JP2673517B2 - Exposure equipment - Google Patents

Exposure equipment

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JP2673517B2
JP2673517B2 JP62148613A JP14861387A JP2673517B2 JP 2673517 B2 JP2673517 B2 JP 2673517B2 JP 62148613 A JP62148613 A JP 62148613A JP 14861387 A JP14861387 A JP 14861387A JP 2673517 B2 JP2673517 B2 JP 2673517B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はX線を用いて反射縮小型光学系を介して高解
像度の焼付けを行なう露光装置に関し、詳しくは、X線
で照明されたマスク等の原版の像を所定縮小倍率で結像
するX線反射縮小型投影光学系を有し、該投影光学系を
介して原版の結像位置に配したウエハ等の基板に原版の
パターンを転写せしめる露光装置に関する。 [従来技術] 従来から半導体製造工程において、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ためにマスクアラ
イナやステッパ等の露光装置が良く用いられている。 近年、ICやLSI等の半導体チッ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なわれている。一
般に、この種の露光装置、特にステッパ等の投影露光装
置において、分解能(または解像力)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、わずかのデフォ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を浴びており、X線を
用いたプロキシミティ法による露光装置も提案されてい
る。 [発明が解決しようとする問題点] 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ィ法による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。 本発明の目的は、従来のプロキシミティ法によるX線
露光装置に代わる新規なX線露光装置として、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
X線を光源とする反射式縮小投影型の露光装置を提供す
ることにある。 [問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するため本発明の露光装置は、表面に
マスクパターンを備えた反射型X線マスクを保持するマ
スクステージと、ウエハを保持するウエハステージと、
該反射型X線マスクを強制冷却するための、該反射型マ
スクの裏面に設けた強制冷却手段と、複数枚のX線反射
鏡を含み、X線領域の電磁波で照明された上記マスクの
パターンを上記ウエハ上に縮小投影するX線縮小投影光
学系と、を有することを特徴とするものである。 [実施例] 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。 第1実施例 第1図は本発明の第1実施例に係る露光装置に用い得
るX線反射縮小型投影光学系を示す。図中、MSはマスク
等の物体面、WFはウエハ等の結像面、M1,M2,M3は各々X
線反射縮小結像用の多層膜で成る反射鏡、R1,R2,R3は多
層膜、d1,d2は夫々反射鏡M1とM2、反射鏡M2とM3の間の
面間隔で、l1は反射鏡M1から物体、すなわちマスクMSま
での距離を、l2は反射鏡M1から像面、すなわちウエハWF
までの距離を示している。尚、d1,d2,l1,l2の値は光軸
Oに沿って計測されたものとする。 このように、第1,2図に示す反射縮小型投影光学系は
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。)
からなり、マスクMSの回路パターンをウエハWF上、詳し
くはウエハWF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を作成する際に用い
られる露光装置において、第1,4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
0.35μmの最小線幅と28×14mm2の像面サイズが必要
で、256Mbit級の場合0.25μmの最小線幅と40×20mm2
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、本実施例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を可能にした。 この種の光学系において大きな像面サイズを得るため
には、像面の平坦性が優れていること、すなわち像面湾
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図に示す反射縮小投影光学系では、凹面鏡M1,M
3と凸面鏡M2の近軸曲率半径r1,r2,r3の値が次の(1)
式を満足するように選択している。 0.9<r2/r1+r2/r3<1.1 ……(1) 上記(1)式はペッツバール和(PETZVAL SUM:1/r1
1/r2+1/r3)を小さくするための条件式であり、(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
力を得ることができず、前述の仕様を満足する露光は不
可能となる。(1)式に於けるr2/r1+r2/r3の値が1に
近い程ペッツバール和1/r1−1/r2+1/r3は0に近くな
る。すなわち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ためには、像面湾曲以外の
収差、すなわち球面収差、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図の反射縮
小投影光学系では物体から出た光が凹面鏡M1、凸面鏡M
2、凹面鏡M3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つの反射鏡のうち少
なくとも1枚の鏡面を非球面とすることにより、上記各
収差を更に良好に補正できる。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ために望まし
い。すなわち、上記各収差、所謂ザイデルの5収差を除
去するために、第1図の反射縮小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、ペッツバール和を小さく保ち、且つ各面
間隔を適切に決めることにより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。 第2図は、第1図の光学系の幾何光学的収差と有効F
ナンバとの関係を示すグラフである。幾何光学的収差の
代表として横の球面収差(lateral spherical aberrati
on)LSAについて考えるとLSAは有効Fナンバの3乗に反
比例すると近似できる。式で示すと、 LSA=K/F3 ……(2) (Fは有効Fナンバ、Kは比例定数) である。 第2図は、いくつかのKの値について上式の関係を両
対数グラフにプロットしたものである。 ここで、比例定数Kは有効Fナンバを1としたときの
横球面収差の値を意味するが、このKの値は、光学系を
構成するレンズ(ミラー)の枚数や光学系のタイプや設
計の良否によって変化する。従来の光ステッパではレン
ズを多数枚(10枚以上)使用して、K≒1μm程度を達
成している。しかし、本光学系のようなX線の反射光学
系においては、ミラーに吸収される割合が多いので使用
するミラーの枚数を可能な限り少なくして光量アップを
図らなければならない。 ミラー枚数を3〜5枚とした本発明の実施例に示すタ
イプの光学系の場合にはKは光ステッパの例より100倍
程大きくなりK≒100μmのオーダとなる。 K=100μmの光学系は、第2図のグラフにおけるK
=100μmの直線上の特性をもつ。したがって、例えば
この光学系で収差LSAを0.35μm以下にするためには
(2)式により有効Fナンバを6.6以上にする必要があ
ることが分かる。 しかしながら、Fナンバを大きくすると回折によるぼ
けの径が大きくなる。回折によるぼけの半径をエアリデ
ィスク半径r0で評価すると、 r0=1.22Fλ ……(3) である。ここで、Fは有効Fナンバ、λは波長である。 第3図は、3種類のr0に対して(3)式の関係を表わ
した両対数グラフである。このグラフによれば、例えば
r0<0.35μmを満たす必要のある場合は、最も下側の直
線よりも下側の領域を満たすFとλの組合せを選ぶ必要
があることがわかる。 したがって、必要な解像力を得るためには、光学系に
おいて、第2図のグラフで示される幾何光学的収差と、
第3図のグラフで示される回折によるぼけとが、共に許
容量以下である必要がある。 例えばK=100μmの光学系で、 LSA<0.35μmかつr0<0.35μm の性能を満たすためには、第2図のグラフよりF>6.6
であるから第3図のグラフの斜線部分を満たすような有
効Fナンバと波長との組合せでなければならない。しか
し、この例の光学系においては、可視域の光を用いたの
では回折の影響が大きくなり、サブミクロンの解像力は
得られない。つまり、波長の短い軟X線の領域の光を用
いることにより、はじめてサブミクロンの解像が可能と
なる。 このように、実施例の光学系はミラーの枚数が少ない
ながら軟X線の波長領域において、幾何光学的収差と回
折によるぼけを共にサブミクロン以下にすることが可能
である。 第4図は第1図の反射鏡を多層膜反射鏡とし、又、重
要部を模式化して強調した模式図である。第1,4図の反
射縮小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およびM3の鏡面は片側だけ使用されること
になる。なお、凹面鏡M1,M3、凸面鏡M2の内少なくとも
1つを共軸関係からはずして、図中の光軸O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
ができる。 第5図は第4図の反射縮小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、yminは最小像高を示しており、通常像面としてy
min≦y≦ymaxの部分を使用する。この部分に達する光
束は実質的にけられが無く、開口効率100%の均一な光
量分布を得ることができる。第5図においては、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。当然のことではある
が、この領域においては前述の諸収差は良好に補正され
ている。なお、このよう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。 第4図に示した投影光学系における凹面鏡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ために反
射膜が施してある。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ような異種材料の組合
せ、例えば、高融点を有する遷移金属元素と半導体元素
とからなる多層膜や、低融点金属元素と半導体元素また
は軽金属元素とからなる多層膜や、白金属元素と半導体
元素とからなる多層膜などから形成できる。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、亜鉛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とホウ素B等の組合せがある。 以下、多層膜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1−1 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゜(垂直入射)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3
9.1Å、25.2Å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1−2 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とすることにより、入射角20゜で2
6.7%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1−3 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
20゜で79.9%の反射率が得られた。 <波長108.7ÅのX線に対する多層反射膜> 実施例1−4 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
40゜で38.7%の反射率が得られた。 <波長82.1ÅのX線に対する多層膜反射膜> 実施例1−5 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1−6 第1物質をRh、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1−7 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できる。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。 以下、第1,4図で示した投影光学系の数値実施例を示
す。本発明の投影光学系においては、諸収差を良好に補
正するために凹面鏡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おいて、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できる。 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、l1,l2,
d1,d2は第4図を用いて説明したように、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WF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の両間隔を示している。 実施例1−8 l1=−1288.7mm l2=− 298.9mmK1=−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1−9 l1=−2577.4mm l2=− 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1−10 l1=−2577.4mm l2=− 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% 100 Åのとき 60% 200 Åのとき 40% 歪曲率=−0.2% 実施例1−11l1=−3000.0mm l2=− 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% 100 Åのとき 65% 200 Åのとき 45% 歪曲率=0.00005%以下 実施例1−12 l1=−4500.0mm l2=− 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% 100 Åのとき 40% 200 Åのとき 35% 歪曲率=0.00004%以下 実施例1−13 l1=−3000.0mm l2=− 602.7mmK1=−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% 100 Åのとき 55% 200 Åのとき 45% 歪曲 0.01μm以下 実施例1−14 l1=−1431.1mm l2=− 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% 100 Åのとき 45% 200 Åのとき 14% 歪曲 0.1μm 実施例1−15 l1=− 934.6mm l2=−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% 100 Åのとき 30% 200 Åのとき 0% 歪曲 0.1μm 実施例1−8〜実施例1−10は凹面鏡M1,M3が凸面鏡M
2に対し略々同一距離の同位置に配された場合を示し、
実施例1−8および実施例1−10は64Mbit級のLSI製造
用、実施例1−9は256Mbit級のLSI製造用を目的として
設計されたものである。実施例1−8〜実施例1−10の
投影光学系は比較的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できなかった歪曲と反
対の歪曲を与えてマスクを作製することにより補正でき
る。 実施例1−11〜実施例1−15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1−11お
よび実施例1−12はそれぞれ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ナンバも13と、明るい光学系を提供してい
る。実施例1−13は凸面鏡M2を球面とし、64Mbit級のLS
I製造用に設計された場合、実施例1−14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1−15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
−8〜実施例1−13は全て縮小倍率が1/5の例、実施例
1−13を除く他の実施例は全て3枚の反射鏡(M1,M2,M
3)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3枚の反射鏡M1,M2,M3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ためには前述の
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
多くなるため、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ット等を介し
て投影し、マスク及びウエハを同時走査して順次転写す
る方式にも適用できる。 第6図(A),(B)および第7図(A)〜(D)は
第1図の投影光学系および実施例4の場合の収差図であ
る。第6図(A),(B)において、(A)は非点収差
を、(B)は歪曲収差を示し、又、第7図(A)〜
(D)は異なる物高における横収差を示している。第7
図において、(A)は物高が185mm、(B)は物高が160
mm、(C)は物高が130mm、(D)は物高が100mmの場合
を示している。なお、第6図(A),(B)においても
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6図および第7図の収差図からわかるように、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、
とりわけ第6図(B)の歪曲収差はほぼ零となってお
り、したがって収差は不図示となっている。また、広い
露光領域を求められる面投影型露光装置に適用できる光
学系として十分満足するように広範囲に亘って収差補正
を達成できた。更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。 第8図は前述第1,4図でマスクMSに対する照明光が非
垂直入射となっている理由を説明する原理図である。露
光装置等においてはウエハへマスクパターンを焼き付け
る際に、マスクパターンはウエハ上に垂直に落射照明す
るのが好ましく、いわゆるテレセントリックな照明系を
構成する。同図においてMMは第1,4図の反射鏡M1,M2,M3
等を総括的に表わし、IPはその入射瞳位置、FFは前側焦
点位置、PLはマスクMSの中心を通り、前側焦点FFを通る
主光線を表わす。ウエハWF上にマスクMSのパターンを垂
直(またはほぼ垂直)に入射させるためには、マスクMS
の中心からの光線が前側焦点FFを通らなければならず、
またその周辺光も入射瞳を通らなければならない。した
がって、図示の如くマスクMSに斜入射(非垂直入射)光
Lを与えれば、大部分の光線はマスクWF上に垂直および
/またはほぼ垂直入射させることができる。このように
反射光学系の光軸対称な片側を利用するシステムにおい
ては好ましい構成である。この原理は望遠鏡、顕微鏡に
用いることができる。 第2実施例 第9図は本発明の第2実施例に係る露光装置に用いら
れるX線反射縮小型投影光学系を示す模式図である。 第1,4図の光学系を用いた場合において、ウエハWFの
全面ステップワイズに複数ショット焼き付けるために不
図示のウエハステージを移動させたとき、マスクMSから
反射鏡M1に入射する光束を遮断するおそれがある。第9
図の光学系はこれを解消するもので、第4図の反射鏡M0
を備えており、ウエハWFの移動範囲が光学系に影響され
ず自由となる。反射鏡M0はウエハWFに落射照明するため
には、第9図のような45゜斜設に限らず他の角度で設置
することもできる。 反射鏡M0用として好適な多層膜の例を以下に示す。 <波長114.0ÅのX線に対する多層反射膜> 実施例2−1 第1物質をRu,第2物質をSiとして、それぞれの膜厚
を55.4Å,34.3Åとして、41層積層することにより入射
角45゜で、43.8%の反射率が得られた。 実施例2−2 第1物質をPd,第2物質をSiとして、それぞれの膜厚
を44.5Å,42.3Åとして、41層積層することにより入射
角45゜で、29.1%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2−3 第1物質をRu,第2物質をBeとして、それぞれの膜厚
を30.2Å,49.7Åとして、41層積層することにより入射
角45゜で、85.3%の反射率が得られた。 <波長108.7ÅのX線に対する多層反射膜> 実施例2−4 第1物質をRh,第2物質をSiとして、それぞれの膜厚
を52.7Å,31.9Åとして、41層積層することにより入射
角45゜で、39.5%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2−5 第1物質をRu,第2物質をBとして、それぞれの膜厚
を27.6Å,32.8Åとして、41層積層することにより入射
角45゜で、41.8%の反射率が得られた。 実施例2−6 第1物質をRu,第2物質をBとして、それぞれの膜厚
を26.7Å,33.5Åとして、41層積層することにより入射
角45゜で、36.6%の反射率が得られた。 実施例2−7 第1物質をPd,第2物質をBとして、それぞれの膜厚
を25.9Å,34.2Åとして、41層積層することにより入射
角45゜で、30.2%の反射率が得られた。 第3実施例 第10図は、本発明の3実施例に係る露光装置に用いら
れるX線反射縮小型投影光学系の構成を示す模式図であ
る。 第9図の光学系はマスクMSに露光光を透過させるタイ
プの例であったが、これに対し第10図の光学系はマスク
を反射式として用いている。 この実施例は前述第6図の原理にもよくマッチし好ま
しい。なぜなら、反射式でマスクMSを用いる場合、マス
クMSへの照射光を非垂直入射させるとマスクの回路パタ
ーンの像を反射鏡M1側の方へ効率良く送り込むことがで
きるからである。 また、反射式マスクの場合、その裏面に強制冷却手段
CO例えば水冷機構、ペルチェ素子等の電子冷却機構を取
り付けることができ好ましい。 さらにまた、反射鏡M1,M2等にもこのような強制冷却
手段C1,C2等を取り付ければ熱膨張せず好ましい。この
場合、少なくとも初めの数枚の反射鏡に取り付ければ以
後の反射鏡にはなくてもよい。なぜなら初めの数枚が最
も高温になる危険性があるからである。もちろん全ての
反射鏡に取り付けてもよい。 なお、この反射式マスクを用いて示した非垂直入射の
利点は以下の第11,12,13図に示した光学系の例にも当て
はまる。 第4実施例 第11図は本発明の第4実施例に係る露光装置に用いら
れるX線反射縮小型投影光学系の構成を示す模式図であ
る。この光学系においては、SOR光源からのX線光束SR
を反射鏡MTRで反射させ、かつマスクMSに対して非垂直
入射させるようにしている。また反射鏡MTRはマスクMS
に対してその回路パターン面を走査するために揺動させ
ることにより広い露光域を確保している。この反射鏡MT
Rとしてはグランシングタイプ(glancing type)や多層
タイプ(multi layer type)等を用いることができる。
本実施例においても反射鏡M0、M1に強制冷却手段を取り
付けることが好ましい。また、SOR光源からのX線導出
管は、通常、リングの接線方向に長大に伸びており、本
実施例のようにマスクMSから反射鏡M1までの距離が長い
装置ではその管を共用できるので装置が大型にならな
い。 第5実施例 第12図は本発明の第5実施例に係る露光装置に用いら
れるX線反射縮小型投影光学系の構成を示す模式図であ
る。この光学系では、SOR光源の内部でX線光束を上下
方向に走査しており、そして、マスクMSはやはり非垂直
入射となるよに所定角度だけ垂直方向から傾けてセット
する。 第6実施例 第13図は本発明の第6実施例に係る露光装置に用いら
れるX線反射縮小型投影光学系の構成を示す模式図であ
る。この光学系では、マスクMSとウエハWFを垂直平行に
配置してなおかつ照明光をカットすることのないように
しており、ウエハをステップノイズに移動させて複数シ
ョットを焼き付けるのに好適である。 第7実施例 第14図は本発明の第7実施例に係る露光装置の構成図
である。 この露光装置においては、SOR光源に好適なようにマ
スクMSは垂直に配置し、ウエハWFは水平ステージに載置
してあり、また、光学系としては、前述第9,11,12図の
反射光学系を用い得る。 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
A,2B,2Cはマスクステージ1上に設けられたアライメン
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、ウエハおよび/または
ウエハステージとの直交度検出に使用される。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を透過したX線を後述する投影光学系に
指向するものである。4は複数の反射鏡からなる投影光
学系を収納する鏡筒で、導光部材3と連結されている。
10,11および12は夫々第1,2および3のステージアライメ
ントスコープで、前述のアライメントマーク2A,2B,2Cと
部材50上のアライメントマーク6A,6B,6Cとを各々重ねて
観察する機能を有する。 20および21はそれぞれ第1,2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WF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WFのアライメン
トを行なう。M0,M1,M2,M3は前述の多層膜反射鏡で、特
にM1,M2およびM3は縮小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ための折り曲げミラーと
なっている。 反射鏡M1は第1,4図等に示される如く光軸Oに対して
半分だけ用いるので、残りの半分は本来不要であるが、
多層膜加工の際の治具の関係や、放熱促進のために残し
ておいた方が良い。また円形の鏡面全体に多層膜加工を
施して半分だけ用いることもできる。反射鏡M3はX線通
過用の孔h1を偏心位置に有している。孔h1は多層膜加工
前に設けられ、詰物をした状態で多層膜加工を施し、完
成した後に詰物を取り除く。このようにすれば孔開けの
際生じる歪を解消できる。反射鏡M2は孔h2を有する支持
板SSに固設される。 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WFを支持固定するウエ
ハチャックを有しており、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マーク6A,6B,6Cが設けられ
ている。構成部材51は構成部材50を搭載しており、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。ま
た、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でいわゆるX−Yステージを構成し
ている。70および71は構成部材51および構成部材52をそ
れぞれX方向、Y方向に移動させるための駆動装置で、
ステップモータ等からなる。構成部材50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。また、構成
部材50は、第15図に示すようにその下面に配置された圧
電素子P1,P2,P3により上下動される。90,91,92はステー
ジ制御用測長器で、X,Y方向に変位するウエハの位置ま
たは移動量を高精度で測定できる。なお、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14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WFを面投影で
露光する装置であって、いわゆるステップ・アンド・リ
ピート方式によりウエハWF上でスクライブラインにより
区切られた各チップ毎、もしくは複数チップ毎に焼付け
を行なう。また、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WFは不図示
のウエハチャッ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WFとマスクMSのアライメントが終
了後、以下述べるよう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、反射鏡M0、
および反射鏡M1,M2,M3からなる縮小投影光学系を介して
ウエハWF上の所定領域に結像される。すなわち、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WF上に伝達され、ウエハWF上に
塗布された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
用できるが、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線用のフィルタを介してマスクMSを
照明すればよい。1ショットで1チップまたは複数チッ
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
囲に隣接するチップ又は複数チップからなる領域を送
り、再度マスクMSとウエハWFの焼付けるべきチップのア
ライメントを行なった後でX線によりこのチップの焼付
を行なう(repeat)。この動作を予め決められた順序で
ウエハWF上の複数チップに対して行ない、ウエハWF上で
スクライブラインにより区切られた複数のチップの全て
を多数回のショットにより露光する。露光が終了したウ
エハWFは自動的に未露光のウエハWFと交換され、再度上
述の露光行程が実行される。 本実施例におけるアライメントの手順の一例を以下に
述べる。 第14図において、駆動装置70,71により構成部材50,5
1,52からなるウエハステージを移動させ、構成部材50上
のアライメントマーク6A,6B,6Cが、反射鏡M1,M2,M3から
な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により順次観察可能になるように位置付ける。 すなわち、まず支持板SSの下面に取り付けられた半導
体レーザヘッドLZを駆動し点灯する。次いで孔h2に対向
する位置にウエハステージ上のアライメントマーク6Aが
来るようにステージを移動させる。次いでマスクステー
ジ1のアライメントマーク2Aとウエハステージのアライ
メントマーク6Aとを用いてアライメントスコープ12によ
り合焦検出が行なわれる。このとき、圧電素子P1により
合焦のためのウエハステージの上下動がなされる。以下
同様に孔h2にマーク6B,6Cが順に対向し、マーク2B,2Cお
よびスコープ11,10により合焦検出が行なわれ、圧電素
子P2,P3が順に作動しウエハステージが上下動する。こ
れにより3個のマーク2A,2B,2Cと3個のマーク6A,6B,6C
との各々の距離が合焦位置に設定されるので、マスクス
テージとウエハステージの直交度は正確に確保されるこ
とになる。この各点の合焦検出の各々の直後にX,Y方向
のずれ量をやはりマーク2A,2B,2Cと6A,6B,6Cを用いて順
次計測し記憶させておく。このときモータ70,71を用い
て補正駆動を行なわせることもできる。 本実施例の装置はマスクMSとウエハWF間の距離が長い
ため、このようにマスクMSとウエハWFの直交度補正は有
用である。また、第1,4,8,13図の光学系の場合も同様に
にしてマスクMSとウエハWFの平行度補正ができる。ま
た、このようにしてウエハステージのアライメントマー
ク6A,6B,6Cを縮小光学系を逆進してきた照明光で検出す
ることにより、例えば縮小比1/5のときは5倍に拡大し
て検出でき好ましい。 アライメントスコープ10,11,12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でき、
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50上に保持されたウエハWF上の露光領
域の内、最初の1ショットで露光される領域、例えば直
交するスクライブラインで区切られた1チップ分の領域
の位置とアライメントマーク6A,6B,6C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終了
後、前記位置関係にもとづき構成部材50,51,52からなる
ウエハステージを移動せしめてウエハWF上の最初の1シ
ョット領域をマスクMSの投影光学系による結像位置近傍
に送ることができる。ウエハWF上の最初の1ショットで
露光すべき領域の周辺すなわちスクライブライン上には
所定の一対のアライメントマークWM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(不図示)とをマスク・ウエハアライメン
トスコープ20,21を介して目視また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。 また、上述のアライメントのための光源としての半導
体レーザヘッドLZの波長は例えば780nm〜850nmであり、
例えば露光用のX線の波長100Åに対して1〜2桁も長
波長側であり、多層膜反射鏡の反射面は単なる金属光沢
層と同じように極めて良くレーザ光を反射できる。さら
に、ウエハWF又はウエハステージ上のアライメントマー
クは反射鏡M3,M2,M1の順に反射してマスクMSの方に進む
につれて例えば縮小比1/5の反射縮小光学系であれば5
倍に拡大して観察できる。 このとき、例えば2種類のレジストに対して半導体レ
ーザの波長を例えば780nmと850nmの2種類を使い分けた
としても、反射鏡はこのオーダの波長に対しては本質的
に波長依存性はないから常に高度のアライメント精度を
維持でき好ましい。 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。なお、最初の1ショットで露光される領域
と、順次ステップ・アンド・リピートにより露光される
各領域との位置関係およ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ショッ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
高精度にステップ(移動)させることにより、常時正確
な位置に送ることができ、必ずしも前述のように各ショ
ット毎にマスクMSとウエハWFのアライメントを行なう必
要はない。とりわけ、スループットの向上のためには各
ショット毎にマスクMSとウエハWF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ショットのみアライメントを行ない、残りの
ショッ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14図に示す投影露光装置はX線を用いて露光を行な
うため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。なお、装置内部の真空度は高い方が望ましく、本投
影露光装置においては高真空から超高真空状態にて露光
を行なう。このとき前述の反射鏡冷却手段が役に立つ。 また、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。
例えば第14図のマスクMSの表面側(X線照射側)および
マスクMSの裏面側(鏡筒3内)およびウエハWFの上面部
を全てHeで満たし、一定速度で流す。すると、これらの
軽元素はX線の吸収が実質的に零であり、また真空に比
べ熱吸収性が良いのでマスクMSや反射鏡が熱で歪まな
い。このような方法によって露光を行なえば、ベリウム
Beで成るX線透過窓も最小数となり、減衰を極力さけら
れるのでX線の有効利用が図れる。これに対し、例えば
マスクの上部をHe室、下部の鏡筒3を真空室、ウエハ上
部を大気室とするとBe窓は各境界部に必要となり、X線
減衰は大きくなる。またHは燃え易いのでHeの方が安全
である。またHeで満たした場合でも、前述の強制冷却手
段をミラーに付加しても良い。 また、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ため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14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ため、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ィ
法に比べて緩和されてマスクの製造が容易になる。ま
た、縮小投影することにより分解能を向上できることは
言うまでもない。更に使用できるX線源の自由度も増え
汎用性の高い装置となる。また、プロキシミティ法で要
求されるマスクとウエハ間の精確なギャップ測定および
間隔調整が不要となる。 本発明で使用するマスクは前述の如く反射型と透過型
の2種類のX線マスクが使用できる。透過型のX線マス
クはX線吸収体と、このX線吸収体を支持するマスク基
板とからなり、マスク基板上にX線吸収体によるパター
ニングが施されている。X線吸収体の材料としてはX線
吸収率が高く加工が容易なAu,Ta,W等を用いることがで
きる。一方、マスク基板の材料としては有機高分子もし
くは無機物が挙げられる。有機高分子としてはポリイミ
ド、マイラ、カプトンなどがあり、無機物としてはBを
拡散したSi、SiC、Si3N4,Ti,およびBNなどがある。ま
た、SiN基板およびポリイミドとBNの複合基板等も使用
可能である。 また、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Au等の高電子密度の物質(重元素物
質)でパターンを描いたり、TiとNiとからなる多層反射
膜等をマスク基板上にパターニングしたりしたマスクを
使用できる。 なお、本発明で使用されるマスクMSは使用するX線の
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
から選択できるが、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
ぎるために好ましくない。この数十Å〜数百Å程度の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。 また、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原、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、SO
R(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。 さらに、露光に際し用いられるX線用の感光体、すな
わ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できる。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−スルフォンや、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。 [発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、照射X線の吸収
の大きな反射型X線マスクを強制冷却する手段をマスク
の裏面側に設けることで、マスクパターンの変形が効果
的に抑えられるため、効率良くかつ高い解像力を持って
露光転写を行うことができる。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an exposure apparatus that performs high-resolution printing using X-rays via a reflection reduction optical system, and more specifically, a mask illuminated by X-rays. Has an X-ray reflection reduction type projection optical system for forming an image of the original plate at a predetermined reduction magnification, and transfers the pattern of the original plate to a substrate such as a wafer arranged at the image forming position of the original plate through the projection optical system. The present invention relates to an exposure device. [Prior Art] Conventionally, in a semiconductor manufacturing process, an exposure apparatus such as a mask aligner or a stepper is often used for printing a circuit pattern of a mask or a reticle on a wafer. In recent years, with the increasing integration of semiconductor chips such as ICs and LSIs, there has been a demand for an exposure apparatus capable of printing at a high resolution, which replaces the current exposure apparatus using deep ultraviolet light (DeepUV). The research and development of the equipment has been actively carried out. Generally, in this type of exposure apparatus, particularly a projection exposure apparatus such as a stepper, the minimum line width of printing called resolution (or resolution) is determined by the wavelength of light used and the numerical aperture of the projection optical system. Regarding the numerical aperture, the larger the numerical aperture, the better the resolution is.However, if the numerical aperture is too large, the depth of focus becomes shallow, and there is a problem that the image is blurred with a slight defocus. Therefore, it is difficult to obtain high resolution. Therefore, attempts are usually made to obtain higher resolution by using light obtained from an excimer laser or the like or light having a short wavelength such as X-rays as light used for printing. In particular, an apparatus using X-rays has received a great deal of attention as a next-generation exposure apparatus, and an exposure apparatus using a proximity method using X-rays has been proposed. [Problems to be Solved by the Invention] However, regarding the manufacture of VLSI after 64Mbit DRAM, it is difficult to obtain a submicron-order high resolution with high accuracy by the currently proposed X-ray exposure by the proximity method. And various problems such as a high pattern accuracy required for the mask. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a novel X-ray exposure apparatus which replaces the conventional X-ray exposure apparatus using the proximity method, and has a high resolution of the order of submicron, and a reflection using an X-ray capable of high-precision printing. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus of a reduced projection type. [Means for Solving Problems] In order to achieve the above object, an exposure apparatus of the present invention includes a mask stage that holds a reflective X-ray mask having a mask pattern on its surface, a wafer stage that holds a wafer,
A pattern of the mask including forced cooling means provided on the back surface of the reflective X-ray mask for forcibly cooling the reflective X-ray mask and a plurality of X-ray reflecting mirrors and illuminated by electromagnetic waves in the X-ray region. And an X-ray reduction projection optical system for reducing and projecting onto the wafer. Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First Embodiment FIG. 1 shows an X-ray reflection reduction type projection optical system that can be used in an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the figure, MS is an object plane such as a mask, WF is an image plane such as a wafer, and M1, M2, and M3 are each X.
Reflector comprising a multilayer film for line reflection reduction imaging, in R1, R2, R3 is the multilayer film, the surface separation between the d 1, d 2 and each reflector M1 M2, and the reflecting mirror M2 M3, l 1 the image plane the object, i.e. the distance to the mask MS, a l 2 reflecting mirror M1 from the reflecting mirror M1, that wafer WF
The distance to is shown. It is assumed that the values of d 1 , d 2 , l 1 , l 2 are measured along the optical axis O. As described above, the reflection-reduction projection optical system shown in FIGS. 1 and 2 is configured such that the concave reflecting mirror M1 (hereinafter referred to as “concave mirror M1”) is sequentially arranged from the mask MS side.
It is written. ), A convex reflecting mirror M2 (hereinafter, referred to as “convex mirror M2”), a concave reflecting mirror M3 (hereinafter, referred to as “concave mirror M3”).
The circuit pattern of the mask MS is reduced and projected on the wafer WF, more specifically, on a resist applied on the surface of the wafer WF. Usually, in an exposure apparatus used for producing a 64 Mbit or 256 Mbit class super LSI, the main specifications required for a projection optical system for performing surface projection as shown in FIGS. 1 and 4 are an ultra-high resolution, a large image plane. Size, no distortion, 64Mbit class
It is said that a minimum line width of 0.35 μm and an image plane size of 28 × 14 mm 2 are required, and a 256 Mbit class requires a minimum line width of 0.25 μm and an image plane size of 40 × 20 mm 2 . These requirements are generally contradictory, and no conventional optical system of this type simultaneously satisfies the above specifications. However, by using the projection optical system shown in the present embodiment, it is possible to satisfy the above-mentioned specifications. In order to obtain a large image plane size in this type of optical system, it is most important that the flatness of the image plane is excellent, that is, the field curvature is properly corrected. Therefore, in the reflection reduction projection optical system shown in FIG.
The value of 3 and convex mirror paraxial curvature of M2 radius r 1, r 2, r 3 is the following (1)
We have chosen to satisfy the formula. 0.9 <r 2 / r 1 + r 2 / r 3 <1.1 …… (1) Equation (1) is the Petzval sum (PETZVAL SUM: 1 / r 1
1 / r 2 + 1 / r 3 ) is a conditional expression for reducing (1)
If the value exceeds the range of the expression, the required resolution cannot be obtained over the entire image plane size, and exposure satisfying the above-mentioned specifications becomes impossible. The closer the value of r 2 / r 1 + r 2 / r 3 in equation (1) is to 1, the closer the Petzval sum 1 / r 1 −1 / r 2 + 1 / r 3 is to 0. That r 2 / r 1 + r 2 / r 3 = 1 is said to be the most ideal conditions. Further, in order to satisfy the above-mentioned specification, it is necessary that aberrations other than the curvature of field, that is, spherical aberration, coma, astigmatism, and distortion are also satisfactorily corrected. In the system, the light emitted from the object is concave mirror M1, convex mirror M
2. The above-mentioned aberrations are corrected by reflecting in the order of the concave mirror M3 and using the convex mirror M2 as an aperture stop. In addition, by making at least one mirror surface of the three reflecting mirrors of the concave mirrors M1 and M3 and the convex mirror M2 aspherical, the above-described aberrations can be corrected more favorably. In particular, it is desirable to form the concave mirrors M1 and M3 with aspherical surfaces in order to improve the imaging performance. In other words, in order to remove the above-mentioned aberrations, so-called Seidel's five aberrations, the respective paraxial curvature radii of the concave mirrors M1 and M3 and the convex mirror M2 are appropriately determined in the reflection reduction projection optical system shown in FIG. Therefore, the Petzval sum is kept small, and mainly the distortion is removed by appropriately determining the distance between the surfaces, and other coma, astigmatism, and spherical aberration are corrected well by using an aspheric surface. I have. FIG. 2 shows the geometrical optical aberration and the effective F of the optical system of FIG.
It is a graph which shows a relationship with a number. Lateral spherical aberrati is a representative of geometrical optical aberrations.
on) LSA can be approximated as being inversely proportional to the cube of the effective F number. In the expression, LSA = K / F 3 (2) (F is an effective F number, and K is a proportional constant). FIG. 2 plots the relationship of the above equation for several values of K on a log-log graph. Here, the proportional constant K means the value of the lateral spherical aberration when the effective F number is 1, and the value of K depends on the number of lenses (mirrors) constituting the optical system, the type and design of the optical system. Depends on the quality of the In a conventional optical stepper, a large number of lenses (10 or more) are used to achieve K ≒ 1 μm. However, in an X-ray reflection optical system such as the present optical system, since the ratio of absorption by the mirror is large, the number of mirrors to be used must be reduced as much as possible to increase the light amount. In the case of an optical system of the type shown in the embodiment of the present invention in which the number of mirrors is 3 to 5, K is about 100 times larger than that of the optical stepper, and is in the order of K ≒ 100 μm. The optical system of K = 100 μm is equivalent to K in the graph of FIG.
= 100 μm on a straight line. Therefore, for example, in order to reduce the aberration LSA to 0.35 μm or less in this optical system, it is understood from the equation (2) that the effective F number needs to be 6.6 or more. However, when the F number is increased, the diameter of the blur due to diffraction increases. When the radius of the blur due to diffraction is evaluated using the Airy disk radius r 0 , r 0 = 1.22Fλ (3) Here, F is the effective F number, and λ is the wavelength. FIG. 3 is a double logarithmic graph showing the relationship of equation (3) for three types of r 0 . According to this graph, for example,
When r 0 <0.35 μm needs to be satisfied, it can be seen that it is necessary to select a combination of F and λ that satisfies the area below the lowermost straight line. Therefore, in order to obtain the required resolution, the geometrical optical aberration shown in the graph of FIG.
Both the blur due to diffraction shown in the graph of FIG. 3 must be below the allowable amount. For example, in an optical system with K = 100 μm, in order to satisfy the performance of LSA <0.35 μm and r 0 <0.35 μm, F> 6.6 from the graph of FIG.
Therefore, the combination of the effective F number and the wavelength must satisfy the shaded area in the graph of FIG. However, in the optical system of this example, if light in the visible region is used, the influence of diffraction becomes large, and a submicron resolution cannot be obtained. That is, submicron resolution can be achieved for the first time by using light in the soft X-ray region having a short wavelength. As described above, in the optical system of the embodiment, both the geometrical optical aberration and the blur due to diffraction can be reduced to submicron or less in the soft X-ray wavelength region while the number of mirrors is small. FIG. 4 is a schematic diagram in which the reflecting mirror in FIG. 1 is a multilayer reflecting mirror, and important parts are schematically illustrated and emphasized. The reflection reduction projection optical system shown in FIGS. 1 and 4 basically forms a coaxial optical system, and the mirror surfaces of the concave mirrors M1 and M3 are used only on one side. Note that at least one of the concave mirrors M1 and M3 and the convex mirror M2 is removed from the coaxial relationship, and the aberration can be further corrected by slightly tilting the optical axis O in the drawing. FIG. 5 is an explanatory diagram showing an image plane when the reflection reduction projection optical system of FIG. 4 is used. In the figure, y indicates the image height, y max indicates the maximum image height, y min indicates the minimum image height, and y indicates the normal image plane.
The part where min ≦ y ≦ ymax is used. The luminous flux reaching this portion is not substantially blurred, and a uniform light amount distribution with an aperture efficiency of 100% can be obtained. FIG. 5 shows, as an example of the image plane to be used, a rectangular region in which the ratio of the long side to the short side is 2: 1 and the area is maximum. Needless to say, the above-mentioned various aberrations are satisfactorily corrected in this region. When assuming such a rectangular area as a used image plane, the short side of the rectangle is y max −y min , and the long side is Given by The reflecting surfaces of the concave mirrors M1, M3 and the convex mirror M2 in the projection optical system shown in FIG. 4 are provided with a reflection film in order to efficiently reflect X-rays. This reflection film is formed of several tens of layers of multilayer films, and greatly improves the reflectance as compared with the case where no reflection film is provided. This type of multilayer reflective film is a combination of different materials such that the difference in refractive index between adjacent layers is large, for example, a multilayer film composed of a transition metal element having a high melting point and a semiconductor element, and a low melting point metal element. It can be formed from a multilayer film including a semiconductor element or a light metal element, a multilayer film including a white metal element and a semiconductor element, or the like. Specifically, tungsten W and carbon C, tantalum Ta and silicon S
i, gold Au and carbon C, rhenium Re and carbon C, zinc Pb and silicon Si, ruthenium Ru and silicon Si, palladium Pd and silicon Si, rhodium Rh and silicon Si, ruthenium Ru and beryllium Be, ruthenium Ru and boron B, There are combinations of rhodium Rh and boron B, palladium Pd and boron B, etc. Hereinafter, specific examples of the multilayer reflective film will be described. <Multilayer Reflection Film for X-rays with Wavelength of 114.0 °> Example 1-1 If the different materials constituting the multilayer film are a first material and a second material, the first material is Ru and the second material is Si. By setting the film thicknesses to 36.4 ° and 23.5 °, 41 layers were laminated, and a reflectance of 38.6% was obtained at an incident angle of 0 ° (normal incidence).
As a result of laminating C on the uppermost layer of 5 ° as a protective film, a reflectance of 37.9% was obtained at an incident angle of 0 °. Each film thickness is 3
By stacking 41 layers at 9.1 ° and 25.2 °, a reflectance of 40.1% was obtained at an incident angle of 20 °. C as a protective film
Was laminated on the uppermost layer of 5 °, and as a result, a reflectance of 39.4% was obtained at an incident angle of 20 °. Example 1-2 When the first substance is Pd and the second substance is Si, the thickness of each layer is 31.3 ° and 28.0 °, and 41 layers are laminated, a reflectance of 26.1% is obtained at an incident angle of 0 °. Was done. By setting the film thicknesses to 33.3Å and 30.1Å, respectively,
A reflectance of 6.7% was obtained. <Multilayer Reflection Film for X-rays with Wavelength of 112.7 °> Example 1-3 The first material is Ru, the second material is Be, and the film thicknesses are 26.6 ° and 30.6 °, and 41 layers are laminated to form an incident angle. At 0 °, a reflectance of 77.2% was obtained. Incident angle by stacking 41 layers with each film thickness 27.4Å and 33.4Å
A reflectance of 79.9% was obtained at 20 °. <Multilayer Reflection Film for X-rays with a Wavelength of 108.7 °> Example 1-4 The first material is Rh, the second material is Si, and the film thicknesses are 33.4 ° and 23.4 °, respectively. At 0 °, a reflectivity of 33.2% was obtained. Incident angle by stacking 41 layers with each film thickness of 48.2Å and 28.8Å
A reflectance of 38.7% was obtained at 40 °. <Multilayer Reflection Film for X-rays with a Wavelength of 82.1 °> Example 1-5 The first material is Ru, the second material is B, and the film thickness is 20.1 ° and 21.8 °. At an angle of 0 °, a reflectance of 18.0% was obtained. Incident angle by stacking 41 layers with each film thickness 21.3Å and 23.4Å
A reflectance of 21.6% was obtained at 20 °. Example 1-6 The first substance was Rh, the second substance was B, and the respective film thicknesses were 20.0 ° and 21.9 °. By stacking 41 layers, a reflectance of 15.7% was obtained at an incident angle of 0 °. . Each film thickness
Incident angle of 20 by stacking 41 layers at 21.0Å and 23.6Å
With ゜, a reflectance of 18.8% was obtained. Example 1-7 Assuming that the first substance is Pd and the second substance is B, the respective film thicknesses are 19.4 ° and 22.4 °, and by stacking 41 layers, a reflectance of 13.2% is obtained at an incident angle of 0 °. Was. Incident angle by stacking 41 layers with each film thickness 20.6Å and 24.0Å
A reflectance of 15.7% was obtained at 20 °. Although the multilayer reflective film described above is for X-rays having a wavelength of 80 to 120 °, the multilayer reflective film for X-rays in other wavelength ranges is also designed by appropriately selecting a combination of the above-described substances. Obtainable. Further, the first substance and the second substance may not only be composed of a single element, but may be composed of a synthetic substance of a plurality of elements. Hereinafter, numerical examples of the projection optical system shown in FIGS. 1 and 4 will be described. In the projection optical system of the present invention, at least one of the concave mirrors M1 and M3 and the convex mirror M2 is used in order to favorably correct various aberrations.
The number of reflecting mirrors is preferably an aspherical surface, and each of the following numerical examples adopts a configuration including at least one aspherical reflecting mirror. In the following numerical examples, Ki (i = 1, 2, 3) is the aspherical coefficient of the i-th surface counted from the object side, and the aspherical shape can be represented by the following equation. Here, X is the coordinate in the optical axis direction, H is the distance from the optical axis in the vertical direction, and ri (i = 1, 2, 3) represents the paraxial radius of curvature of the i-th surface counted from the object side. Things. Also l 1 , l 2 ,
As described with reference to FIG. 4, d 1 and d 2 are concave mirrors M1 respectively.
To the mask MS, the distance from the reflecting mirror M1 to the wafer WF, the surface distance between the concave mirror M1 and the convex mirror M2, the convex mirror M2 and the concave mirror
Both intervals of M3 are shown. Example 1-8 l 1 = -1288.7mm l 2 = -298.9mm K 1 = -2.26097 K 2 = -0.12295 K 3 = 0.11246 (Performance) MTF at spatial frequency of 1500 lp / mm When wavelength = 0, 85% 13.3 Å 80% Strain curvature = -0.3% Example 1-9 l 1 = -2577.4mm l 2 = -597.9mm K 1 = −2.26097 K 2 = −0.12295 K 3 = 0.11246 (Performance) MTF at spatial frequency 2000 lp / mm When wavelength = 0, 75% 13.3Å 75% Strain curvature = −0.24% Example 1-10 l 1 = -2577.4mm l 2 = -597.9mm K 1 = -2.26097 K 2 = -0.12295 K 3 = 0.11246 (Performance) MTF at spatial frequency 1500 lp / mm = 0 70% 13.3Å 70% 100 Å 60% 200 Å 40% Strain curvature = -0.2% Example 1-11 l 1 = −3000.0mm l 2 = −602.5mm K 1 = -0.94278 K 2 = -0.07146 K 3 = 0.14283 (Performance) MTF at spatial frequency 1500 lp / mm When wavelength = 0, 80% 13.3Å 80% 100 Å 65% 200 Å 45% Strain curvature = 0.00005% or less Example 1-12 l 1 = -4500.0mm l 2 = -903.6mm K 1 = -0.94301 K 2 = -0.08049 K 3 = 0.14261 (Performance) MTF at spatial frequency 2000 lp / mm When wavelength = 0 50% 13.3 Å 50% 100 Å 40% 200 Å 35% Strain curvature = 0.00004% or less Example 1-13 l 1 = −3000.0mm l 2 = −602.7mm K 1 = −0.93900 K 2 = 0. (Spherical surface) K 3 = 0.14403 (Performance) MTF at spatial frequency 1500 lp / mm = 0% 60% 13.3Å 60% 100 Å 55% 200 Å 45% distortion 0.01 μm or less Example 1-14 l 1 = -1431.1mm l 2 = -719.0mm K 1 = -1.72866 K 2 = -1.604 35 K 3 = -0.78100 (Performance) MTF at spatial frequency 1500 lp / mm When wavelength = 0 80% 13.3 Å 75% 100 Å 45% 200 Å 14 % Distortion 0.1 μm Examples 1-15 l 1 = -934.6mm l 2 = -1054.2mm K 1 = -1.82882 K 2 = -1.83789 K 3 = -1.19285 (Performance) MTF at spatial frequency 1500 lp / mm = 0 70% 13.3Å 65% 100 Å 30% 200 Å 0 % Distortion 0.1 μm In Examples 1-8 to 1-10, the concave mirrors M1 and M3 are convex mirrors M.
2 shows the case where they are arranged at the same position at substantially the same distance from each other,
Embodiments 1-8 and 1-10 are designed for manufacturing a 64 Mbit class LSI, and Embodiment 1-9 is designed for manufacturing a 256 Mbit class LSI. The projection optical systems of Examples 1-8 to 1-10 are relatively compact and have high resolution, but tend to have some distortion. In this case, the correction can be performed by producing the mask by giving the mask pattern itself distortion that is opposite to the distortion generated by the projection optical system and that cannot be corrected. Embodiments 1-11 to 1-15 show the case where the concave mirror M3 is arranged between the concave mirror M1 and the convex mirror M2, and in each embodiment, approximately 1/1 / the distance between the concave mirror M1 and the convex mirror M2. A concave mirror M3 is arranged at a position separated by a distance of 2. Example 1-11 and Example 1-12 are 64 Mbit class and 256 Mbit class LSI, respectively.
Designed for manufacturing, it provides a bright optics with almost complete removal of distortion and an effective F-number of 13. In Example 1-13, the convex mirror M2 is a spherical surface, and a 64Mbit class LS
When designed for manufacturing, Example 1-14 has a projection magnification of 1
Example 1-15 shows an example in which the projection magnification is set to 1 and the design is made for the production of a 64 Mbit class LSI. Example 1
-8 to Example 1-13 are all examples in which the reduction magnification is 1/5, and all the examples other than Example 1-13 are three reflecting mirrors (M1, M2, M
This is an example in which 3) is configured with an aspherical surface. The projection optical system described above uses three reflecting mirrors M1, M2, and M3, but the projection optical system applicable to the projection exposure apparatus is not limited to the above embodiments. For example, an optical design may be performed by adding a fourth reflecting mirror of M4. In order to reflect X-rays efficiently, a multilayer reflective film may be used as described above. However, even if a multilayer reflective film is used, an increase in the number of reflecting mirrors inevitably increases the loss of X-rays. Therefore, it is desirable that the number of reflecting mirrors constituting the projection optical system is small. The projection optical system is used not only for the above-described surface projection but also for a system in which a predetermined image height with small aberration is projected through an arc-shaped slit or the like, and a mask and a wafer are simultaneously scanned and sequentially transferred. it can. FIGS. 6A and 6B and FIGS. 7A to 7D are aberration diagrams for the projection optical system of FIG. 1 and the fourth embodiment. 6 (A) and 6 (B), (A) shows astigmatism, (B) shows distortion, and FIGS.
(D) shows the lateral aberration at different object heights. Seventh
In the figure, (A) has a height of 185 mm, and (B) has a height of 160.
mm, (C) shows the case where the object height is 130 mm, and (D) shows the case where the object height is 100 mm. 6 (A) and 6 (B), the ordinate represents the object height, M represents a meridional surface, and S represents a sagittal surface. As can be seen from the aberration diagrams in FIGS. 6 and 7, sufficient aberration correction has been made for this type of projection optical system.
In particular, the distortion in FIG. 6B is almost zero, and the aberration is not shown. Further, aberration correction was achieved over a wide range so as to be sufficiently satisfied as an optical system applicable to a surface projection type exposure apparatus requiring a wide exposure area. Further, the present invention provides an optical system having MTF characteristics sufficient to obtain a submicron order resolution. FIG. 8 is a principle diagram for explaining the reason why the illumination light to the mask MS is non-perpendicularly incident in FIGS. In an exposure apparatus or the like, when a mask pattern is printed on a wafer, it is preferable that the mask pattern is vertically illuminated on the wafer so as to form a so-called telecentric illumination system. In the figure, MM is the reflecting mirrors M1, M2, M3 of FIGS.
Where IP is its entrance pupil position, FF is the front focus position, and PL is the principal ray passing through the center of the mask MS and passing through the front focus FF. In order for the pattern of the mask MS to be vertically (or almost vertically) incident on the wafer WF, the mask MS
Must pass through the front focus FF from the center of
The surrounding light must also pass through the entrance pupil. Therefore, when the obliquely incident (non-perpendicularly incident) light L is applied to the mask MS as shown in the drawing, most of the light can be incident perpendicularly and / or almost perpendicularly on the mask WF. This is a preferable configuration in a system that uses one side of the reflection optical system that is symmetric with respect to the optical axis. This principle can be used for telescopes and microscopes. Second Embodiment FIG. 9 is a schematic diagram showing an X-ray reflection reduction type projection optical system used in an exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention. When the optical system shown in FIGS. 1 and 4 is used, when a wafer stage (not shown) is moved to print a plurality of shots on the entire stepwise of the wafer WF, the light flux incident on the reflecting mirror M1 from the mask MS is blocked. There is a risk. Ninth
The optical system shown in the figure solves this problem by using the reflecting mirror M0 shown in FIG.
The movement range of the wafer WF is free from the influence of the optical system. In order to illuminate the wafer WF with incident light, the reflecting mirror M0 is not limited to the 45-degree slant as shown in FIG. 9 but may be installed at another angle. Examples of a multilayer film suitable for the reflector M0 are shown below. <Multilayer Reflection Film for X-rays with Wavelength of 114.0 °> Example 2-1 The first material is Ru, the second material is Si, and the respective film thicknesses are 55.4 ° and 34.3 °, and the incident angle is obtained by stacking 41 layers. At 45 °, a reflectivity of 43.8% was obtained. Example 2-2 Assuming that the first material is Pd and the second material is Si, the respective film thicknesses are 44.5 ° and 42.3 °, and 41 layers are laminated to obtain a reflectance of 29.1% at an incident angle of 45 °. Was. <Multilayer Reflection Film for X-Ray with Wavelength of 112.7 °> Example 2-3 The first material is Ru, the second material is Be, and the film thicknesses are 30.2 ° and 49.7 °, respectively, and 41 layers are laminated to form an incident angle. At 45 °, a reflectance of 85.3% was obtained. <Multilayer Reflection Film for X-rays with a Wavelength of 108.7 °> Example 2-4 The first material is Rh, the second material is Si, and the film thicknesses are 52.7 ° and 31.9 °, respectively. At 45 °, a reflectance of 39.5% was obtained. <Multilayer Reflection Film for X-rays with a Wavelength of 82.1 °> Example 2-5 The first material is Ru, the second material is B, and the film thicknesses are 27.6 ° and 32.8 °, respectively, and 41 layers are laminated to form an incident angle. At 45 °, a reflectivity of 41.8% was obtained. Example 2-6 Assuming that the first material is Ru and the second material is B, the thickness of each material is 26.7 ° and 33.5 °, and 41 layers are laminated to obtain a reflectance of 36.6% at an incident angle of 45 °. Was. Example 2-7 Assuming that the first substance is Pd and the second substance is B, the film thicknesses of the respective substances are 25.9 ° and 34.2 °, and 41 layers are laminated to obtain a reflectance of 30.2% at an incident angle of 45 °. Was. Third Embodiment FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration of an X-ray reflection reduction type projection optical system used in an exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention. The optical system in FIG. 9 is an example of a type in which exposure light is transmitted through the mask MS, whereas the optical system in FIG. 10 uses the mask as a reflection type. This embodiment matches the principle of FIG. 6 well and is preferable. This is because, when the reflection type mask MS is used, the image of the circuit pattern of the mask can be efficiently sent to the side of the reflecting mirror M1 when the irradiation light to the mask MS is incident non-perpendicularly. In the case of a reflective mask, the forced cooling means
It is preferable that an electronic cooling mechanism such as a CO, for example, a water cooling mechanism or a Peltier element can be attached. Furthermore, it is preferable to attach such forced cooling means C1, C2, etc. to the reflecting mirrors M1, M2, etc., because they do not thermally expand. In this case, if it is attached to at least the first few reflecting mirrors, it may not be necessary for subsequent reflecting mirrors. This is because the first few sheets may be at the highest temperature. Of course, it may be attached to all reflecting mirrors. Note that the advantage of non-perpendicular incidence shown using this reflective mask also applies to the example of the optical system shown in FIGS. 11, 12, and 13 below. Fourth Embodiment FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of an X-ray reflection reduction type projection optical system used in an exposure apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In this optical system, the X-ray beam SR from the SOR light source
Is reflected by the reflector MTR and is incident non-perpendicularly on the mask MS. The reflector MTR is a mask MS
In order to scan the circuit pattern surface, a wide exposure area is secured. This reflector MT
As R, a glancing type, a multi-layer type, or the like can be used.
Also in this embodiment, it is preferable to attach forced cooling means to the reflecting mirrors M0 and M1. Further, the X-ray guide tube from the SOR light source usually extends in the tangential direction of the ring, and the tube can be shared by an apparatus having a long distance from the mask MS to the reflecting mirror M1 as in this embodiment. The device does not become large. Fifth Embodiment FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration of an X-ray reflection reduction projection optical system used in an exposure apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. In this optical system, the X-ray beam is scanned in the vertical direction inside the SOR light source, and the mask MS is set at a predetermined angle inclined from the vertical direction so as to be also non-perpendicular. Sixth Embodiment FIG. 13 is a schematic diagram showing a configuration of an X-ray reflection reduction type projection optical system used in an exposure apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. In this optical system, the mask MS and the wafer WF are arranged vertically and in parallel, and the illumination light is not cut off. This is suitable for printing a plurality of shots by moving the wafer to step noise. Seventh Embodiment FIG. 14 is a configuration diagram of an exposure apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. In this exposure apparatus, the mask MS is disposed vertically, the wafer WF is mounted on a horizontal stage so as to be suitable for the SOR light source, and the optical system is the reflection system shown in FIGS. 9, 11, and 12 described above. Optical systems may be used. In the figure, reference numeral 1 denotes a mask stage for supporting a mask MS, which can be moved in a two-dimensional direction by a driving device (not shown). Two
Reference numerals A, 2B, and 2C denote alignment marks provided on the mask stage 1, which are formed at three different points on the mask stage 1 as shown in the present embodiment, and are used for detecting the orthogonality with the wafer and / or the wafer stage. used. Reference numeral 3 denotes a light guide member through which X-rays pass, which directs X-rays emitted from an X-ray source (not shown) and transmitted through the mask MS to a projection optical system described later. Reference numeral 4 denotes a lens barrel that houses a projection optical system including a plurality of reflecting mirrors, and is connected to the light guide member 3.
Reference numerals 10, 11 and 12 denote first, second and third stage alignment scopes, respectively, which have a function of observing the above-described alignment marks 2A, 2B and 2C and the alignment marks 6A, 6B and 6C on the member 50, respectively. . Reference numerals 20 and 21 denote first and second mask / wafer alignment scopes, respectively. The positions of the corresponding alignment marks on the side of the mask MS and the wafer WF are observed through a projection optical system to thereby align the mask MS and the wafer WF. Perform alignment. M0, M1, M2, and M3 are the above-mentioned multilayer film reflecting mirrors. In particular, M1, M2, and M3 constitute a reduction projection optical system, and the reflecting mirror M0
Is a bending mirror for directing the X-rays that have entered the interior of the lens barrel 4 through the light guide member 3 to the reflecting mirror M1 at a predetermined angle. Since only one half of the reflecting mirror M1 is used with respect to the optical axis O as shown in FIGS.
It is better to keep it for the relation of jigs when processing the multilayer film and to promote heat radiation. Alternatively, the entire circular mirror surface may be subjected to multi-layer processing to use only half. The reflecting mirror M3 has a hole h1 for X-ray passage at an eccentric position. The hole h1 is provided before processing the multilayer film, and performs the processing of the multilayer film in a state of being filled, and removes the filling after completion. In this way, the distortion generated at the time of drilling can be eliminated. The reflecting mirror M2 is fixed to a support plate SS having a hole h2. Next, reference numerals 50, 51, and 52 denote stage constituent members constituting a wafer stage. The constituent member 50 has a wafer chuck for supporting and fixing the wafer WF, and has a stage alignment mark 6A, 6B used for alignment on its upper surface. , 6C are provided. The constituent member 51 has the constituent member 50 mounted thereon, and is movable on the constituent member 52 in the X direction as indicated by the arrow in the figure. The constituent member 52 is movable in the Y direction as shown by the arrow in the figure, and the constituent members 51 and 52 constitute a so-called XY stage. 70 and 71 are driving devices for moving the constituent members 51 and 52 in the X direction and the Y direction, respectively.
It consists of a step motor and the like. The component member 50 is rotatable in the θ direction by a driving device (not shown). The component member 50 is moved up and down by piezoelectric elements P1, P2, and P3 arranged on the lower surface as shown in FIG. Reference numerals 90, 91 and 92 denote stage control length measuring devices which can measure the position or the amount of movement of the wafer displaced in the X and Y directions with high accuracy. As the stage control length measuring devices 90, 91, and 92, interferometer type length measuring devices and the like that can perform length measurement optically without contact are preferable. The projection exposure apparatus shown in FIG. 14 is an apparatus that exposes the wafer WF by surface projection by forming a reduced image of the pattern image of the mask MS by the reflecting mirrors M1, M2, and M3. The wafer is formed by the so-called step-and-repeat method. Baking is performed for each chip or for multiple chips separated by a scribe line on the WF. The mask MS is supported by a mask holder (not shown) on the mask stage 1, and the wafer WF is attracted to a wafer chuck (not shown) and fixed to the wafer stage. After the alignment of the wafer WF and the mask MS, which will be described later, is completed, exposure as described below is performed. X-rays emitted from an X-ray source (not shown) illuminate the mask MS, and the circuit pattern of the mask MS includes a light guide member 3, a reflecting mirror M0,
Then, an image is formed on a predetermined area on the wafer WF via a reduction projection optical system including the reflecting mirrors M1, M2, and M3. That is, according to the present apparatus, information on the circuit pattern of the mask MS is transmitted to the wafer WF in the form of an X-ray intensity distribution, and the circuit pattern is transferred to a photoconductor (resist) for X-ray applied on the wafer WF. Is formed. The X-rays to be used can be in any wavelength range according to the characteristics of the photoreceptor and the projection optical system. However, if an X-ray source that emits X-rays in the desired wavelength range cannot be obtained, BN (boron / The mask MS may be illuminated via an X-ray filter having a predetermined absorption characteristic such as a nitroid. After the printing of one chip or a plurality of chips is completed in one shot, the wafer stage is moved (stepped) by the driving devices 70 and 71 to feed an area including the chips or the plurality of chips adjacent to the effective printing range of the projection optical system. After the mask MS and the chip to be printed on the wafer WF are again aligned, the chip is printed by X-rays (repeat). This operation is performed on a plurality of chips on the wafer WF in a predetermined order, and all the plurality of chips separated by the scribe line on the wafer WF are exposed by a large number of shots. The exposed wafer WF is automatically replaced with an unexposed wafer WF, and the above-described exposure process is performed again. An example of an alignment procedure in the present embodiment will be described below. In FIG. 14, the driving members 70, 71
By moving the wafer stage composed of 1,52, the alignment marks 6A, 6B, 6C on the component member 50 are moved to the stage alignment scope through the projection optical system composed of the reflecting mirrors M1, M2, M3.
Position so that observation is possible sequentially with 10, 11, and 12. That is, first, the semiconductor laser head LZ mounted on the lower surface of the support plate SS is driven and turned on. Next, the stage is moved so that the alignment mark 6A on the wafer stage comes to a position facing the hole h2. Next, focus detection is performed by the alignment scope 12 using the alignment mark 2A of the mask stage 1 and the alignment mark 6A of the wafer stage. At this time, the wafer stage is moved up and down for focusing by the piezoelectric element P1. Similarly, the marks 6B and 6C sequentially face the hole h2, focus detection is performed by the marks 2B and 2C and the scopes 11 and 10, the piezoelectric elements P2 and P3 are sequentially operated, and the wafer stage moves up and down. Thus, three marks 2A, 2B, 2C and three marks 6A, 6B, 6C
Is set at the in-focus position, so that the orthogonality between the mask stage and the wafer stage is accurately secured. Immediately after each focus detection of each point, the shift amounts in the X and Y directions are sequentially measured and stored using the marks 2A, 2B and 2C and the marks 6A, 6B and 6C. At this time, the correction driving can be performed using the motors 70 and 71. Since the distance between the mask MS and the wafer WF is long in the apparatus of the present embodiment, the orthogonality correction between the mask MS and the wafer WF is useful. Also, in the case of the optical system shown in FIGS. 1, 4, 8, and 13, the parallelism between the mask MS and the wafer WF can be similarly corrected. In addition, by detecting the alignment marks 6A, 6B, and 6C of the wafer stage with the illumination light that has traveled backward through the reduction optical system in this way, for example, when the reduction ratio is 1/5, the detection can be performed by magnifying five times. preferable. Information about the alignment from the alignment scope 10, 11, 12 can be obtained visually or photoelectrically,
Various known methods may be used. Now, of the exposure areas on the wafer WF held on the component member 50, the areas exposed by the first one shot, for example, the positions of the areas of one chip separated by orthogonal scribe lines and the alignment marks 6A, By determining the positional relationship with 6B and 6C in advance, after the above-described stage alignment is completed, the wafer stage composed of the constituent members 50, 51, and 52 is moved based on the positional relationship, and the first one shot on the wafer WF is shot. The region can be sent to the vicinity of the image forming position of the mask MS by the projection optical system. A predetermined pair of alignment marks WM are provided around the area to be exposed in the first one shot on the wafer WF, that is, on the scribe line,
The alignment marks and the alignment marks (not shown) formed on the mask MS are visually or photoelectrically observed through the mask / wafer alignment scopes 20 and 21 to perform more accurate alignment. Further, the wavelength of the semiconductor laser head LZ as a light source for the above-described alignment is, for example, 780 nm to 850 nm,
For example, the long wavelength side is 1 to 2 digits with respect to the wavelength 100 Å of the X-ray for exposure, and the reflecting surface of the multilayer film reflecting mirror can reflect the laser beam extremely well as a simple metallic gloss layer. Further, the alignment mark on the wafer WF or the wafer stage is reflected in the order of the reflecting mirrors M3, M2, and M1 and proceeds toward the mask MS.
It can be observed at double magnification. At this time, for example, even if two types of semiconductor laser wavelengths, for example, 780 nm and 850 nm, are used for two types of resists, the reflecting mirror has essentially no wavelength dependency on the wavelength of this order, so it is always used. This is preferable because a high degree of alignment accuracy can be maintained. After the above alignment is completed, the above-described exposure process is started. If the positional relationship and the order of exposure between the region exposed in the first shot and each region sequentially exposed by step and repeat are given to a control device (not shown), The exposure area subsequent to the area to be exposed can always be sent to an accurate position by stepping (moving) the wafer stage with high precision through the control device. It is not necessary to perform alignment between the wafer and the wafer WF. In particular, in order to improve the throughput, the alignment is performed only for the first shot described above, and the remaining shots are set on the stage, compared to the method of aligning the mask MS and the wafer WF for each shot (die-by-die alignment). It is more preferable to use a method in which the exposure area is accurately sent by the mechanical accuracy of the above. The projection exposure apparatus shown in FIG. 14 is used in a vacuum state in order to perform exposure using X-rays. For example, the inside of the apparatus is evacuated by an evacuation unit (not shown) such as a vacuum pump, and exposure is performed in a vacuum state of about 10 −6 Torr. It is desirable that the degree of vacuum inside the apparatus is higher. In the present projection exposure apparatus, exposure is performed in a high vacuum to ultra-high vacuum state. At this time, the above-described reflector cooling means is useful. Also, instead of vacuuming the inside of the device,
Replace the atmosphere consisting of N 2 and O 2 with light elements such as H and He,
Exposure may be performed by filling a light element into the inside of the apparatus.
For example, the front side of the mask MS (X-ray irradiation side), the back side of the mask MS (in the lens barrel 3), and the upper surface of the wafer WF are all filled with He and flow at a constant speed in FIG. Then, these light elements have substantially zero absorption of X-rays and have better heat absorption than vacuum, so that the mask MS and the reflecting mirror are not distorted by heat. Exposure by such a method results in beryllium
The number of X-ray transmission windows made of Be is also minimized, and attenuation can be minimized, so that X-rays can be used effectively. On the other hand, for example, if the upper part of the mask is a He chamber, the lower lens barrel 3 is a vacuum chamber, and the upper part of the wafer is an atmospheric chamber, a Be window is required at each boundary, and X-ray attenuation is increased. He is safer because H burns easily. Even when the mirror is filled with He, the aforementioned forced cooling means may be added to the mirror. Also, when the wavelength of X-rays used for exposure is large, the effect on the human body and the like is small due to the large absorption of various substances. Absent. On the other hand, if the wavelength of X-rays becomes shorter, the absorption of various substances becomes smaller. Therefore, it is preferable to provide an X-ray shield depending on the wavelength of X-rays to be used. As described above, according to the projection exposure apparatus as shown in FIG. 14, since the pattern of the mask illuminated by the X-rays is imaged on the wafer through the projection optical system and the exposure is performed, the reduction magnification is set as the projection optical system. By using what you have,
The precision with respect to the pattern of the mask is eased as compared with the conventional proximity method, and the manufacture of the mask is facilitated. Further, it goes without saying that the resolution can be improved by performing the reduced projection. Further, the degree of freedom of the X-ray source that can be used is increased, and the apparatus has high versatility. Further, accurate gap measurement and interval adjustment between the mask and the wafer required by the proximity method are not required. As described above, two types of X-ray masks, a reflection type and a transmission type, can be used as the mask used in the present invention. The transmission type X-ray mask includes an X-ray absorber and a mask substrate that supports the X-ray absorber, and the mask substrate is patterned by the X-ray absorber. As a material of the X-ray absorber, Au, Ta, W, or the like, which has a high X-ray absorption rate and is easy to process, can be used. On the other hand, as a material of the mask substrate, an organic polymer or an inorganic substance can be used. Examples of the organic polymer include polyimide, mylar, and Kapton, and examples of the inorganic substance include Si, SiC, Si 3 N 4 , Ti, and BN in which B is diffused. Also, a SiN substrate, a composite substrate of polyimide and BN, and the like can be used. The reflection type X-ray mask is a mask in which a pattern is drawn using a material having a high reflectance on a mask substrate having a low reflectance, and for example, a thick mask made of a material having a low electron density (light element material) such as Si. It is possible to use a mask in which a pattern is drawn on a substrate with a substance having a high electron density (heavy element substance) such as Au, or a multilayer reflective film made of Ti and Ni is patterned on a mask substrate. The mask MS used in the present invention must be appropriately selected according to the wavelength of the X-ray used. For example, for X-rays having a wavelength of about several degrees to several tens of degrees, the mask material described above can be selected. For X-rays having a relatively long wavelength of several tens to several hundreds of degrees, the above-described mask material can be used. Is not preferred because absorption is too large. This several tens to several hundreds of X
As the line mask, it is preferable to form a mask by making holes in the X-ray absorbing member or reflecting member according to the circuit pattern. Further, as the X-ray source used in the present invention, a so-called electron beam-excited X-ray source that irradiates a solid metal with an electron beam to generate X-rays, a laser plasma, a rare gas plasma, Source using surface discharge plasma, SO
A radiation source using synchrotron radiation represented by R (Synchrotron Orbital Radiation) is used. Further, a photoreceptor for X-rays used for exposure, that is, a resist is made of various materials from high-sensitivity to relatively low-sensitivity, depending on the energy density of X-rays for exposure which differs depending on the X-ray source used. You can choose. For example, negative-type X-ray resist materials include polyglycidyl methacrylate-CO-ethyl acrylate (COP), polyglycidyl methacrylate maleic acid adduct (SEL-N), polydiaryl orthophthalate, epoxidized polybutadiene, and polystyrene TTF. There are metal-containing salt resist materials, halogen-containing polyvinyl ether resist materials, and halogen-containing polyacrylate resist materials. Positive X-ray resist materials include polymethyl methacrylate (PM
MA), polyhexafluorobutyl methacrylate, polytetrafluoropropyl methacrylate, polymethacrylonitrile, poly (MMA-CO-trichloroethyl methacrylate), polybutene-1-sulfone, metal-containing salt resist material, polytrichloroethyl methacrylate,
Examples include polymethyl methacrylate-CO-dimethylmethylene malonate (PMMA-CO-DMM), a copolymer of n-hexylaldehyde and n-butyraldehyde, and polychloroacetaldehyde. [Effect of the Invention] As described above, according to the present invention, the means for forcibly cooling the reflection type X-ray mask having a large absorption of the irradiation X-rays is provided on the back surface side of the mask, whereby the mask pattern is effectively deformed. Therefore, the exposure and transfer can be performed efficiently and with high resolution.

【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明の第1実施例に係る露光装置に用い得
るX線反射投影縮小光学系の構成を示す概略図、 第2および3図は、第1図の光学系の原理を説明するた
めのグラフ、 第4図は、第1図の光学系において多層膜反射鏡を用
い、また重要部を模式化して強調した例を示す模式図、 第5図は、第4図の光学系における像面を説明する説明
図、 第6図(A),(B)は、第1図の光学系の非点収差と
歪曲収差の一例を示すグラフ、 第7図(A)〜(D)は、第1図の光学系における異な
る物高における横収差の一例を示すグラフ、 第8図は、第1,4図のマスクに対して照明光が非垂直入
射する理由を説明する説明図、 第9図は、ウエハをステップワイズに移動させて複数シ
ョット焼き付けるのに好適な本発明の第2実施例に係る
反射型光学系の構成を示す模式図、 第10図は、第9図の光学系の透過型マスクを反射型マス
クとして本発明の第3の実施例における光学系の構成を
示す模式図、 第11図は、SOR光源からの水平X線光束を反射鏡により
全反射および走査するようにした本発明の第4実施例に
係る光学系の構成を示す模式図、 第12図は、マスクを垂直から少し傾けて設置するように
した本発明の第5実施例に係る光学系の構成を示す模式
図、 第13図は、マスクとウエハを垂直かつ相互に平行に配置
してウエハをステップワイズに移動させて複数ショット
焼き付けるのに好適な本発明の第6実施例における光学
系の構成を示す模式図、 第14図は、第9,11,12図のような光学系を用いた本発明
の第7実施例に係る反射縮小投影型X線露光装置の構成
を示す構成図、そして 第15図は、第14図の装置のウエハステージの一部拡大断
面図である。 MS:マスク、M0′, M0〜M3,MTR:反射鏡、 R1〜R3:多層反射膜、 WF:ウエハ、 FF:前側焦点位置、 IP:入射瞳位置、 PL:主光線、 MM:複数反射鏡を総括的に表わしたもの、 O,O′,O″,O:光軸、 C0,C1,C2:冷却手段、 L:光束、 SR:SOR光源からのX線光束、 1:マスクステージ、 2A,2B,2C,6A,6B,6C:アライメントマーク、 3:導光部材、 4:鏡筒、 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、 50,51,52:ステージ構成部材、 70,71:駆動装置、 P1〜P3:圧電素子、 90〜92:ステージ制御用測長器、 h1,h2:穴、 WM:アライメントマーク、 LZ:レーザヘッド。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an X-ray reflection projection reduction optical system that can be used in an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are FIG. 4 is a graph for explaining the principle of the optical system of FIG. 4, FIG. 4 is a schematic diagram showing an example in which a multilayer film reflecting mirror is used in the optical system of FIG. , FIG. 4 is an explanatory view for explaining the image plane in the optical system of FIG. 4, FIGS. 6A and 6B are graphs showing examples of astigmatism and distortion of the optical system of FIG. 1, FIG. (A) to (D) are graphs showing examples of lateral aberrations at different object heights in the optical system of FIG. 1, and FIG. 8 is a diagram showing illumination light non-perpendicularly incident on the masks of FIGS. FIG. 9 is an explanatory view for explaining the reason, and FIG. 9 shows a second embodiment of the present invention suitable for moving a wafer stepwise and baking plural shots. FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration of a reflection type optical system according to an embodiment, and FIG. 10 shows a configuration of an optical system in a third example of the present invention using the transmission type mask of the optical system of FIG. 9 as a reflection type mask. Schematic diagram, FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of an optical system according to a fourth embodiment of the present invention in which a horizontal X-ray light flux from a SOR light source is totally reflected and scanned by a reflecting mirror, and FIG. 12 is FIG. 13 is a schematic diagram showing the structure of an optical system according to a fifth embodiment of the present invention in which the mask is installed at a slight inclination from the vertical, and FIG. 13 shows a wafer in which the mask and the wafer are vertically and parallel to each other. FIG. 14 is a schematic diagram showing the configuration of an optical system in a sixth embodiment of the present invention, which is suitable for moving stepwise and baking a plurality of shots. FIG. 14 uses the optical system as shown in FIGS. The configuration showing the configuration of the reflection reduction projection type X-ray exposure apparatus according to the seventh embodiment of the present invention And FIG. 15 is a partially enlarged cross-sectional view of the wafer stage of the apparatus of Figure 14. MS: Mask, M0 ′, M0 to M3, MTR: Reflector, R1 to R3: Multilayer reflective film, WF: Wafer, FF: Front focus position, IP: Entrance pupil position, PL: Chief ray, MM: Multiple reflectors O, O ′, O ″, O: Optical axis, C0, C1, C2: Cooling means, L: Light flux, SR: X-ray light flux from SOR light source, 1: Mask stage, 2A , 2B, 2C, 6A, 6B, 6C: Alignment mark, 3: Light guide member, 4: Lens barrel, 10,11, 12: Stage alignment scope, 20,21: Mask / wafer alignment scope, 50, 51, 52 : Stage components, 70,71: Drive unit, P1 to P3: Piezoelectric element, 90 to 92: Stage control length measuring machine, h1, h2: Hole, WM: Alignment mark, LZ: Laser head.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 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 (72)発明者 福田 惠明 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 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 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 (56)参考文献 特開 昭62−9632(JP,A) 特開 昭58−191433(JP,A) 特開 昭61−189637(JP,A) 特開 昭60−201315(JP,A) Extended Abstract s of the 18th (1986 I nternational) Conf erence on Solid St ate Devices and Ma terials,Tokyo,1986,P P.17−20   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Shigetaro Ogura               3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo               Inside Canon Inc. (72) Inventor Takuo Kariya               3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo               Inside Canon Inc. (72) Inventor Keimei Fukuda               3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo               Inside Canon Inc. (72) Inventor Yasuo Kawai               3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo               Inside Canon Inc. (72) Inventor Setsuo Minami               3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo               Inside Canon Inc.                (56) References JP-A-62-9632 (JP, A)                 JP-A-58-191433 (JP, A)                 JP-A-61-189637 (JP, A)                 JP 60-201315 (JP, A)                 Extended Abstract               s of the 18th (1986 I               international) Conf               erence on Solid St               ate Devices and Ma               terials, Tokyo, 1986, P               P. 17−20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.表面にマスクパターンを備えた反射型X線マスクを
保持するマスクステージと、 ウエハを保持するウエハステージと、 該反射型X線マスクを強制冷却するための、該反射型マ
スクの裏面に設けた強制冷却手段と、 複数枚のX線反射鏡を含み、X線領域の電磁波で照明さ
れた上記マスクのパターンを上記ウエハ上に縮小投影す
るX線縮小投影光学系と、 を有することを特徴とする露光装置。 2.前記複数枚のX線反射鏡のうち少なくとも1枚は非
球面反射鏡である特許請求の範囲第1項記載の露光装
置。 3.前記複数枚のX線反射鏡のうち少なくとも1枚に強
制冷却手段が備えられている特許請求の範囲第1項記載
の露光装置。 4.前記複数枚のX線反射鏡のうち少なくとも2枚の間
にヘリウムが流される特許請求の範囲第1項記載の露光
装置。 5.前記強制冷却手段は、水冷機構又は電子冷却機構を
有する特許請求の範囲第1項記載の露光装置。
(57) [Claims] A mask stage for holding a reflective X-ray mask having a mask pattern on the front surface, a wafer stage for holding a wafer, and a force provided on the back surface of the reflective mask for forcibly cooling the reflective X-ray mask. A cooling means, and an X-ray reduction projection optical system including a plurality of X-ray reflecting mirrors for reducing and projecting the pattern of the mask illuminated by electromagnetic waves in the X-ray region onto the wafer. Exposure equipment. 2. The exposure apparatus according to claim 1, wherein at least one of the plurality of X-ray reflecting mirrors is an aspherical reflecting mirror. 3. The exposure apparatus according to claim 1, wherein at least one of the plurality of X-ray reflecting mirrors is provided with a forced cooling unit. 4. The exposure apparatus according to claim 1, wherein helium is caused to flow between at least two of the plurality of X-ray reflecting mirrors. 5. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the forced cooling unit has a water cooling mechanism or an electronic cooling mechanism.
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