JP2603225B2 - Ｘ線投影露光装置及び半導体製造方法 - Google Patents

Ｘ線投影露光装置及び半導体製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は投影露光装置に関し、特にＸ線を用いて高解
像度の焼付けを行なう投影露光装置に関する。
＜従来技術＞ 従来から半導体製造工程に於て、マスクやレチクルの
回路パターンをウエハ上に焼付ける為にマスクアライナ
ーやステツパー等の露光装置が良く用いられている。
近年、ICやLSI等の半導体チツプの高集積化に伴なっ
て高分解能の焼付けが可能な露光装置が要求されてお
り、現在の遠紫外線領域（DeepUV）の光を使用した露光
装置に代る装置の研究開発が盛んに行われている。一般
に、この種の露光装置、特にステツパー等の投影露光装
置に於て、分解能（又は解像力）と呼ばれる焼付の最小
線幅は使用する光の波長と投影光学系の開口数で決ま
る。
開口数に関しては、開口数が大きい方が分解能は向上
するが、開口数をあまり大きくすると焦点深度が浅くな
り、わずかのデフオーカスで像がぼけるという問題があ
り、光学設計上、開口数を変えることによって高分解能
を得ることは困難とされている。従って、通常、焼付け
に使用する光としてエキシマレーザ等から得られる光や
Ｘ線等の短波長の光を用いてより高分解能を得ようとす
る試みがなされている。とりわけＸ線を用いるものは次
世代の露光装置として大きな注目浴びており、Ｘ線を用
いたプロキシミテイー法による露光装置も提案されてい
る。
しかしながら、64Mbit DRAM以降の超LSIの製造に関し
て、現在提案されているプロキシミテイー法によるＸ線
露光では、精度良くサブミクロンオーダの高分解能を得
ることが困難であったり、マスクに対して高いパターン
精度が要求される等種々の問題を抱えていた。
＜発明の概要＞ 本発明の目的は、従来のプロキシミテイー法によるＸ
線露光装置に代わる新規な露光装置を提供することにあ
り、サブミクロンオーダの高分解能を有し、高精度の焼
付けが可能な投影露光装置を提供することにある。
上記目的を達成する為に、本発明に係る投影露光装置
はマスクと前記マスクにＸ線を指向する手段と前記Ｘ線
で照明されたマスクの像を所定倍率で結像する投影光学
系とを有し、前記投影光学系を介して前記マスクの結像
位置に配したウエハにマスクのパターンを転写せしめる
ことを特徴としている。
前記マスクとはICやLSIの回路パターン等種々のパタ
ーンが形成された部材から成り、所謂レチクルと呼ばれ
る部材をも含んでいる。
尚、本発明の更なる特徴は以下に示す実施例に記載さ
れている。
＜実施例＞ 第１図は本発明に係る投影露光装置の概略構成図であ
る。図中、１はマスクMSを支持するマスクステージで、
不図示の駆動装置により２次元方向に移動可能である。
２はマスクステージ１上に設けられたマスクステージア
ライメントマークで、本実施例では図示する如くマスク
ステージ１の異なる３点に形成してあり、アライメント
に使用される。なお第１図においては、マスクMS及びア
ライメントマーク２はマスクステージ１の裏面側に位置
するため、これらを点線で描いている。３はＸ線がその
内部を通過する導光部材で、不図示のＸ線源から出射し
マスクMSで反射したＸ線を後述する投影光学系に指向す
るものである。４は複数の反射鏡が成る投影光学系を収
納する鏡筒で、導光部材３と連結されている。10及び11
及び12は夫々第１のステージアライメントスコープ、第
２のステージアライメントスコープ、第３のステージア
ライメントスコープ、20及び21は夫々第１のマスク・ウ
エハアライメントスコープ、第２のマスク・ウエハアラ
イメントスコープを示しており、マスクMSとウエハＷ側
の対応するアライメントマークの位置を投影光学系を介
して観察することによりマスクMSとウエハＷのアライメ
ントを行なう。M0,M1,M2,M3は反射鏡で、特にM1及びM2
及びM3は投影光学系を構成し、反射鏡M0は導光部材３を
通って鏡筒４の内部に入射したＸ線を反射鏡M1へ所定の
角度で指向する為の折り曲げミラーとなっている。
次に、50,51,52はウエハステージを構成するステージ
構成部材で、構成部材50はウエハＷを支持固定するウエ
ハチヤツクを有しており、その上面にはアライメントに
用いるステージアライメントターゲツト６が設けられて
いる。構成部材51は構成部材50に固設されており、構成
部材52上を図中矢印の如くＸ方向に移動可能である。
又、構成部材52は図中矢印の如くＹ方向に移動可能であ
り、構成部材51,52で所謂Ｘ−Ｙステージを構成してい
る。70及び71は構成部材50及び構成部材51を夫々Ｘ方
向,Y方向に移動させる為の駆動装置で、ステツプモータ
等から成る。構成部材50又は、構成部材50,51,52全体か
ら成るウエハステージは不図示の駆動装置によりθ方向
に回転可能となっている。90,91,92はステージ制御用測
長器で、X,Y,θ方向に変位するウエハの位置又は移動量
を高精度で測定出来る。尚、このステージ制御用測長器
90,91,92としては、光学的に非接触にて測長が行なえる
干渉計方式の測長器等が好適である。
第１図に示す投影露光装置は、マスクMSのパターン像
を反射鏡M1,M2,M3により縮小結像してウエハＷを面投影
で露光する装置であって、所謂ステツプ＆リピート方式
によりウエハＷ上でスクライブラインにより区切られた
各チツプ毎、もしくは複数チツプ毎に焼付けを行なう。
又、マスクMSはマスクステージ１の不図示のマスクホル
ダーによって支持され、ウエハＷは不図示のウエハチヤ
ツクに吸着されてウエハステージに固定される。後述す
るウエハＷとマスクMSのアライメントが終了後、以下述
べる様な露光が実行される。
不図示のＸ線源から出射したＸ線はマスクMSを照明
し、マスクMSの回路パターンは導光部材３、及び反射鏡
M0、及び反射鏡M1,M2,M3から成る投影光学系を介してウ
エハＷ上の所定領域に結像される。即ち、本装置によれ
ば、マスクMSの回路パターンに関する情報はＸ線の強度
分布の形でウエハＷ上に伝達され、ウエハＷ上に塗付さ
れたＸ線用の感光体（レジスト）に回路パターンの潜像
を形成することになる。使用するＸ線は感光体や投影光
学系の特性にあわせて任意の波長領域のものを適用出来
るが、所望の波長領域のＸ線を発するＸ線源が得られな
い場合は、BN（ボロン・ニトロイド）等の所定の吸収特
性を備えたＸ線用のフイルターを介してマスクMSを照明
すればよい。１シヨツトで１チツプ又は複数チツプの焼
付けが終了した後、駆動装置70,71によりウエハステー
ジを移動（step）させて投影光学系の有効焼付範囲に隣
接するチツプ又は複数チツプから成る領域を送り、再度
マスクMSとウエハＷの焼付るべきチツプのアライメント
を行なった後でＸ線によりこのチツプの焼付けを行な
う。（repeat）、この動作を予め決められた順次でウエ
ハＷ上の複数チツプに対して行ない、ウエハＷ上でスク
ライブラインにより区切られた複数のチツプの全てを多
数回のシヨツトにより露光する。露光が終了したウエハ
Ｗは自動的に未露光のウエハＷと交換された再度上述の
露光行程が実行される。
本実施例に於るアライメントの手順の一例を以下に述
べる。
第１図に於て、駆動装置70,71により構成部材50,51,5
2から成るウエハステージを移動させ、構成部材50上の
ステージアライメントターゲツト６が、反射鏡M1,M2,M3
から成る投影光学系を介してステージアライメントスコ
ープ10,11,12により観察可能になる様に位置付ける。こ
こで、ステージアライメントターゲツト６上のマークと
マスクホルダー１上のステージアライメントマーク２と
が一致もしくは所定の位置関係となる様に、ステージア
ライメントスコープ10,11,12から得られる情報をもと
に、駆動装置70,71及び不図示のウエハステージ回転用
の駆動装置を用いてステージアライメントターゲツト６
の位置を調整する。ステージアライメントスコープ10,1
1,12からのアライメントに関する情報は、目視もしくは
光電的に得ることが出来、従来から知られている種々の
方法を用いれば良い。
さて、構成部材51上に保持されたウエハＷ上の露光領
域の内、最初の１シヨツトで露光される領域、例えば直
交するクスライブラインで区切られた１チツプ分の領域
の構成部材51上の位置とステージアライメントターゲツ
ト６との位置関係を予め決めておくことで、前述のステ
ージアライメントターゲツト６のアライメント終了後、
前記位置関係にもとづき構成部材50,51,52から成るウエ
ハステージを移動せしめてウエハＷ上の最初の１シヨツ
トで露光すべき領域をマスクMSの投影光学系による結像
位置近傍に送ることが出来る。ウエハＷ上の最初の１シ
ヨツトで露光すべき領域、例えばスクライブラインで区
切られた１チツプ分の領域の周辺（例えばスクライブラ
イン上）には所定のアライメントマークが設けられてお
り、このアライメントマークとマスクMSに形成されたア
ライメントマークとをマスク・ウエハアライメントスコ
ープ20,21を介して目視又は光電的に観察することによ
り、更に高精度のアライメントを実行する。
以上のアライメントが終了した後、前述の露光工程が
開始される、尚、最初の１シヨツトで露光される領域
と、順次ステツプ＆リピートにより露光される各領域と
の位置関係及び露光の順序を不図示の制御装置に与えて
おけば、最初の１シヨツトで露光される領域以降の露光
領域は、制御装置を介してウエハステージを高精度にス
テツプ（移動）させることにより、常時正確な位置に送
ることが出来、必ずしも前述の様に各シヨツト毎にマス
クMSとウエハＷのアライメントを行なう必要はない。と
りわけ、スループツトの向上の為には各シヨツト毎にマ
スクMSとウエハＷのアライメントを行なう（ダイ・バイ
・ダイアライメント）方式よりも、上述の最初の１シト
ツトのみアライメントを行ない、残りのシヨツトはステ
ージの機械的精度により露光領域を正確に送る方式の方
が好ましい。
第１図に示す投影露光装置はＸ線を用いて露光を行な
う為に装置内部を真空状態にして使用される。例えば真
空ポンプ等の不図示の排気手段によって装置内部の排気
を行ない、10-6Torr程度の真空状態にて露光を行なう。
尚、装置内部と真空度は高い方が望ましく、本投影露光
装置に於ては高真空から超高真空状態にて露光を行な
う。又、装置内部を真空状態にする代わりに、装置内の
N2やO2等から成る大気とH,He等の軽元素とを置換し、軽
元素を装置内部に充填させて露光を行なっても良い。こ
れらの軽元素はＸ線の吸収が実質的に零である為、この
様な方法によっても露光が行なえ、Ｘ線の有効利用が図
れる。
又、露光に使用するＸ線の波長が大きい場合は、種々
の物質に対して吸収が大きい為に人体等への影響は小さ
く、装置を真空に保持するシールドにより外部へのＸ線
漏れは殆どない。一方、Ｘ線の波長が短くなると種々の
物質に対する吸収が小さくなるので、使用するＸ線の波
長によってはＸ線用のシールドを施すのが好ましい。
以上、第１図に示す如き投影露光装置によれば、Ｘ線
により照明されたマスクのパターンを投影光学系を介し
てウエハ上に結像せしめて露光を行なう為、投影光学系
として縮小倍率を有するものを使用することにより、マ
スクのパターンに対する精度が従来のプロキシミテイ法
に比べて緩和されてマスクの製造が容易になる。又、縮
小投影することにより分解能を向上出来ることは言うま
でもない。更に使用出来るＸ線源の自由度も増え汎用性
の高い装置となる。又、プロキシミテイ法で要求される
マスク、ウエハ間の精確なギヤツプ測定及び間隔調整が
不要となる。
本発明で使用するマスクは大別して反射型と透過型の
２種類のＸ線マスクがあるが、本発明では反射型マスク
を使用する。反射型のＸ線マスクは低反射率のマスク基
板上の高反射率の材料でパターンを描いたマスクであ
り、例えば、Si等の低電子密度の物質（軽元素物質）か
らなる厚いマスク基板上に、TiとNiから成る多層反射膜
等をマスク基板上にパターニングしたマスクを使用でき
る。このような多層膜を反射パターンに用いることで垂
直に近い方向からＸ線を入射させることができ且つ高い
反射率が得られる。なお多層膜は薄膜を多層積層した微
細構造であるため露光中の熱による多層膜の変形すなわ
ちパターン歪みが起こりやすく、特に気体での減衰が大
きいＸ線は真空若しくは減圧雰囲気中で露光を行なう必
要があるので、雰囲気気体での冷却が期待できずマスク
自体での冷却をいかに行なうかが課題となるが、上記の
ように基板面に多層膜パターンを形成した反射型Ｘ線マ
スクを採用することで、基板に熱容量の大きな厚いもの
を使用することができ冷却が容易である。
尚、本発明で使用されるマスクMSは使用するＸの波長
に応じて適宜選択しなければならない。例えば波長が数
Å〜数十Å程度のＸ線に対しては上述のマスク材料から
選択出来るが、数十Å〜数百Åの比較的波長が長いＸ線
に対しては上述の如きマスク材料では吸収が大き過ぎる
為に好ましくない。この数十Å〜数百ÅのＸ線用のマス
クとしては、Ｘ線吸収部材もしくは反射部材に回路パタ
ーンに応じた穴をあけることによってマスクとする構成
が好ましい。
又、本発明で使用するＸ線源としては、従来から良く
知られている固体金属に電子ビームを照射してＸ線を発
生させる所謂電子線励起型の線源、レーザプラズマや希
ガスプラズマや沿面放電プラズマを利用した線源、SOR
（Synchrotron Orbital Radiation）に代表されるシン
クロトロン放射光を利用した線源を用いる。
更に、露光に際し用いられるＸ線用の感光体、即ちレ
ジストは、使用するＸ線源により異なる露光用Ｘ線のエ
ネルギー密度に応じて、高感度なものから比較的感度の
低いものまで種々の材料を選択出来る。例えば、ネガ型
のＸ線レジスト材料には、ポリグリシジルメタクリレー
ト−CO−エチルアクリレート（COP）、ポリグリシジル
メタクリレートマレイン酸付加物（SEL−Ｎ）、ポリジ
アリールオルソフタレート、エポキシ化ポリブタジエ
ン、ポリスチレンTTF系や、含金属塩レジスト材料、含
ハロゲンポリビニルエーテル系レジスト材料、含ハロゲ
ンポリアクリレート系レジスト材料等があり、ポジ型の
Ｘ線レジスト材料には、ポリメチルメタクリレート（PM
MA）、ポリヘキサフルオロブチルメタクリレート、ポリ
テトラフルオロプロピルメタクリレート、ポリメタクリ
ロニトリル、ポリ（MMA−CO−トリクロロエチルメタク
リレート）、ポリブテン−１−スルフオンや、含金属塩
レジスト材料、ポリトリクロロエチルメタクリレート、
ポリメチルメタクリレート−CO−ジメチルメチレンマロ
ネート（PMMA−CO−DMM）、ｎ−ヘキシルアルデヒドと
ｎ−ブチルアルデヒドの共重合体、ポリクロロアセトア
ルデヒド等がある。
次に、第１図に示した投影露光装置に用いられる投影
光学系の一例を示す。
第２図は投影光学系の一例を示す概略構成図で、３枚
の反射鏡から成る反射型の投影光学系を示している。図
中、MSはマスク、Ｗはウエハ、M1,M2,M3は反射鏡を示
し、r1,r2,r3は夫々反射鏡M1,M2,M3の近軸曲率半径、
d1,d2は夫々反射鏡M1とM2、反射鏡M2とM3の間の面間隔
で、S1は反射鏡M1から物体、即ちマスクMSまでの距離
を、l1は反射鏡M1から像面、即ちウエハＷまでの距離を
示している。尚、d1,d2,S1,l1の値は光軸０に沿って計
測されたものとする。
第２図に示す反射型投影光学系はマスクMS側から順に
凹の反射鏡M1（以下、「凹面鏡M1」と記す。）、凸の反
射鏡M2（以下、「凸面鏡M2」と記す。）、凹の反射鏡M3
（以下、「凹面鏡M3」と記す。）から成り、マスクMSは
回路パターンをウエハＷ上、詳しくはウエハＷの表面に
塗布されたレジスト上に縮小投影する。
通常、64Mbitや256Mbit級の超LSIを作製する際に用い
られる露光装置に於て、第２図に示す如き面投影を行な
う投影光学系に要求される主たる仕様は、超高解像度大
きな像面サイズ、無歪曲であり、64Mbit級の場合0.35μ
ｍの最小線幅と28×14mm2の像面サイズが必要で、256Mb
it級の場合0.25μｍの最小線幅と40×20mm2の像面サイ
ズが必要であると言われている。これらの要求は一般に
相反するものであって、従来のこの種の光学系では上記
仕様を同時に満足するものはなかった。しかしながら、
第１図に示す投影光学系を用いることにより上述の各仕
様を満足することが出来、本発明を成し得ることを可能
にした。
この種の光学系に於て大きな像面サイズを得る為に
は、像面の平坦性が優れていること、即ち像面湾曲が良
好に補正されていることが最も重要である。従って、第
１図に示す投影光学系では、凹面鏡M1,M3と凸面鏡M2の
近軸曲率半径r1,r3,r2の値が次の（１）式を満足する様
に選択している。
0.9＜r2/r1＋r2/r3＜1.1 …（１） 上記（１）式はペツツバール和を小さくする為の条件
式であり、（１）式の範囲を越えると像面サイズ全体に
亘って必要な解像力を得ることが出来ず、前述の仕様を
満足する露光は不可能となる。（１）式に於るr2/r1＋r
2/r3の値が１に近い程ペツバール和は０に近くなる為、
r2/r1＋r2/r3＝１が最も理想的な状態と言える。
更に前述の仕様を満足する為には、像面湾曲以外の収
差、即ち球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲収差も良
好に補正されている必要があり、第１図の投影光学系で
は物体から出た光が凹面鏡M1,凸面鏡M2,凹面鏡M2の順に
反射し、しかも凸面鏡M2を開口絞りとすることにより上
記各収差を補正している。これに加えて、凹面鏡M1,
M3、凸面鏡M2の３つの反射鏡の内少なくとも１枚の鏡面
を非球面とすることにより上記各収差を更に補正出来
る。とりわけ凹面鏡M1,M3を非球面で形成することが結
像性能の向上の為に望ましい。即ち、上記各収差、所謂
ザイデルの５収差を除去する為に、第２図の投影光学系
に於ては、凹面鏡M1,M3と凸面鏡M2の夫々の近軸曲率半
径を適宜決めてやることで、ペツツバール和を小さく保
ち、且つ主として歪曲収差を除去しており、他のコマ収
差、非点収差、球面収差は非球面を用いることで良好に
補正している。又、第２図の投影光学系は基本的に共軸
光学系を形成しており、凹面鏡M1及びM3の鏡面は片面だ
け使用されることになる。尚、凹面鏡M1,M3、凸面鏡M2
の内の少なくとも１つを共軸関係からはずして、図中の
光軸０に対してわずかに傾けることにより収差の更なる
補正を行なうことが出来る。
第３図は第２図の投影光学系を用いた場合の像面を示
す説明図である。図中、ｙは像高、ymaxは最大像高、y
minは最小像高を示しており、通常像面としてymin≦ｙ
≦ymaxの部分を使用する。この部分に達する光束は実質
的にケラレが無く、開口効率100％の均一な光量分布を
得ることが出来る。第３図に於ては使用像面の一例とし
て長辺と短辺との比が2:1の面積が最大となる長方形の
領域を示している。当然の事ではあるが、この領域に於
ては前述の諸収差は良好に補正されている。尚、この様
な長方形の領域を使用像面として想定する際、長方形の
短辺はymax−ymin,長辺は で与えられる。
又、第２図に示した投影光学系に於る凹面鏡M1,M3及
び凸面鏡M2の反射面にはＸ線を効率良く反射する為に反
射膜を施すのが好ましい。この反射膜は数十層の多層膜
から形成され、反射膜が施されていない場合と比較して
大幅に反射率を向上させる。この種の多層反射膜は隣接
する層間での屈折率の差が大きくなる様な異種材料の組
合せ、例えば、高融点を有する遷移金属元素と半導体元
素とから成る多層膜や、低融点金属元素と半導体元素又
は軽金属元素とから成る多層膜や、白金属元素と半導体
元素とから成る多層膜などから形成出来る。具体的に
は、タングステンＷと炭素Ｃ、タンタルTaとシリコンS
i、金Auと炭素Ｃ、レニウムReと炭素Ｃと、鉛Pbとシリ
コンSi、ルテニウムRuとシリコンSi、パラジウムPdとシ
リコンSi、ロジウムRhとシリコンSi、ルテニウムRuとベ
リリウムBe、ルテニウムRuとホウ素Ｂ、ロジウムRhとホ
ウ素Ｂ、パラジウムPdをホウ素Ｂ等の組合せがある。以
下、多層反射膜の具体例を記載する。
＜波長114.0ÅのＸ線に対する多層反射膜＞ 実施例１ 多層膜を構成する異種物質を第１物質と第２物質とす
れば、第１物質をRu、第２物質をSiとして、それぞれの
膜厚を36.4Å,23.5Åとして、41層積層することにより
入射角０゜で、38.6％の反射率が得られた。保護膜とし
て、Ｃを５Å最上層に積層した結果、入射角０゜で37.9
％の反射率が得られた。それぞれの膜厚を39.1Å,25.2
Åとして、41層積層することにより、入射角20゜で40.1
％の反射率が得られた。保護膜として、Ｃを５Å最上層
に積層した結果、入射角20゜で39.4％の反射率が得られ
た。
実施例２ 第１物質をPd、第２物質をSiとして、それぞれの膜厚
を31.3Å,28.0Åとして、41層積層することにより入射
角０゜で、26.1％の反射率が得られた。それぞれの膜厚
を33.3Å,30.1Åすることにより入射角20゜で26.7％の
反射率が得られた。
＜波長112.7ÅのＸ線に対する多層反射膜＞ 実施例３ 第１物質をRu、第２物質をBeとして、それぞれの膜厚
を26.6Å,30.6Åとして、41層積層することにより入射
角０゜で、77.2％の反射率が得られた。それぞれの膜厚
を27.4Å,33.4Åとして41層積層することにより入射角2
0゜で79.9％の反射率が得られた。
＜波長108.7AのＸ線に対する多層反射膜＞ 実施例４ 第１物質をRh、第２物質をSiとして、それぞれの膜厚
を33.4Å,23.4Åとして、41層積層することにより入射
角０゜で、33.2％の反射率が得られた。それぞれの膜厚
を48.2Å,28.8Åとして41層積層することにより入射角4
0゜で38.7％の反射率が得られた。
＜波長82.1ÅのＸ線に対する多層反射膜＞ 実施例５ 第１物質をRu、第２物質をＢとして、それぞれの膜厚
を20.1Å,21.8Åとして、41層積層することにより入射
角０゜で18.0％の反射率が得られた。それぞれの膜厚を
21.3Å,23.4Åとして41層積層することにより入射角20
゜で21.6％の反射率が得られた。
実施例６ 第１物質をRu、第２物質をＢとして、それぞれの膜厚
を20.0Å,21.9Åとして、41層積層することにより入射
角０゜で15.7％の反射率が得られた。それぞれの膜厚を
21.0Å,23.6Åとして41層積層することにより入射角20
゜で18.8％の反射率が得られた。
実施例７ 第１物質をPd、第２物質をＢとして、それぞれの膜厚
を19.4Å,22.4Åとして、41層積層することにより入射
角０゜で13.2％の反射率が得られた。それぞれの膜厚を
20.6Å,24.0Åとして41層積層することにより入射角20
゜で15.7％の反射率が得られた。
以上示した多層反射膜は80〜120Åの波長のＸ線に対
するものであったが、この他の波長域のＸ線に対する多
層反射膜も、前述の各物質の組合せを適宜選択し設計す
ることにより得ることが出来る。又、第１物質や第２物
質は夫々単体の元素から構成するだけでなく、複数元素
の合成物質で構成しても良い。
次に、第２図に示した投影光学系の具体例を図面及び
数値データを用いて詳述する。
第４図は投影光学系の具体例を示す為の光路図で、図
中の符号M1,M2,M3は第２図同様夫々凹面鏡，凸面鏡，凹
面鏡であり、Ｗはウエハを示している。又、不図示のマ
スク（レチクル）は紙面左手方向の所定位置に存在する
ものとする。マスクの透光部又は反射部を介して本投影
光学系に指向されたＸ線は、凹面鏡M1,凸面鏡M2,凹面鏡
M3の順に反射し、マスクの像をウエハＷ上に結像する。
第４図の投影光学系は後述する数値実施例４に対応する
光学系であり、投影倍率が1/5、有効Ｆナンバーが13、
像面サイズが28×14mm2、像高が20〜37mm、解像力が0.3
5μｍの使用を有する。従って、64MbitDRAMの作製に十
分使用出来る性能を備えている。
第５図（Ａ），（Ｂ）及び第６図（Ａ）〜（Ｄ）は第
４図の投影光学系の収差図である。第５図（Ａ），
（Ｂ）に於て、（Ａ）は非点収差を、（Ｂ）は歪曲収差
を示し、又、第６図（Ａ）〜（Ｄ）は異なる物高に於る
横収差を示している。第６図に於て、（Ａ）は物高が
０、（Ｂ）は物高が130mm、（Ｃ）は物高が160mm、
（Ｄ）は物高が185mmの場合を示している。尚、第５図
（Ａ），（Ｂ）に於ても縦軸は物高を表わしており、Ｍ
はメリジオナル面、Ｓはサジタル面を示す。
第５図及び第６図の収差図から解る様に、この種の投
影光学系として十分な収差補正がなされており、とりわ
け歪曲収差はほぼ零となっている。又、広い露光領域を
求められる面投影型露光装置に適用出来る光学系として
十分満足する様に広範囲に亘って収差補正を達成出来
た。更に後述する具体例でも示す様に、サブミクロンオ
ーダの解像力を得るのに十分なMTF特性を有する光学系
を提供している。
以下、第２図及び第４図で示した投影光学系の数値実
施例を示す。本発明に使用する投影光学系に於ては、諸
収差を良好に補正する為に凹面鏡M1,M3、凸面鏡M2の内
少なくとも１枚の反射鏡を非球面にするのが好ましく、
下記の数値実施例ではいずれも少なくとも１枚の非球面
反射鏡を含む構成を採っている。
下記の数値実施例に於て、Ki（ｉ＝1,2,3）は物体側
から数えて第ｉ番目の面の非球面係数で、非球面形状は
次式で表わすことが出来る。
ここで、Ｘは光軸方向の座標、Ｈは光軸から垂直方向
への距離、ri（ｉ＝1,2,3）は物体側から数えて第ｉ番
目の面の近軸曲率半径を表わすものである。又、S1,l1,
d1,d2は第２図を用いて説明した様に、夫々凹面鏡M1か
らマスクMSまでの距離、反射鏡M1からウエハＷまでの距
離、凹面鏡M1と凸面鏡M2の面間隔、凸面鏡M2と凹面鏡M3
の面間隔を示している。
実施例１ S1＝−1288.7mm l1＝−298.9mm K1＝−2.26097 K2＝−0.12295 K3＝ 0.11246 〔性能〕 ・空間周波数 1500lp/mmでのMTF 波長＝０のとき 85％ 13.3Åのとき 80％ ・歪曲率＝−0.3％ 実施例２ S1＝−2577.4mm l1＝−597.9mm K1＝−2.26097 K2＝−0.12295 K3＝ 0.11246 〔性能〕 ・空間周波数 2000lp/mmでのMTF 波長＝０のとき 75％ 13.3Åのとき 75％ ・歪曲率＝−0.24％ 実施例３ S1＝−2577.4mm l1＝−597.9mm K1＝−2.26097 K2＝−0.12295 K3＝ 0.11246 〔性能〕 ・空間周波数 1500lp/mmでのMTF 波長＝０のとき 70％ 13.3Åのとき 70％ 100Å のとき 60％ 200Å のとき 40％ ・歪曲率＝−0.2％ 実施例４ S1＝−3000.0mm l1＝−602.5mm K1＝−0.94278 K2＝−0.07146 K3＝ 0.14283 〔性能〕 ・空間周波数 1500lp/mmでのMTF 波長＝０のとき 80％ 13.3Åのとき 80％ 100Å のとき 65％ 200Å のとき 45％ ・歪曲率＝−0.00005％以下 実施例５ S1＝−4500.0mm l1＝− 903.6mm K1＝−0.94301 K2＝−0.08049 K3＝ 0.14261 〔性能〕 ・空間周波数 2000lp/mmでのMTF 波長＝０のとき 50％ 13.3Åのとき 50％ 100Å のとき 40％ 200Å のとき 35％ ・歪曲率＝−0.00004％以下 実施例６ S1＝−3000.0mm l1＝− 602.7mm K1＝−0.93900 K2＝−0.（球面） K3＝ 0.14403 〔性能〕 ・空間周波数 1500lp/mmでのMTF 波長＝０のとき 60％ 13.3Åのとき 60％ 100Å のとき 55％ 200Å のとき 45％ ・歪曲 0.01μｍ以下 実施例７ S1＝−1431.1mm l1＝− 719.0mm K1＝−1.72866 K2＝−1.60435 K3＝ 0.78100 〔性能〕 ・空間周波数 1500lp/mmでのMTF 波長＝０のとき 80％ 13.3Åのとき 75％ 100Å のとき 45％ 200Å のとき 14％ ・歪曲 0.1μｍ 実施例８ S1＝− 934.6mm l1＝−1054.2mm K1＝−1.82882 K2＝−1.83789 K3＝−1.19285 〔性能〕 ・空間周波数 1500lp/mmでのMTF 波長＝０のとき 70％ 13.3Åのとき 65％ 100Å のとき 30％ 200Å のとき 0％ ・歪曲 0.1μｍ 実施例１〜実施例３は凹面鏡M1,M3が凸面鏡M2に対し
略同一距離の同位置に配された場合を示し、実施例１及
び３は64Mbit級のLSI製造用、実施例２は256Mbit級のLS
I製造用を目的として設計されたものである。実施例１
〜実施例３の投影光学系は比較例コンパクトで解像力も
高いが、歪曲が若干残存する傾向にある。この場合、マ
スクのパターン自体に投影光学系で発生し補正出来なか
った歪曲と反対の歪曲を与えてマスクを作製することに
より補正出来る。
実施例４〜実施例８は凹面鏡M1と凸面鏡M2との間に凹
面鏡M3が配された場合を示しており、各実施例共凹面鏡
M1と凸面鏡M2の間の距離のほぼ1/2の距離だけ離れた位
置に凹面鏡M3が配されている。実施例４及び実施例５は
夫々64Mbit級、256Mbit級のLSI製造用に設計されたもの
であり、歪曲をほぼ完全に除去し且つ有効Ｆナンバーも
13と、明るい光学系を提供している。実施例６は凸面鏡
M2を球面とし、64Mbit級のLSI製造用に設計された場
合、実施例７は投影倍率を1/2とし、64Mbit級のLSI製造
用に設計された場合、実施例８は投影倍率を等倍とし、
64Mbit級のLSI製造用に設計された場合の例を夫々示し
ている。尚、実施例１〜実施例６は全て縮小倍率が1/5
の例、実施例６を除く他の実施例は全て３枚の反射鏡
（M1,M2,M3）を非球面で構成した例である。
以上説明した投影光学系はM1,M2,M3の３枚の反射鏡を
用いるものであるが、本投影露光装置に適用可能な投影
光学系は上記各実施例に限定されるものではない。例え
ば、M4なる第４の反射鏡を付加して光学設計を行なって
も良い。尚、Ｘ線を効率良く反射させる為には前述の如
く多層反射膜を使用すれば良いが、多層反射膜を使用し
たとしても反射鏡の数が増すと必然的にＸ線の損失が多
くなる為、投影光学系を構成する反射鏡の数は少ない方
が望ましい。
又、本投影光学系は上述の如き面投影で用いるだけで
なく、収差の小さい所定像高を円弧状スリツト等を介し
て投影し、マスク及びウエハを同時走査してマスクのパ
ターンをウエハ上に転写する方式に用いても構わない。
＜発明の効果＞ 以上本発明によれば、非球面形状の採用によってＸ線
縮小投影光学系の反射面の総数を少なくすることと、Ｘ
線多層膜によって各反射鏡及びマスクで高い反射率を得
ることとの相乗作用により、高解像力とＸ線使用効率の
向上を両立させ、高精度の焼付を可能にするものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る投影露光装置の一実施例を示す概
略構成図。 第２図は本発明に用いる投影光学系の一例を示す図。 第３図は第２図の投影光学系を用いた場合の像面を示す
説明図。 第４図は第２図の投影光学系の具体例を示す為の光路
図。 第５図（Ａ），（Ｂ）は第４図の投影光学系の非収差と
歪曲収差を示す図。 第６図（Ａ）〜（Ｄ）は異なる物高に於る横収差図。 MS……マスク Ｗ……ウエハ １……マスクステージ ２……ステージアライメントマーク ３……導光部材 ４……鏡筒 50,51,52……ウエハステージ構成部材 ６……ステージアライメントターゲツト 70,71……駆動装置 90,91,92……ステージ制御用測長器 10,11,12……ステージアライメントスコープ 20,21……マスク・ウエハアライメントスコープ M1,M2,M3,M4……反射鏡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５３１Ａ (72)発明者 南 節雄 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 小倉 繁太郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 福田 恵明 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 渡辺 豊 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 河合 靖雄 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 刈谷 卓夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−42679（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−123812（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】マスク基板面にＸ線反射多層膜による反射
    転写パターンが形成された反射型マスクにＸ線を照明す
    る照明手段と、該Ｘ線で照明された反射型マスクの転写
    パターンを所定倍率で縮小してウエハに結像するＸ線縮
    小投影光学系とを有し、該Ｘ線縮小投影光学系は有限の
    曲率を持った複数のＸ線反射多層膜によるＸ線反射面を
    含み、少なくとも１つの反射面は非球面形状であること
    を特徴とするＸ線投影露光装置。
  2. 【請求項２】マスク基板面にＸ線反射多層膜による反射
    転写パターンが形成された反射型マスクにＸ線を照明す
    る過程と、該Ｘ線で照明されたマスクの転写パターン
    を、有限の曲率を持った複数のＸ線反射多層膜によるＸ
    線反射面を含み少なくとも１つの反射面は非球面形状で
    あるようなＸ線縮小投影光学系によって所定倍率で縮小
    してウエハに結像する過程とを有することを特徴とする
    半導体製造方法。
  3. 【請求項３】前記Ｘ線縮小投影光学系は光路に沿って、
    凹反射面M1、凸反射面M2、凹反射面M3の３つのＸ線反射
    多層膜によるＸ線反射面を有する特許請求の範囲第１項
    記載のＸ線投影露光装置または特許請求の範囲第２項記
    載の半導体製造方法。
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