の研究に内在する考察から推定すると、非常に低い装置処理量となり、大きな装置への投資の非効率的使用に至る。パーキン−エルマー装置のアプローチに関する有用な生産の割合は、許容できる走査率のため大きな部分を占め、その走査率は次には広いスリット幅（特性上、約２ｍｍ）になる。スリット幅を横切り必要となる収差限界（設計の基礎とされる一定の半径の包含された弧のいずれかの側までの）はより小さい設計単位の限界となる。１．０μｍから現在企図される０．１μｍｍまでの設計単位の大まかに近似される縮小は、幅において同時に必要とされる縮小（約０．１ｍｍ、すなわち１００μｍまでの）に帰結する。他の研究はまだ狭いスリットの必要性を提案する。必要となる高アスペクト比のスリットの照射における実際上の困難は、特に相対的に高価なＸ線源が必要となることである。更に、所定の収差についてのスリット幅は、収差制御を続けるため曲率が大きくなるにつれて減少しなければならないから、実際上、曲率における限界を考慮するに至る。しかし、曲率が小さくなると、スリットの弧の必要な直線寸法もまた小さくなる。その結果、重要なことは走査領域の結果的な縮小は間接費（走査間において装置を再配置するのに要する時間）を増大させることであって、許容された走査長さは、所望の像のパターン幅よりも小さく減らされ、そのためスリットの突き合わせ端で非常に高い精度が必要になる。
【００１８】
効率的にコリメート化されたシンクロトン光源はかなり容易に小さな走査幅Ｗを照射するのに用いられる（恐らく、近コヒーレンス性、あるいはしばしばコヒーレンス性を減ずるための意図的な変更の効果により、フリンジによりされるように）。一般的に、コリメート化された光源と同様にランバート光源のような小光源領域が望ましい。より大きな領域の光源、例えばプラズマ光源からのパワーは小さな光源からできるだけ効率的に集めることが出来なく、比較的高価な、精度良く設計されたコンデンサーが必要となる。このコンデンサーは装置の原コストと処理コストとの両方を引き上げる（後者に関しては、コンデンサーの製作が不完全になるような程度まで）。
【００１９】
本発明の重要な一側面は、高処理量の特に適した設計からなる装置に向けられている。この本発明の側面は、約３００Åから４０Åまでの波長範囲（所謂「長」または「軟」Ｘ線スペクトラム内）における使用のために設計された、全−反射、縮小、リングフィールド投影装置に向けられている。ここにおけるプロセスは装置設計のより広い範囲を使用するが、クレームされた装置は典型的なものである。本発明の設計は商業的製造に適すると考えられる処理量を供給する一方、分解能及び低処理量の従来技術の装置に以前から関連して結果的に生じる収差がないことに関する効果を維持する。
【００２０】
より特定的に言うと、本発明の装置は、初期の設計に関連する走査アーチ形スリット形状の像のフィールドを提供する。分解能と収差との要求が一致したスリットの大きさは、突き合わせの必要のないパターンの大きさを収容する長さとＸ線源を効果的に使用する幅との両方からなる。設計の選択には光軸からの実質的な放射距離が含まれ、大きなスリットの長さＬ（大きなチップの単一走査パターニングを可能とするに十分な長さ）を可能にする。好適な実施態様のためこの設計の柔軟性は、パターンの幅に合うスリットの長さＬ及び様々なＸ線源を効果的に使用できる実質的なスリットの幅Ｗに換えるので、高処理量がもたらされる。大きなスリットの幅は、スリット全体に均一に照明するための設計要求を容易にする。
【００２１】
本発明では反射三非球面ミラーシステムは、明瞭なリングフィールドの形態で縮小投影システムとしての使用について構成される（中央の不明瞭さを避けることは、全空間周波数範囲にわたって、すなわち、結像の線間隔の全範囲にわたって最大コントラストを可能にする。）。ミラーの基本的な円錐定数は各ミラー毎に選択され、球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲収差を補正しあるいは釣合いをとる。ミラーの半径は円錐定数と協力して機能するように各ミラー毎に選択され、最適な補正をし、像空間においてテレセントリックである明瞭なリングフィールドの形態を維持する。高次の非球からの逸脱はまた最適な回折の限定された性能を与えるのに用いられる。設計空間における好ましい構成は、小さな６次及び８次の非球逸脱を持つ基本の球体（すなわち、ゼロの円錐定数）として３つのミラーのうちの１つを有する。（コマ、非点、歪曲の種々の形の収差に関する用語は、通常の使用形態に基づく。Ｗ．Ｔ．ウェルフォードによる「対称光学システムの収差」、アカデミック・プレス、１９７４年、を参照。）
【００２２】
本発明のシステムは三反射の第２と第３のミラーとの間で第４のミラー（零または有限光学パワーの基本システムにおける折り曲げ用ミラー）を用いる。この第４のミラーは次の４つの重要な目的にかなう。（１）システムを折り曲げる、すなわち光学構成の反対側にウェーハを置くことによって、障害なくウェーハを動かす柔軟性を可能とする。（２）光学構成における追加の設計上の柔軟性を提供して三システムの他の制限を解消する。（３）光学構成とウェーハとの間の隙間を大きくする。（４）システムにおいて利用可能な絞りを提供する。大きくされたスリットの幅はかなりの部分において本設計に起因する。非球逸脱はこの平面か曲面かどちらかのミラーに加えられ、付加的な収差補正がなされ、使用分野が歪曲収差によって制限のみされたシステムとなる。この設計形態の分解能（歪曲収差を無視した）に関する結像性能は、その３次と５次との釣り合いに起因する残留像面湾曲によって制限される。好ましい構成において、パッケージ式ミラーは球面である。
【００２３】
上述の記載は、少なくとも最初の設計において商業的装置で直接的に実行されそうである。事実、前述の詳細は、最も適用可能な従来研究が平面折曲げ用ミラーにより改良された三面の形態を取る点において歴史的意味で広く適用する。歴史的に正しいけれども、第４の要素のある種の機能は三面システムの一部となることは明白であろう。光学的に等価なシステムはたぶん非球項を含まない球形の折曲げ用ミラーの使用を基礎にし、システムでは補正は他の要素に対する適当な非球面補正によってなされる。同様に、折曲げ用ミラーは大部分の商業的装置で使用されるであろうことは予期されるが、簡便な三面システムが本発明の増大されたＷをもたらすよう設計される。縮減された吸収損失が折曲げ用ミラーの便利さを補償することが想像される。
【００２４】
許容できる特徴に関する本発明性あるシステムの特質を設計と操作との両見地から述べることは便利である。そのような特徴を列挙する場合、経済上または他の状態が１つ以上除かれることを提起する事情があることを銘記すべきである。・背面の隙間
・ミラーでのビームクリアランス
・曇のないこと
・同軸性（全ての湾曲中心、リング形状の対象物の中心及び像フィールドが共通の軸を有し、この共通の軸はシステムの組み立て及び位置決めを容易にする。）
・円錐形状への６次及び８次の逸脱の付加のみ（非球面ミラー勾配の縮小及びこれによる製造の複雑さの低下）
・非球面逸脱が少ないこと
・放射状に観察され従属し横切る走査歪曲収差による使用フィールドの（スミアーレベルを保つのに必要な）縮小は減らされ、あるいは本発明の歪曲収差補正の使用により回避される。
・４つのミラーのうちの１つ及びしばしば２つは球面が基本
・接近可能な開口絞り（折り曲げ用ミラー）
【００２５】
【実施例】
一般的なシステムの特性
設計性と操作性の両方において、４つのミラーのシステムが便宜性の点で有益であり好ましいが、走査領域、処理量を提供する光学的目的は、３つのミラー（三面）システムでなし遂げられ得る。非点収差をゼロにするのに適し、他の収差を減らすのに矛盾がない非球面性が三面システムで使用可能である。一般的見地から、これを基本に革新的な効果が論じられ得る。設計上の選択は、中間像があるかどうか（再結像があるかどうか）及び最初のミラー（対象物に最も近い）が正（凹）かあるいは負（凸）かどうかについての決定に大きく左右される。一般に、再結像には高解像度（ここではデバイスに関して意図されたものとしての）を得ることが難しいという性能上の欠点がある。なぜなら、再結像は意図されているデバイス製造に必要なものではなく、デバイス製造のためのものではないからである。
【００２６】
大フォーマットのシステムに対しては、第１のミラーはそれ以降のミラーの実効視野を引き下げるために負であることが多い。この設計が追及されていたが、しかし曇らない構成におけるテレエントリック性の要請が満たされないことが見出された。その結果、本発明の好適なシステムでは正の第１のミラーを用いる。テレセントリック性はここでのシステムおよび方法に要請される性質であるが、焦点面に対する（即ちウエハに対する）結像光線の通常の入射について記述する。像の移動により像が領域外に出てしまうことなしに（入射角の異常により）、および／または、平行でない主要光線に対して像の倍率が変わってしまうことなしに、ウエハの焦点面のわずかに外への移動が許容されることは大変重要なことである。
【００２７】
上記の情報はレンズ設計プログラムを用いたコンピューターに入力されて、表１−４に示された例で述べられている設計情報をもたらした。ここで用いたプログラムは　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ（ＯＲＡ）　の「Ｃｏｄｅ　Ｖ」（商標）であるが、同様の能力を持つその他のプログラムも入手可能であり、それらを用いてもよい。
【００２８】
好ましい実施態様の例
投影システムの一実施例は、物体平面から像平面の間に、凹面の第１、凸面の第２、凹面の第３および凹面の第４のミラーを含む。リングフィールド全体にわたるきわめて低い（〜１０ｎｍ）　歪曲を実現するために、少なくともこれらのミラーのうち２つは非球面でなければならない。４つのミラーの半径絶対値は、同じく物体平面から像平面へ、システムの焦点距離に対して、０．５６，０．２２，４．５７および０．３８で、それぞれ±５％以内である。同様に４つのミラーの半径は、同様のオーダーで、１．００，０．３９７，８．１６５，　および０．６８８　の割合であり、ぞれぞれ±５％以内である。ミラーの間の軸方向距離は、システムの焦点距離に対して、０．１９１（第１の凹面ミラーから第２の凸面ミラーまで）、０．１６５　（第２の凸面ミラーから第３の凹面ミラーまで）、０．１９７　（第３の凹面ミラーから第４の凹面ミラーまで）、および　０．２８６　（第４の凹面ミラーから像まで）であり、それぞれ±１０％以内である。像におけるシステムの開口数は　０．１であり、０．０８μｍ　の高解像度が必要でないならもっと小さくすることも出来る。像の歪曲に対する要求が緩められれば、像の品質をそれほど低下させることなく（回折により制限されはするが）、開口数を〜　０．１４　に増加させることができる。
【００２９】
好適ないくつかの実施例では、使用可能なイメージフィールド（結像性能に基づく、および歪曲を無視して）は、２つの寸法ＲおよびＷを持つ円弧形である。ここでＲおよびＷは、図４に示すように，Ｒは円弧の半径であり、Ｗは円弧の幅であり（Ｒ＞Ｗ）、Ｗ＞１ｍｍである。このシステムは小型であり、真空の環境下での必要により、後側のクリアランスが少なくとも２インチ（５ｃｍ）である。非点収差が大きなリング幅にわたり補正されているので、設計単位へ企図されるＸ線レソグラフィーの適用のための使用可能なリングの幅は歪曲収差によっては制限されない。意図されている０．２５μｍ以下の設計単位のＸ線リソグラフィーに使用可能なフィールドの幅は歪曲によって制限される。このことはＵＶスペクトルでの放射線を表すことを用いるとほとんど予期される競合はない０．１μｍ以下の設計単位に大きな意義を持つ。他の考慮、例えば生産率は、約０．３μｍと同程度の広さのようなより大きな設計単位への商業的応用を生じる。
【００３０】
走査システムは、それ自身の性質により、マスク上の任意の点をウェーハ上の対応点にマイクロ化することの不変性により強い要求を負わせる。マスク上の特別な点のマイクロ化は、光学システムの近軸のマイクロ化と歪曲収差との組み合わせにより決まる。リングフィールド走査システムに関して、マスク上の単一点は、ウェーハ上の単一点に結像せんとして光学システムの弧状に照射されたフィールドにおいて線状路に沿って進む。ウェーハ上のこの光学的投影点の正確な位置は、局所的マイクロ化が像スミア（ｓｍｅａｒ）　を生じるこの走査路に沿って変化すれば、変化するであろう。局所マイクロ化誘起像スミアでの変化はしばしば鋭敏さの制御要因である。走査方向に沿って、局所歪曲収差での一定または線形な変化（及び、それゆえの局所マイクロ化）は、ウェーハの走査率を縮小率の近軸の値とわずかに異なるように微調整することで補償される。しかし、公差走査の方向では、この技術は、照射された弧状リングの中心から離れて方位角上に存在する特徴点には効果的でない。リングを半径方向に横切る歪曲収差の変化による局所マイクロ化の変化は、補償できない公差走査の像スミアを生じさせる。
【００３１】
上述の観察は、モデルにより確証された。そのモデルでは、物体（マスク）が像（ウェーハ）と共に中心から外に出され、像は縮小率と物体が出された距離の積に等しい距離まで外に出された。モデリングは、リングスリットの先端に沿って１０°づつ増加した７つ一組の物体点を必要とした。表Ａには、５つ一組の走査位置における像について主光線のｘ及びｙ切片が示されている。この表から、ｙ方向走査は１１ｎｍの像スミアをスリットの±３０°の弧長の端で生じることがわかる。
【表１】

【００３２】
従来のリングフィールドシステムではリング幅は典型的には、歪曲収差により制限される以前に、これらの歪曲収差レベル（１０ｎｍ）ではほとんど加工がなされていないのだが、非点収差により制限された。この像フィールド全体で分解能は０．０８μｍである。
【００３３】
次の表Ｂにはスリットのフィールドの幅を横切る分解能についての性能データが記載されている。この表に８４％で囲んだエネルギー回折スポットの直径、及び１３ｎｍの波長でのＲＭＳ波面誤差を示す。本発明の更に好ましい態様では、像縮小率は２：１、Ｗは少なくとも０．５ｍｍ、Ｒは少なくとも３１．２５ｍｍであり、リング状の像フィールド全体での分解能は０．１μｍ以上である。もしこのような分解能が必要でないのならば、システムにおける開口を減ずることにより減らされてもよく（例えば、０．２〜０．５μｍの範囲の値まで）、リングの幅が増加し、その結果、処理量が増加する。本発明の好ましい実施態様では開口絞りは第３のミラーの近くに置かれる。
【表２】

【００３４】
具体例
図１は半導体Ｘ線リソグラフィについのレーザ具体的な本発明の装置を図式的に示す。この装置は、Ｘ線ビーム１２（典型的な例では多色ビーム）を射出する光源１１（具体的には、シンクロトロンまたはレーザプラズマ源）を具備する。オプションのフィルタシステム１３はビーム１２のスペクトル幅を狭め実質的に単色のビーム１２’とする。このビームは続いてコンデンサ１８に導かれ、該コンデンサはマスク１４の必要な箇所を一様に照射する形態のビーム１２”を射出する。射出されパターン化されたビームは光学系１０に導かれる。該光学系は図示のようにマスクステージ１５にマウントされたマスク１４の像を、ステージ１７上にマウントされたウエハ１６上に投射する。１８はｘ−ｙスキャナであり所望のマスク−像縮小率に適合するような方向及び相対速度でマスク１４とウエハ１６を走査する。後述するように本発明の投影装置は全−反射式であるので、フィルタシステムは常に必要なわけではない。しかし、最高の解像度は通常ビームの長波長要素を除去したときに得られる。更に、投影システムにおいて、入射光線のスペクトル幅をミラーの反射帯域にマッチさせると、システムの安定度は特に高められる。なぜなら、ミラーが所望でない光線を担う必要がないからである。
【００３５】
図２および３は、本例での開発に用いられた装置の概要を示し、同じ装置を９０度異なる方向からみた図である。この装置は作動状態で描かれており、ビーム２１を発生するＸ線源２０を含み、ビーム２１はマスク２２（図１のマスク１４に相当する）をスリット幅Ｗで照射する。図は単純化した図式的なものであり、例えば光源２０から出ている様に描かれているＸ線ビームは、通常は光源２０とマスク２２の間の不図示のコンデンサを通過している。拡散していくように描かれている反射光２４は、凹面ミラー２５により反射されて凸面ミラー２６を照射し、今度は収斂していく光２７になる。凸面ミラー２６からの反射光はビーム２８であり、折曲げミラー２９を照射する。該折曲げミラー２９は図示の例では凹面ミラーであり、拡散していく光３１で凹面ミラー３０を照射する。ミラー３０の曲率と位置とは反射光が像空間でテレセントリックとなるようになっている。ビーム３３によるウエハ３２の照射は収斂するように図示されておりマスクに対する像の縮小を示している。説明の便宜のためミラー２５、２６および３０を含む完全な同軸構造は破線で示された部分２５ａ，２６ａおよび３０であり、これらはすべて軸３４に関して同軸であるものとして示されている。折曲げミラー２９は軸３４に関して心合わせされているように描かれているが、これは実際に第１の例で採用されている構成である。リング状の物体および像（イメージ）フィールドは軸３４に関して同軸であり、それらの平面（即ち円弧形のフィールドを含む物体／像平面）は軸３４に垂直である。
【００３６】
図３は図２とは直角な方向から見た図２と同様の装置の図である。光源２０はここでもマスク２２を照射しているが、ここではスリットの主方向の寸法即ち長さＬを一様に照射するのに十分な主寸法の結像光線２３ａによってである。それ以外は図２と同じである、即ちビーム２４はミラー２５で反射されてミラー２６をビーム２７で照射し、ビーム２８が折曲げミラー２９を照射する。そしてビーム３１となりミラー３０を照射してビーム３３によりウエハ３２上に結像する。
【００３７】
動作に際してはマスクの様々な点から発したビーム２４は凹面で非球面の第１のミラー２５で反射され収斂する光となり凸面で非球面の第２のミラーに入射する。第２のミミラー
２６に入射した光２７は凸面の第３のミラー２９へと反射される。現時点で好適な例では第３のミラーは擬平面で、弱い非球面であるが、選択的には球面であっても良い。第３のミラーはシステムの開口絞りの位置、即ち主光線がクロスする位置に置かれ、折曲げを行なう、即ち像を光学系の反対側へと移動させる。他の光学要素と同様にそれは光軸３４に関して心合わせされている。このミラーに与えられるパワーは投影リソグラフィーに用いるのに必要な後側クリアランスにより要請される。第３のミラーから光線は反射されて拡散するパターンとなり、凹面で非球面の第４のミラーに入射する。このミラーの曲率と位置は、そこからの反射光が像空間でテレセントリックとなるように選択される。図に示されているように、本発明の露光システムでは開口およびリング状の物体および像（イメージ）フィールドが回転対称であり、物体および像平面は光軸３４に垂直である。更に、システムはすべて反射式であり、縮小方式で、曇りも起こらず有限の共役系であり、平らなマスクの平らで円弧形のＸ線像を形成するようになっている。像は歪曲が制限されイメージフィールド全体で高解像度が得られる。イメージフィールドは円弧形で円弧の幅Ｗと円弧の長さＬの２つの寸法を持つ。円弧の長さＬはリングの半径Ｒに依存するもので、図４に示されるとおりである。
【００３８】
図４は、半径Ｒのリングフィールド４３の一部として示した寸法Ｗおよび長さＬのスリット４０を図式的に示す図である。４４は光軸４５からスリット４０の中心４６までの距離である。Ｗは約０．５ｍｍでありＲは約３１．２５ｍｍである。このときＬはおよそ３１．２５ｍｍになる。しかしながら、長方形、正方形その他の軸を離れたフィールドの形状も可能であり企てられてもいる。円錐形および通常の非球面のミラー形状も本発明によって可能になった様々な実施例において利用可能である。本発明は様々なレベルの像品質を達成するであろう光学系も提供する。典型的な例では０．５〜０．０５μｍの範囲であり、また歪曲補正は１〜０．００１μｍである。
【００３９】
本発明による投影システムではミラーのパラメータは容易に選ぶことができて球面収差、コマ及びペツバルの湾曲を高度に補正するよう協動する。設計の特徴は、接近可能な絞り（第３のミラーにあるいは近くに）、例えば公差走査方向における像スミアが１１ｎｍになる低歪曲収差、像面の焦点面からの変位をマイクリメータで規準化したテレセントリック像空間（非テレセントリック性誤差が１μｍの焦点ぼけごとに５ｎｍ以下である）、パッケージ式折り曲げの追加とパッケージクリアランスの制御のための追加のミラーのパワーの使用により、例えば２インチ以上の大きな後方クリアランス、をそれぞれ含む。
【００４０】
典型的には、像フィールド全体の分解能は本発明のシステムでは０．２μｍよりも良い。本発明による具体的なシステムでは分解能は、幅０．５ｍｍ、半径３１．２５ｍｍのリングフィールド全体で０．０８μｍである。
【００４１】
表Ｂは本発明の投影システムの最新の好ましい態様の、波長１３ｎｍの計算性能データを示す。特に表Ｂは８４％で囲んだエネルギー回折スポットの直径、及び０．５ｍｍのリング幅を横切る異なるフィールド点についてのＲＭＳ波面誤差を示す。
表Ｉ〜表ＩＩＩは構造的データ及び図２及び図３の具体的な最新の好ましい投影システムについの他の関連する情報を含む。このシステムは、４：１、０．１ＮＡ、０．５ｍｍのテレセントリックリングフィールドシステムである。基準波長は１３ｎｍである。
表Ｉはミラーの半径及び間隔を示し、表ＩＩ，表ＩＩＩと共に本具体例の装置を記述する。記載の量は、例えば、ＯＡＲ　Ｃｏｄｅ　Ｖ　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｍａｎｕａｌ，　Ｖｅｒｓｉｏｎ　７．２０　（１９８８年１２月）、ＯｐｔｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ　Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，　Ｐａｓａｄｅｎａ，　Ｃａｌｉｆ．　に記載のような光学設計に精通したものに良く知られた用語である。
技術用語は、「ＩＮＦ」（平坦の、無限半径の円の周囲表面の記述）を含み、「厚さ」とは技術的に承認された用語であって、例えば５７１．７９５１は物体表面から第１のミラーまでのｍｍで表した距離であるように、面から面までの距離である。
【表３】

【表４】

【００４２】
表Ａ、Ｂ、Ｉ〜ＩＩＩを含む「具体例」に前置された説明は本発明の実際の加工の態様である。この事は完全性の目的で含まれるのだが、特許請求の範囲に正しく記載された本発明の教示について制限を加えるものではない。
【００４３】
方法についての考察
これまでの詳細な説明は、方法に関する示唆がないわけではないにせよ、大部分装置に関するものであった。明らかにスリットの寸法の柔軟性はもっとも大きな価値を有するものである。収差が引き下げられたスリット幅の拡大はサブミクロンのデバイス製造における処理量を増加させる。またこのことはスリット長の拡大はより大きなチップの製造を可能にし、またオーバーヘッドを小さくすると言っても良い。ここで示した装置の設計は、幾分限定的なものである。ここで今確認されたより大きな幅での収差の引き下げは、他の設計アプローチを呼び起こす、ここで示したカテゴリーとは異なるアプローチをである。この方向は固有の方法の利点により呼び起こされるだろう。
【００４４】
Ｘ線リソグラフィ−によるパターニング（いくらか「軟らかい」Ｘ線は特に）企図されている２５μｍ以下の設計単位に対して本質的な発展をもたらす。高解像度のレジストに関する進行中の発展は、第１にマルチレベルレジスト（最上部のみを露光し、その後そのパターンを下層の材料に転写するもの）、第２に表面活性化レジスト（これ自体は始めは「近−表面」活性化の形態であり、最終的に真−表面活性化となる。近−表面活性化においては、状態／材料は像を形成する光の上層部（およそ厚さ２０００ないし３０００Å）への侵入を妨げるように選択される。真の表面活性化（これは最近になって出現したものであるが）は、自由表面上の１つないしいくつかの単層分の厚さのみを活性化する。
【００４５】
近−表面および真−表面活性化について、ここでは、パターニング光の侵入を妨げる不透明性のかなりの増加が必要とされる。本開示で主に扱ってきた軟Ｘ線は本来このようなアプローチに適している。例えば、ここまで種々の考察で扱ってきた１３０Åの光線は多くの材料に対して本来限られた侵入深度しか持たない。その外に適したものとして、有機レジスト材料は数千Åのオーダーしか侵入されない。その他の重元素を含むレジスト材料もさらに侵入を引き下げる。
【００４６】
表面および近−表面活性化の発展（この発展は、ＵＶ波長領域で不透過性を増加させるための努力を誘発し、また企図されている小さい設計単位に特に意義のあるものであるが）はすべて、高解像度の確実な達成に通じる。数千Åだけの深度は焦点深度が１μｍかそれ以下であろうＸ線処理におけるより大きな融通性をもたらす。表面活性内の像がその下の材料に転写される転写方法は、近−垂直パターニング、即ちアンダーカットを最小化する非等方性転写の見込を示している。
【００４７】
本発明の装置／方法は、例えば５５Åまでのより短い波長を目的とするが、最も顕著な商業的な使用方法は、実際、目的とされたのよりも長い波長の使用を伴う。必要とされる〜１μｍ厚さの均一な組成の単一材料のレジスト層を可能にする最初の使用方法は注目されると期待される。５５Åの放射線はレジスト層の全体（おそらく、０．５〜１．０μｍの厚さ範囲で）に侵入するが、その使用により、通常の商業的方法でのレジスト／現像が良く理解された経済的意味（必要な製造工程の減少、より高くに期待される生産高、その他）で可能となる。しかし、上述の考慮は表面活性化に重みを置くに至るであろう。詳細は次の文献を参照のこと。　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　ＳＰＩＥ，　ｖｏｌ．１３４３，　（１９９０年），　”Ｒｅｓｉｓｔ　Ｓｃｈｅｍｅｓ　ＦｏｒＳｏｆｔＸ−ｒａｙ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”　（Ｓａｎ　Ｄｉｅｇｏ，　Ｃａｌｉｆ．，での１９９０年７　月９−１２日のＸＵＶ　リソグラフィシンポジウムに発表）
【００４８】
本発明による進歩は、経済的に実行可能な処理料を提供して他のアプローチのものと競走しあるいは越えるという最も大きい意義を持つ。本発明の方法は、入手可能なＸ線源を用いるものであるが、１ｃｍ^２　／秒以上の速度でパターン露出できる。これは６インチのウェーハを３分で行うのに等しい。間接的な時間（ウェーハの運搬及び位置合せ）に１分を仮定すると、１時間で６インチ径のウェーハ１５枚の処理量となる。同じ間接時間で０．５ｃｍ^２　／秒の速度で露出すれば、１時間でウェーハ８枚の処理量となり、なお十分な処理量である。
【００４９】
今日の加工は、５〜１０ｍｊ／ｃｍ^２　（ミリジュール／平方センチメータ）の範囲でレジストの感度を処理量と分解能との妥協として提案する。例えば１ｍｊ／ｃｍ^２　以下のより大きい感度を持つレジストは、吸収されたＸ線フォトンの数が統計的に変動することにより分解能の低下をこうむる。
【００５０】
もし、１ｃｍ／秒で露出すべきである場合、１０ｍＷのＸ線のパワーをウェーハに加える必要がある。記載されたこのような投影システムは、４つのミラーと反射マスクとを含むが、各表面が通常の入射で約６０％の反射率を持つとして約７．８％の光源から像の伝達効率を得る。このことは、マスクに約１３０ｍＷのパワーで入射することを意味する。使用可能な放射線の帯域幅は主として、コンデンサー及びミラーの反射率の帯域幅の関数である。これまで検討したブラッグミラー及びコンデンサーの設計は、中心波長を１３０Å（モリブデン−シリコン多層ＤＢＲコーティングの使用に対して適切な波長）として５％帯域幅を基礎としている。このような放射線は大型シンクロトロンのベンデングマグネットで得られる（ブルークハーベン・ラボラトリーズでのナショナル・シンクロトロン光源真空紫外線リングは、１％／ミリ放射線／１００ｍＡの帯域幅で０．２５ｍＷを発生する。）。
【００５１】
貯蔵リングが３００ｍＡの電流を有する場合、もしコンデンサの光学系が１００ミリラドの発散角内でこのパワーの５０％を集めると、中心が１３０Åの波長帯域幅の５％内でマスクに到達するパワーは約１７０ｍＷで、マスク照明に必要な１３０ｍＷを越えるであろう。
詳細はＤ．Ｌ．Ｗｈｉｔｅらによる「軟Ｘ線投影リソグラフィ］，ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（１９９１年７月）を参照のこと。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線リソグラフィー装置の例の主要構成要素を図式的に示す図である。
【図２】本発明の投影システムの例の要部をマスクから像平面まで図式的に示す図であり、もともと回転対称であるミラーの軸を外れた部分を示している。
【図３】図２と同様の図であり、図２とは９０°異なる方向から見た図である。
【図４】本発明の投影システムの例のイメージフィールドの形状と大きさを示す図である。

Claims (1)

1. ３００Åから４０Åまでの波長範囲内のＸ線放射線を用いて最大０．４μｍまでの設計単位につくられるデバイスを生産するためのデバイス製造中に弧状スリット内に実質的に含まれた像領域を走査することによりリソグラフィパターニングを行う装置であって、
   この装置の光学構成は全−反射形であり、ブラッグ反射体（ＤＢＲ）を備え、物体から像の方に見て順に凹、凸、凹である第１、第２及び第３の光学要素からなる三面構造を含み、
   前記スリットはＸ線放射線源の効率的な使用を可能とするような光軸からの半径である領域を含んで全ての収差を十分に小さくし前記設計ルールでのパターニングを可能とする走査リングフィールド縮小投影装置において、
   前記三面構造の要素は互いに十分に非球補正された反射表面により画定されて走査方向において増大した寸法を有する領域を提供することを特徴とする走査リングフィールド縮小投影装置。

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