JP2614863B2 - X線縮小投影露光装置 - Google Patents

X線縮小投影露光装置

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JP2614863B2
JP2614863B2 JP62166174A JP16617487A JP2614863B2 JP 2614863 B2 JP2614863 B2 JP 2614863B2 JP 62166174 A JP62166174 A JP 62166174A JP 16617487 A JP16617487 A JP 16617487A JP 2614863 B2 JP2614863 B2 JP 2614863B2
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博雄 木下
豊樹 北山
隆司 金子
直 石原
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主として半導体装置の製造において微細パタ
ンを形成するときに用いられる露光装置であり、X線か
ら真空紫外領域の光源を用いて、ウェハ上に微細パタン
を転写する縮小投影露光装置に関するものである。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕
従来の微細パタンの形成方法としては、波長400nm前
後の紫外線による露光方式が用いられているが、パタン
寸法が1μm前後になると、回折,干渉のために物理的
な解像限界となり、1μm以下のパタン形成法としては
有用ではない。解像度向上策として350nmのi線もしく
は250nmを用いた露光方式が検討されているが、解像度
は0.7μm程度が限界となる。また、さらに短波長化す
ると適当な屈折率をもつレンズ材料が存在しなくなる。
このため、レンズによらない転写方式として、軟X線
(波長4〜40Å)を用いたプロキシミティ露光方式が提
案されている。この方式は第5図に示すように、X線に
対して透過性の膜の上に、X線を吸収するパタンを形成
したマスク2と、レジストを塗布したウェハ3とを数10
μmの間隔をおいて平行に設置し、マスク2面に垂直な
方向からX線束1を照射することによって、マスク2上
のパタンをウェハ3上に転写するものである。この方式
は、高い解像性,耐塵性等の特徴のある優れた転写技術
であることが確認されているが、等倍投影のために、マ
スクパタンを描画する露光機の性能で支配されるマスク
パタンの持つ性能以上にX線によるパタン転写性能(解
像度,位置合わせ精度等)を向上させることができな
い。また、プロキシミティ露光のため、フレネル回折に
より解像度が低下するという問題がある。
即ち、マスク2とウェハ3間のギャップをs、使用光
源の波長をλ、回折の程度を表わす比例定数をk、パタ
ン寸法をaとするとこれらの間には次式の関係がある。
d=k(s・λ)1/2 (1) ここで、比例定数kとして解像限界に相当する値を与
えると(1)式は解像し得る最小パタン寸法を与えるこ
ととなる。
例えばk=1.5、s=10μm、λ=10Åでは(1)式
からd=0.15μmが解像限界となる。実際にはギャップ
sはマスク損傷等を考慮すると、20μm以上は必要とな
るため、あまり微細なパタン形成は出来ない。
また、光源に発散光を用いる場合には第6図に示すよ
うなランアウト誤差と呼ぶ横方向の位置ずれ量Δbを生
ずる。
第6図は、ランアウトの影響を説明する図で、複数の
マスク間でのギャップsの設定値がΔs変動した場合を
示している。ここで、光源1aとマスク2との間の距離を
D、対象露光領域半径をR、マスク2からマスク2aへの
ギャップ変動量をΔsとすると、ランアウト誤差Δbは
次式で表わされる。
Δb=(R/D)Δs (2) (2)式から分かるようにランアウト誤差Δbの値は
ギャップ変動量Δsに比例して増大する。従って、プロ
キシミティ露光で高精度なパタンを得るためには、マス
ク2とウェハ3との横方向の相対位置を検出する位置検
出機構の他に、マスク2とウェハ3のギャップならびに
傾きを高精度に制御する6軸位置検出制御機構が必要と
なり、装置構成上の複雑化,高精度化が要求される。
これに対して、第7図に示すように、X線領域での縮
小投影法として、全反射を利用した方式が提案されてい
る。(松村他「X線反射露光を用いたパタンの転写」昭
和60年春季応用物理学会講演予稿集p309)。すなわち、
Siウェハ上にAu(金)吸収体のパタンを形成することに
より得られたマスク2に全反射となるような入射角で平
行なX線束1′を入射すると、パタンに応じたコントラ
ストをもつ平行な反射X線束1′bが得られ、反射X線
束1′bに垂直にウェハ3を置くと、入射角の正弦値に
等しい縮小比のパタンが得られる。なお、第7図の4は
反射鏡である。
この方法ではマスク2上のコントラストを得るために
X線領域での全反射角度を1〜2度以下と小さくせねば
ならず、縮小比は1/30以下と大きくとれるものの、逆に
転写用マスク2のパタンはウェハ3上のパタンの30倍以
上の大きさのものが必要となり、マスク全体のサイズが
極めて大きなものとなる。また、この系では、マスク2,
ウェハ3間に結像作用がないために、マスク2,ウェハ3
間の距離を増すと、回折の影響でパタンのぼけが生ずる
等の欠点がある。また、この方法では、1次元の縮小と
なり、2次元すなわち面状の縮小はできない。
本発明の目的は、上述したような、従来のX線露光法
であるプロキシティ露光での解像度がマスクとウェハ間
のギャップで制限され、位置合わせ精度を高めるために
ギャップ制御(ギャップと傾斜)を含めた高精度な6軸
位置合わせ検出制御機構を必要とすること、等倍投影の
ためマスクパタンは微細で位置精度の高いものが要求さ
れるが、そのようなマスクを作成する技術に大きな困難
性があること、更に、このような微細パタンをもつマス
クパタンを検査し得る手段の開発も容易ではないため、
その良否の判定が困難であるなどの問題を解決するにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
このような問題点を解決するために本発明は、図形を
有する第1の基板と、この第1の基板上にX線を入射す
る手段と、X線に対し感光性を有する第2の基板と、X
線の進行方向に沿って第1の基板と第2の基板との間に
位置する1個の凹状の曲面をもつ反射鏡からなる縮小光
学系と、第1の基板に対して第2の基板を縮小光学系の
縮小率に応じて位置合わせする位置合わせ手段とを装置
に設けるようにしたものである。さらに、直入射での反
射光学系として重元素を主とした薄膜と、軽元素を主と
した薄膜を交互に幾層にも形成した多層膜とし、さら
に、第1の基板と第2の基板を前記の反射鏡の主軸に対
して垂直面内に配置したものである。
〔実施例〕
第1図は本発明の第1の実施例を示す構成図である。
第1図において、1はX線源からのX線束、2は図形を
有する第1の基板としてのマスク、3はX線に対して感
光性を有する第2の基板としてのウェハ、4は重元素を
主とする薄膜と軽元素を主とする薄膜を交互に幾層にも
形成した凹球面反射鏡、5はマスク2を一定の方向に移
動させるマスクステージ、6はウェハ3を直交する2方
向に間欠移動するウェハステージ、7は円弧状の切り欠
きをもつ遮光板である。
マスク2に入射したX線束1は、マスク2上に描かれ
たパタンに応じた反射X線束として入射角(反射X線束
と反射鏡の主軸とがなす角)と同じ反射角をもって進
む。ここで、反射鏡の主軸は、反射鏡面上の反射X線束
の中心点での反射鏡面の法線をいう。反射X線束は7の
遮光板によって円弧状の開口部を通過した光となって凹
球面反射鏡4に入射する。凹球面反射鏡4に入射したX
線束1は入射角に等しい反射角で反射されたウェハ上に
集光し、マスク上の円弧状部分のパタンをウェハ上に縮
小結像する。第1図には、マスク上の1点から出たX線
束が凹球面反射鏡を経てウェハ上の1点に集光する様子
が示されている。
第2図は、第1図の構成のマスク面とウェハ面を上部
からみたもので、マスク上の円弧状のパタンが、ウェハ
上に2次元に縮小される様子を示している。第1図の構
成によって、マスク上の円弧状の線分をウェハ上に縮小
転写できるが、例えば同時にマスクステージ5とウェハ
ステージ6をそれぞれ同期して、かつ、ウェハステージ
6をマスクステージ5に対して倍率分低速度で移動させ
ることにより、縮小光学系の縮小率に応じてマスクとウ
ェハとの位置合わせを行ない、マスク上の広い領域のパ
タンをウェハ上に形成することができる。マスク上の全
領域を転写した後、ウェハステージ6のみを移動させ、
ひきつづき、前記のマスクとウェハの同期移動をおこな
うことにより、ウェハ上にマスク上のパタンを多数縮小
転写することができる。
ここで、マスク2は反射と吸収によってパタンのコン
トラストを与える反射型としており、反射面としては、
重元素を主とする薄膜と軽元素を主とする薄膜を交互に
幾層にも積層した多層膜を用いれば、入射角の小さな直
入射光学系とすることができ、球面収差を小さくするこ
とができる。
また、縮小光学系4の反射鏡の主軸に対して垂直面内
にマスク2とウェハ3とを配置し、かつ、マスクから反
射した反射X線束1aの中心が、前記の構成の主軸を通る
ように入射角を選ぶことによって、収差を小さく、かつ
2次元とも縮小倍率の等しいパタンを形成できる。入射
角の等しいX線は遮光板7によって得られるが、第3図
に示すような集光光学系8を配置することによって、結
像性能を向上させることができる。
また、縮小光学系として、第1の実施例では凹球面反
射鏡4を用いているが、直交する2方向にそれぞれ曲率
半径の異なるトロイダル面を用いることにより、球面収
差を小さくすることができ、パタン解像度を向上させる
ことができる。
さらに、反射鏡4の多層膜は一般に斜入射に近いほ
ど、即ち、入射角度を大きくするほど、反射率を高くす
ることができるため、許容される解像度に見合った斜入
射光学系とすることできる。
また、斜入射光学系とすれば、10Å程の波長帯での多
層膜反射鏡が使用でき、厚膜レジストの使用、従来の透
過型マスクが利用できる等の長所がある。
即ち、多層膜の入射角と波長はブラッグの反射条件
(mλ=2dsinθ,λ:波長,d:ピッチ,θ:ブラッグ角
=90°−入射角,m:次数)で決められ、直入射条件、即
ちsinθ1ではピッチdはλ/2に等しくなる。このた
め、従来のX線露光法で用いられている波長10Å以下に
対する直入射での1層の膜厚は軽元素層と重元素層の膜
厚を1対1とすると、2.5Å以下となる。2.5Åでは干渉
効果を生ずる十分緻密な膜にならず、現状の薄膜形成技
術では10Å以上が必要となる。このため、ピッチdは20
Å以上となり、直入射で多層膜反射鏡の使用波長は40Å
以上となる。これに対して、入射角数10度以上をもつ斜
入射光学系では例えば、入射角80度では、ピッチdは波
長λの3倍の厚さでよく、例えば、波長10Åに対してピ
ッチdは30Åとなる。この厚さの薄膜なら十分作成でき
る。
第4図は、本発明の第2の実施例であり、マスクとし
てX線を透過する部分と吸収する部分とによってパタン
コントラストを与える透過型マスク2′を用いた例であ
る。前述したように、従来のSiNメンブレンマスクやBN
メンブレンマスクを使用することができる。本構成でも
第1の実施例同様の構成から、2次元に縮小されたパタ
ンをウェハ上に多数得ることができる。
以上述べたように、縮小光学系を1枚の反射鏡で構成
できることは、光の損失を最小限とすることができ、か
つ、反射鏡間の調整が不要など、装置構成上のメリット
も大きい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、X線の進行方向に沿っ
て第1の基板と第2の基板との間に縮小光学系を設置す
ることにより、X線から真空紫外領域での縮小投影露光
を構成できるので、1μm以下の微細なパタンを容易に
得ることができ、マスク上のパタンサイズも5〜10倍の
レチクルパタンでよく、マスクの制作が容易になると共
に、マスクの検査・修正技術も従来の紫外線露光での装
置が利用できる。
また、縮小投影露光構成により、マスクとウェハのギ
ャップの高精度設定が不要となり、従来困難とされてい
たアライナの構成が容易となる。
さらに、縮小光学系の光軸に同心に切り欠きをもつ遮
光板を置き、マスクとウェハを同期させることにより、
マスク上の広い面積をウェハ上に2次元縮小転写するこ
とができ、2500Å以下の波長での屈折光学系で問題とな
る大面積露光を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示すX線縮小投影露光
装置の概略図、第2図は第1図の構成のX線縮小投影露
光装置の縮小投影の様子を示す図、第3図は集光光学系
を示す図、第4図は本発明の第2の実施例を示すX線縮
小投影露光装置の概略図、第5図は従来のプロキシミテ
ィ露光方式を説明するための図、第6図はプロキシミテ
ィ露光方式でのランアウト誤差を説明するための図、第
7図は従来の全反射を利用した一次元縮小投影露光法を
説明するための図である。 1,1′…X線束、1a,1′a…反射X線束、2,2a…マス
ク、2′…透過型マスク、3…ウェハ、4…反射鏡、5
…マスクステージ、6…ウェハステージ、7…遮光板、
8…集光光学系。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 隆司 神奈川県厚木市森の里若宮3番1号 日 本電信電話株式会社厚木電気通信研究所 内 (72)発明者 石原 直 神奈川県厚木市森の里若宮3番1号 日 本電信電話株式会社厚木電気通信研究所 内 (56)参考文献 特開 昭60−173551(JP,A) 特開 昭62−9632(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】図形を有する第1の基板と、この第1の基
    板上にX線を入射するX線源と、X線に対して感光性を
    有する第2基板と、X線の進行方向に沿って前記第1の
    基板と前記第2の基板との間に位置し、1個の凹状の曲
    面を持つ反射鏡からなる縮小光学系と、円弧状の開口を
    有する遮蔽板と、前記第1の基板に対して前記第2の基
    板を前記縮小光学系の縮小率に応じて位置合わせする位
    置合わせ装置とを備えたことを特徴とするX線縮小投影
    露光装置。
  2. 【請求項2】図形を有する第1の基板と、この第1の基
    板上にX線を入射するX線源と、X線に対して感光性を
    有する第2基板と、前記X線源と前記第1基板との間に
    位置し、X線を集光して前記第1基板を円弧状に照明す
    る光学系と、X線の進行方向に沿って前記第1の基板と
    前記第2の基板との間に位置し、1個の凹状の曲面を持
    つ反射鏡からなる縮小光学系と、前記第1の基板に対し
    て前記第2の基板を前記縮小光学系の縮小率に応じて位
    置合わせする位置合わせ装置とを備えたことを特徴とす
    るX線縮小投影露光装置。
  3. 【請求項3】X線の進行方向に沿って前記第1の基板と
    前記第2の基板との間に円弧状の開口を有する遮蔽板を
    位置したことを特徴とする第2項記載のX線縮小投影露
    光装置。
  4. 【請求項4】前記反射鏡の主軸に対して垂直面内に前記
    第1の基板と、前記第2の基板を配置したことを特徴と
    する第1項、第2項、及び第3項記載のX線縮小投影露
    光装置。
JP62166174A 1987-07-02 1987-07-02 X線縮小投影露光装置 Expired - Lifetime JP2614863B2 (ja)

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