JP3055232B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ウェーハ上に微細パタ
ーンを転写する投影露光装置に関し、特にX線領域ある
いは真空紫外領域のビームを用いた、解像力の高い微細
パターン転写方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】マスク上に描かれた半導体素子等の回路
パターンをウェーハ上に転写する投影露光装置には、解
像力が高く微細なパターンの転写が可能な性能が要求さ
れる。一般に、投影レンズの開口数(NA)が大きいほ
ど、あるいは露光光の波長が短いほど解像力は向上す
る。ここで、NAを大きくする方法はパターン転写時に
焦点深度の低下をもたらすので、その大きさには限界が
ある。そこで、X線等の短波長のビームを用いて解像力
を向上させる検討が盛んに行なわれてきた。しかし、波
長が短いほどビームは吸収されやすくなるので、水銀ラ
ンプを光源とするような従来の露光装置のように透過型
レンズによる結像光学系を実現することは難しい。そこ
で、反射型結像光学系を用いる方法が提案されてきた。
【0003】X線を用いることを前提とした従来の反射
型結像光学系は、特開昭63−18626号公報や特開
昭63−312638号公報に示されている。上記の従
来例は、マスクパターンをウェーハ上に転写する結像光
学系の構成について開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例は、X線を
集光させてパターンを結像する反射型結像光学系の詳細
な構成を示しており、また装置構成上X線をほぼ90°
折り曲げる反射鏡も必要であることを示唆している。し
かし、X線源から発するX線は特定の面に沿って振動す
る電場の成分が強く現われること、および、この強い電
場の振動面とX線を90°折り曲げる前記反射鏡とを特
定の位置関係に保たないとX線がウェーハ上に効率良く
到達できないという点については考慮されていない。従
って、本発明の目的は、X線源から発するX線の電場の
振動面を考慮した反射型結像光学系を構成して、X線利
用効率の高い微細パターン転写方法およびその装置を提
供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は、露光用ビー
ムが上記90°折り曲げ用反射鏡で反射されるときの入
射ビームと反射ビームとを含む面(以後入射面と称す)
と、該ビームの電場の振動面(以後偏光面と称す)とが
平行になることを避け、むしろ直交するように露光シス
テムを構成することにより達成される。
【0006】
【作用】入射角を約45°としてX線をほぼ90°折り
曲げる反射鏡は、反射型結像光学系を用いて第1の基板
上のパターンを第2の基板上に転写する際に、第1の基
板あるいは第2の基板が結像光学系の光路をさえぎらな
いようにするために必要である。露光用ビームがX線領
域あるいは真空紫外領域なので、反射鏡は多層膜鏡であ
る。入射角が45°の場合、多層膜鏡の入射面と前記X
線領域のビームの偏光面とが平行なときは反射率は極め
て小さいものの、両者の面が直行しているときは実用的
な反射率が得られる。したがって、パターン転写に寄与
するビームが45°の入射角で反射鏡に入射する際に、
ビームの偏光面あるいは最も強い電場の振動面を入射面
と直交するように構成することにより、反射鏡で最大の
反射率が得られ、ビーム利用効率の高いパターン転写が
行なわれる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例について述べる。図1
は、X線源1として電子蓄積リングを用い、そこから放
射されるX線(シンクロトロン放射光)を露光光として
用いる本発明の微細パターン転写装置を示す図である。
X線源1から放射されたX線は、照明光学系として作用
する楕円面鏡2で反射して、第1の基板であるマスク3
を照明する。楕円面鏡2はトロイダル面鏡でもよい。マ
スク3からの反射光は、凹面鏡6、凸面鏡7、凹面鏡8
および平面鏡9から構成される反射型結像光学系10を
通して第2の基板であるウェーハ11に到達する。その
結果、マスク3上の照明された領域に描かれているパタ
ーンがウェーハ11上に転写される。マスク3上の照明
領域が狭い場合は、マスク3を搭載したステージ4とウ
ェーハ11を載置したウェーハ載置台12を反射型結像
光学系10の縮小倍率にあわせて同期走査させることに
より、マスク3上のパターンを全てウェーハ11上に転
写できる。
【0008】ウェーハ載置台12はウェーハ11の面と
直角方向に移動できるzステージ15上に固定され、z
ステージ15はウェーハ11の面方向に移動可能なxy
ステージ16上に搭載されている。ウェーハ11の載置
位置誤差は裏面に形成されているマークを検出光学系2
0を介して位置検出器21で検出され、その検出結果は
制御系22に送られる。一方、ウェーハ11の移動位置
の計測は、レーザ測長器13でステージ15上に固定さ
れたミラー14の位置を測定することにより行なわれ、
その結果は常に制御系22に送られる。制御系22は、
マスク駆動手段5、zステージ駆動手段17およびxy
ステージ駆動手段18を制御することにより、マスク3
とウェーハ11を所望の位置関係に保つ。
【0009】ここで、反射面は全てMo(モリブデン)
とSi(シリコン)とを交互に積層させた多層膜構造体
とし、波長14nmのX線に対して、40%以上の反射
率が得られるようにした。また、凹面鏡6、凸面鏡7、
凹面鏡8の面は、いずれも一つの中心軸のまわりに回転
軸対称に配置された面、あるいはその一部を切り出した
面とした。図2は、図1に示した微細パターン転写装置
のうち、凹面鏡6、凸面鏡7、凹面鏡8による結像関係
のみを示す部分を抽出して示した図である。反射鏡9は
x線の進行方向を変えるだけで結像性能を支配するもの
ではないので、図2では省略している。ここで、各光学
素子の間の距離は光学系の中心軸上の距離で表わすこと
とする。図2に示すように、マスク3に相当する物体面
300と凹面鏡6との間の距離をt1、凹面鏡6から凸
面鏡7までの距離をt2、凸面鏡7から凹面鏡8までの
距離をt3、凹面鏡8からウェーハ11の表面に相当す
る像面110までの距離をt4とし、凹面鏡6、凸面鏡
7、凹面鏡8の面頂点の曲率半径をそれぞれr1、r2
3、さらにそれぞれの面の非球面量を表わす円錐定数
をc1、c2、c3とすると、本実施例では上記パラメー
タの値を以下のように選んだ。
【0010】 t1=1000.0mm, t2=-149.863mm, t3=7
0.003mm t4=-120.951mm r1=-393.970mm, r2=108.6567mm, r3=-
149.640mm c1=-0.94301 , c2=-0.09193 , c3
0.14273 図2に示す系だけでは、像面110に沿って移動位置決
めされるウェーハ11が物体面300と凹面鏡6との間
の光路をさえぎる可能性があるので、実際には図1に示
すように平面鏡9を挿入してウェーハ11の移動方向を
xy面内にしている。
【0011】平面鏡の挿入位置は必ずしも図1に示す場
所に限られることはない。例えば、マスク3と反射鏡6
との間でもよい。
【0012】ここで、露光光として用いるシンクロトロ
ン放射光は、図3に示すように一点101から水平面内
の拡がり角φ1および鉛直面内の拡がり角φ2を有するX
線として矢印23で示す向きに放射される。実際、X線
の鉛直面内の拡がり角φ2は1mrad程度で、数十m
radの拡がり角φ1に比べては充分小さいから、X線
は水平面内に設定したz軸に沿って進む。このX線の電
場は水平面内(xz面内)に振動する成分24が鉛直面
内(yz面内)に振動する成分25に比べて一桁以上大
きいから、実質上X線はその電場の振動面が水平面内で
ある偏光としてとみなせる。
【0013】上記の偏光面を有するX線が図1に示す経
路を経て多層膜からなる平面鏡9で折り曲げられてパタ
ーン像29を形成する部分を図4に示す。X線束の主光
線26は、平面鏡9に入射する直前に電場のベクトル2
7、28を有している。ここで、本発明の実施例で用い
たようなX線の多層膜鏡における反射特性は図5で示さ
れることがわかっている。すなわち、電場のベクトルが
入射面と直交する偏光の反射率は曲線30に示すように
単調に変化するのに対し、電場のベクトルが入射面内に
ある偏光の反射率は入射角45°付近で激減する。した
がって、図4においてベクトル27で表わされる成分は
ほとんど反射せず、ベクトル28で表わされる成分のみ
が反射する。本実施例では、パターン転写用のX線は、
楕円面鏡2には80°以上の入射角で入射し、マスク3
や反射鏡6、7、8に対しては10°以下の入射角で入
射するので、図5に示す反射特性から、反射鏡9に入射
するX線26の偏光面は光源101から発するX線とほ
とんど同一であることがわかる。すなわち、図4におい
てベクトル28で表わされる成分はベクトル27で表わ
される成分より一桁以上大きい。したがって、図4に示
す反射鏡9は、ベクトル28で表わされる強い電場成分
を反射する。もし、平面鏡9の向きを変えて主光線26
をベクトル28と同一面内に90°折り曲げるように構
成すると、28で表わされる強い電場成分がほとんど反
射されないので、X線の利用効率が激減する。
【0014】以上のように入射面と偏光面とを平行にす
ることを避け、むしろ直交させることにより利用効率を
確保できる。中間の角度のときは中程度の反射率が得ら
れる。
【0015】本実施例ではX線源1として電子蓄積リン
グを用いたので、そこから放射されるX線は図3に示す
ように偏光面が水平面内である偏光として取扱った。他
のX線源を用いたり、または他の結像光学系を用いて偏
光面が変化した場合でも、平面鏡を用いてX線をほぼ9
0°折り曲げる際には入射面と偏光面とを直交させる必
要があることは言うまでもない。
【0016】尚、パターン転写とは通常ウェーハ上に塗
布されたレジストにX線等のビームを照射して感光させ
て潜像を作ることであるが、本発明はX線を用いてマス
クパターンの像をウェーハ上に形成する光学系に関する
ものであるから、レジストの使用に限ることなく、例え
ばX線照射による試料表面の直接加工やX線を励起光と
する加工等にも適用できる。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、X線領域あるいは真空
紫外領域のビームを多層膜鏡を用いてパターン転写を行
なう装置において、ビームをほぼ90°偏向させる平面
鏡を挿入する際、放射する光源を用いてビームの偏光面
あるいは最も強い電場の振動面を入射面と直交するよう
に構成したので、反射鏡で最大の反射率が得られ、ビー
ム利用効率の高いパターン転写が行なわれるようになっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である微細パターン転写装置の
構成図である
【図2】微細パターン転写装置の結像光学系における主
光線の進行経路を示す図である
【図3】X線の放射状態を示す図である
【図4】X線を90°折り曲げて反射させる平面鏡とX
線の偏光状態を示す図である
【図5】多層膜鏡におけるX線反射率の入射角依存性を
示す図である
【符号の説明】
1…X線源、2…楕円面鏡、3…マスク、6…凹面鏡、
7…凸面鏡、8…凹面鏡、9…平面鏡、11…ウェー
ハ、24…X線の強い電場の振動成分、25…X線の弱
い電場の振動成分、29…ウェーハ上に投影される結像
領域、30…入射面と偏光面とが直交するX線の反射
率、31…入射面と偏光面とが平行なX線の反射率。
フロントページの続き (72)発明者 片桐 創一 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 平3−155117(JP,A) 特開 昭63−312640(JP,A) 特開 平1−243000(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X線領域あるいは真空紫外領域のビームを
    放射する光源を用いて、第1の基板上に形成されたパタ
    ーンを結像光学系を介して半導体ウエハに露光する工程
    を含む半導体装置の製造方法であって、前記光源から前
    記半導体ウエハまでの光路に前記ビームをほぼ直角に折
    り曲げて反射させる反射鏡を含み、前記光源から発する
    ビームが前記反射鏡で反射される際に、前記ビームの強
    い電場の振動面が前記反射鏡における入射ビームと反射
    ビームを含む平面と平行にならないようにしたことを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記反射鏡は多層膜で形成されていること
    を特徴とした請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記ビームを放射する光源はシンクロトロ
    ン放射であることを特徴とする請求項1に記載の半導体
    装置の製造方法。
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