JP3429361B2 - シンクロトロン放射を利用するデバイス製造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はサブミクロン設計規則に
構築されたデバイスの製造に関する。シンクロトロン派
生ｘ−線放射はより長い波長の電磁放射の使用によって
達成が可能であると考えられる小さな形状のパターン描
画に対して利用できる。パターン描画は近接パターン描
画の場合のように１：１であることも、或は投影パター
ン描画の好ましい形式の場合のように縮小が使用される
こともあり得る。大集積化（ＶＬＳＩ）は一つの主要な
デバイス目的である。

【０００２】

【従来の技術】現在の水準のＶＬＳＩは０．５μｍの設
計規則に構築された回路を持つ１６ギガビットチップで
ある。さらに小型化することに向けての努力は、現在使
用されている紫外（ＵＶ）描画放射の解像能力をより十
分に活用するという初期形式を取る。位相マスキング、
オフ−アックス照射（off-axis illumination ）、及び
ステップ・アンド・リピートのような技法を使用しての
“ディープ”ＵＶ（遠紫外線）（λ＝０．３μｍから
０．１μｍ）照射は、０．２５μｍ或はそれより少し小
さな設計規則（最小形状或は空間寸法）を可能にする。

【０００３】さらに小さな設計規則においては、波長と
関連する解像度の制限を回避するために異なる形式の描
画放射線が要求される。一つの広範な努力は、電子或は
他の荷電粒子放射に依存する。この目的に対する電磁放
射線の利用は、ｘ−線波長を要求する。ｘ−線放射に対
する一つのアプローチは近接描画である。写真接触描画
と類似するこのアプローチにおいては、ｘ−線マスクが
ウエーハのトップ上に置かれる。（壊れ易く、コストの
高い細かい形状のマスクを保護するために、これは、ウ
エーハに接近して、但し、接触しないように位置され、
このために“近接”という呼び名を持つ）。この構成は
確かに投影描画のために要求される複雑な（反射）オプ
ティクスを回避するが、但し、１対１のオブジェクト対
イメージサイズに制限される。

【０００４】投影描画はマスク損傷の可能性を低減す
る。縮小化能力は現在のより大きな形状マスクのコスト
を低減する。一つの約束されたバージョンは恐らくは
５：１のオブジェクト対イメージ縮小を持つリングフィ
ールド投影である。リングフィールドは、径方向に依存
する収差を回避するために、スリットの全ての部分がレ
ンズシステムの光学軸から等距離にある高縦横比の弧形
スリットを利用する。これに関しては、１９９１年７月
１９日付けで申請された本発明と譲受人を同一とする合
衆国特許出願ＳＮ０７／７３２，５５９号を参照するこ
と。

【０００５】近接及び投影ｘ−線リソグラフィにおける
進歩は印象的である。様々な設計パラメータが最適化さ
れた。近接描画においては、マスクの損傷を回避する一
方で必要とされる狭いマスクとウエーハの間の間隔を提
供する技法が開発されている。ステップ・アンド・スキ
ャン方式はリングフィールド投影において許容できるパ
ターンを与えることが期待される。両方とも、生産にお
いては０．１μｍの解像能力を持つものと信じられてい
る。

【０００６】適当な放射線ソースに対してはあまり大き
な注意が払われなかった。投影描画）においては、通常
は、“プラズマソース”が使用されるものと想定されて
きた。このようなソースは、高パワーのパルスレーザ、
例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ
ＡＧ）レーザ、或はエキシマレーザに依存し、５００か
ら１０００ワットのパワーを１０μｍから１００μｍス
ポットに配り、こうして、結果としてのプラズマからｘ
−線放射を放出するためにソース材料を、例えば、１０
^６ ℃に加熱する。このようなソースは多くの好ましい
特性を持つ。これは、コンパクトであり、単一生産ライ
ンに専用化され、従って、故障が全工場を停止させるこ
ともない。ｘ−線プラズマソースの開発のために多くの
努力が向けられている。

【０００７】シンクロトロンは信頼のできるｘ−線放射
に対する十分に開発された技術の一つである。但し、シ
ンクロトロンは、非常にコストが高く、通常は、同時に
多数のユーザに提供されたときにのみ正当化できる。こ
れは、国の研究所或は他の大きな研究機関の設備となっ
ており、ここでは、小さな放射空間の短時間の貸し出し
が行なわれており、様々な複雑な目的のために利用され
ている。

【０００８】適当なプラズマソースがないため、ｘ−線
リソグラフィの最も開発された形式である近接ｘ−線描
画においは、シンクロトロン放射が使用されている。従
来の過酷な要求を持つ科学的用途と同様に、近接描画は
通常の小さなコレクション弧に基づく。近接ｘ−線描画
は２５ｍｍｘ２５ｍｍのマスクフィールドを走査する１
ｍｍ−２ｍｍｘ４０ｍｍのライン形照射フィールドを生
成するために１０から２０ｍｒａｄのシンクロトロン扇
形放射（radiation fan ）を使用する。これに関して
は、Nuc. Inst. & Methods、２２２、ｐ．２９１（１９
８４）を参照すること。多くの人は、近接ｘ−線描画
が、その多くの制約にもかかわらず、つまり、イメージ
縮小の困難さ；壊れ易い膜マスクの必要性；全視野フィ
ールド描画が利用できないなどという問題にもかかわら
ず商業的に実用されるであろうと信じている。

【０００９】投影リソグラフィにおいては、様々な考慮
事項から“軟”ｘ−線照射（λ＝１００Åから２００
Å）の利用の方向に傾いている。近接描画においては、
透過マスク上の形状エッジの所の回折に起因する解像度
損失を最小にするためにより短い波長、例えば、８Åか
ら１６Åが必要である。投影描画においては、マスクと
ウエーハとの間のカメラオプティクスにてエッジ回折が
補償でき、このため反射オプティクスに対してより好ま
しいより長い波長の放射線が利用できる。シンクロトロ
ンソースの制約、つまり、大きなコストは、より長い波
長の放射線の選択によってはあまり影響されない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】シンクロトロン放射の
投影リソグラフィへの利用の問題が検討されるべきであ
る。１ｍｍから２ｍｍの高放射ファンは、それ自体で
は、（比較的低い縦横照射フィールドを持つ）全視野露
光にも、或は（径方向依存収差、つまり、レンズ系の光
学中心からの距離の変動に起因する収差を最小にするよ
うに設計された弧形状の照射フィールドを持つ）リング
フィールドアプローチのいずれにも役立たない。

【００１１】

【課題を解決するための手段】０．２５μｍ或はそれよ
り小さな設計規則デバイスの経済的な高スループット製
造がシンクロトロン派生ｘ−線描画放射線の使用によっ
て可能にされる。この進歩は、かなりの部分が、通常の
シンクロトロン研究に本質的な従来の顧客毎の小さな弧
集光角度は、考慮されるリソグラフィックプロセスに対
しては不適当であるという認識に基づく。デバイス製造
に対しては、大きな角度の集光、つまり、少なくとも１
００ｍｒａｄから１ラジアン或はそれ以上を通じての集
光、並びにカウンタを通常の実験における高精度要求を
満たすようにランすることが重要である。これは、放射
線に起因するスループットの制約を回避し、最大感度に
対しては設計されてないがリソグラフィック的に好まし
いとされる多事象レジストの使用を可能にする。

【００１２】本発明のプロセス内で使用されるためのコ
ンデンサは、シンクロトロンからの多量の放射線を効率
的に集め、これをマスクに配るが、これらは、均一性、
整形、及び発散を提供するために放射線を処理する。幾
つかの適当なコンデンサ設計は、多切子面化ミラーコレ
クタを使用し、プロセシングオプティクスは、切子面化
された、或は連続した反射表面を持つ。

【００１３】定義 シンクロトロン （synchrotron ）−反復軌道経路に磁界
によって閉じ込められた相対論的電子を提供するための
電子ストレイジリング（electron storage ring ）。照
射放射線（illuminating radiation）−強度、方向、発
散及びスペクトル幅によって特性化されるマスク上に入
射し、照射フィールド（illumination field）を生成す
る描画放射線。発散（divergence）−これ自体として使
用された場合、この用語はマスク発散、つまり、マスク
上に入射するときの放射線の円錐の軸の回りの最大角度
を示す。投影においては、放射線の軸は反射マスキング
に対しては一般に垂直入射から数度ずれることが要求さ
れる。投影において要求される発散の大きさは、形状エ
ッジ（feature edge）の所のリンギング（ringing ：過
渡的振動）が要求される解像度及びコントラストに対し
て必要な程度となるような規模である。全視野露光（fu
ll-field exposure ）においては、発散は個々の全ての
照射点において同一であるべきである。走査において
は、走査方向での幾らかの非一様性は平均化される。

【００１４】コンデンサ（condenser ）−シンクロトロ
ンからの放射線を集めリソグラフィのために適当な形状
に処理するため、及びマスクに照射するための光学シス
テム。集光オプティクス（collecting optics ）或はコ
レクタ（collector ）−コンデンサ内のシンクロトロン
放射線を集光するためのオプティクス。プロセシングオ
プティクス（processing optics ）−コンデンサ内の集
められた放射線をマスクに配るための集光オプティクス
に加えての任意のオプティクス。イメージングオプティ
クス（imaging optics）−マスク変調された放射線をウ
エーハに配るためのコンデンサに続くオプティクス、つ
まり、カメラオプティクス。

【００１５】カメラ瞳孔（camera pupil）−カメラの回
折限界（diffraction limit ）を定義する角度サイズ
（angular size）を持つ実或は仮想開口であり、これは
照射放射線がカメラに通って入る位置を定義する。この
物理的サイズはカメラの実制限開口（real limiting ap
erture) のイメージのサイズである。レンズ（lens）−
この用語はここでの記述においてはｘ−線放射を収斂或
は発散させる任意の光学要素を指すために使用される。
“レンズ（lenses）”は、ｘ−線システム内において
は、一般的には、反射レンズであり、しばしば、“ミラ
ー（mirrors ）”とも呼ばれる。ここで考慮されるレン
ズは複数切子面或は単切子面から成るレンズ（例えば、
楕円形或は他の曲率を持つ切子面の連続体）である。収
斂或は発散は、透過光学レンズのそれに類似する動作の
結果である。切子面（facet ）−レンズの個々のセグメ
ントであり、別個の要素であったり、或は一体構造の一
部を構成する。これは、他の複数の切子面と協調して放
射線の収斂或は発散を行なう。個々の切子面は平坦であ
ったり、或は曲がったものであったりする。

【００１６】散乱プレート（scatter plate ）−発散を
増加させるための光学要素。発散は、一次元的であるこ
とも、二次元的であることもあり得る。全視野露光（fu
ll-filed exposure ）−あるエリアの同時的な（逐次的
ではない）露光。この派生として、この用語は、通常、
チップ全体のパターンなどのような一つの完全な回路パ
ターンを意味する。ここでの説明においては、それが全
体パターンであるか部分的パターンであるかに関係な
く、任意の低い縦横比の直線から成るパターン領域を指
すのに使用される。幾つかの考慮されるパターン領域が
全体としてのパターンが構成されるようにステップ・ア
ンド・リピート方式にて互いに縫い合わせられることも
考えられる。

【００１７】発明概要 本発明は、パターンマスクの照射に使用するための大き
な放射線弧（emissionarc）を通じて集められたｘ−線
シンクロトロン放射の有効的な活用に立脚する。この弧
は、少なくとも１００ｍｒａｄ、好ましくは、２００ｍ
ｒａｄから１ラジアン（full radian ）或はそれ以上で
ある。この放射線が使用されるパターン描画には様々な
形式が考えられ、全視野露光の形式を取ることも、走査
領域（scanning region ）の形式を取ることも考えられ
る。露光は、近接描画（proximity printing）によるこ
とも、或は投影によることも考えられる。リングフィー
ルド投影（ringfiled projection）として知られている
投影の一つの好ましい形式は、弓形の走査領域を、しば
しば、より経済的なより大きな形状のマスクの使用を可
能にするために、通常は、５：１のオブジェクト対イメ
ージ縮小（object-to-image reduction ）比とともに使
用する。

【００１８】シンクロトロン放射はリングフィールド露
光要件或は全視野露光要件のいずれを満たすためにも十
分には適応されていない。シンクロトロン放射が図１に
簡略的に示される。ビーム１０内の高速電子が曲がった
経路１１を進むとき、これらは扇形の電磁放射１２を放
出する。このフォトンエネルギは電子エネルギ及び電子
経路の曲率によって決定される。５ｘ１０^８ ｅｖから
１ｘ１０^９ ｅｖの電子エネルギが（現在使用のシンク
ロトロン設計に対しては）興味の対象となる５Åから１
５０Åの波長レンジにおけるｘ−線放射に対して有効で
ある。こうして放出される扇形放射線は、非常に薄く、
通常は、１ｍｍの厚さであり、シンクロトロンから数メ
ートルの距離において数ミリの厚さに広がる。この扇の
角度は曲がった放出経路の角度と同一である。

【００１９】コンデンサ 本発明は、一つ或は複数の周囲に配列された切子面レン
ズアレイを使用することによって大きな弧のシンクロト
ロン放射を集める。詳細に説明される一例としての研究
は、フルラジアン（約５７゜）を通じての集光を可能に
するが、この集光角度の二桁の増加はスル−プットを増
加させる。様々な特定の要件は様々な構成によって満た
される。集められた放射線は、近接描画に対して、走査
スリット（scanning slit ）を与えるため再組み立てさ
れ；或は全視野露光に対して、小さな縦横比の照射領域
を与えるために再組み立てされる。こうして、本発明の
バリエーションによって、走査（例えば、リングフィー
ルド走査）或は全視野投影が実現される。

【００２０】Ａ）コレクタ −先ず最初にコレクタ要素
について説明するのが便利である。この要素はシンクロ
トロンの周囲の複数のミラー切子面から構成される。集
光された最小の弧でも１００ｍｒａｄあり、２００ｍｒ
ａｄから１．５ｒａｄまでの弧が得られる。放出スペク
トルは広く、個々の要件が満たされるように加工するこ
とができる。投影リソグラフィにおいては、λ＝１２０
Åから１４０Åの波長レンジが（レンズ及びマスクの両
方の）最も効率的な反射率を達成するに適当である。近
接描画においては、解像度のためにλ＝８Åから１６Å
のレンジのより短い波長が要求されるが、これは利用可
能なレジストの特性を満たす。コンデンサの効率的な動
作が、レジスト露光のためには有用でない放射に起因す
る望ましくない加熱をスペクトル狭化によって最小にす
ることによって助けられる。好都合には、コンデンサ内
の最初の要素としてのコレクタは、この目的のために多
層ミラー（ＭＬＲ）を使用するが、一連の分布ブラッグ
反射器（ＤＢＲ）の様式にて動作する高及び低屈折材料
の２０から４０ペアから成る多層ミラー（ＭＬＲ）の使
用は、入力放射線を効果的にろ波し、スペクトル出力を
±２Åまで狭化する。また、ＳＸＰＬの比較的長波長の
放射線は比較的大きな入射角を持つ視射角レンズの使用
を許すが、視射角レンズは本質的に幾らかのスペクトル
狭化を与え、要求される放射波長に対する臨界角近傍で
動作している場合は、より短い波長の放射は反射されな
い。

【００２１】典型的なリングフィールドカメラの通過帯
域は１３０±１．３Åである。この帯域は現在の多層ミ
ラー技術によって決定される。４０個の一連のＭｏ−Ｓ
ｉ層ペアの使用の結果として６０から６５％の反射率が
実現される。軟ｘ−線も表面反射に対しては好ましく、
５から２０°の入射角は８０から９０％の反射率を与え
る。軟ｘ−線とともに使用されるコンデンサオプティク
スは図面内に示される単一の要素に依存する。より短い
波長、例えば、λ＝１０Åは、各々が小さな視射角にて
動作し一体となって多くのコンデンサ設計に対して要求
されると考えられるより大きな総合角度を与える複数の
要素を必要とする。便宜上、ここでの説明は一般的には
単一要素の観点から行なわれる。従って、単一要素とし
て示されている場合でも、二つ或はそれ以上の要素を結
合してビーム方向の与えられた変化を達成することもで
きる。

【００２２】個々の切子面は一般的には平面として説明
されるが、別の方法として、これらは曲がった面、つま
り、球面或は放物面を持つことも、或は単一の焦点に収
斂されるシンクロトロンの多ポイント分布光源の使用を
許すより複雑なLopez 設計の形式を取ることもできる。
これに関しては、例えば、Optics Communication、ｖｏ
ｌ．１９、ページ２８６−２９１（１９７６）を参照す
ること。半径が１ｍから２ｍのシンクロトロンに対し
て、１ラジアンを通じての集光は１メートルの桁のコレ
クタ長を要求するが、これは、１０から２０ｍｍ長ｘ数
ｍｍ幅の寸法の１００或はそれ以上の平坦切子面から成
る一つのレンズによって収容することができる。これら
切子面は離散的なものであっても、或は一つ或は複数の
単一体アレイの一部分であってもよい。単一体或は多数
の離散切子面から構成される多重アレイがシンクロトロ
ン動作に対して要求される高真空を維持するためのバル
ブを収容するために設計される。コレクタからシンクロ
トロンまでの距離は、典型的には、１から３ｍであり、
これより接近した距離は、サブミクロンメータの切子面
を必要とし、これより大きな間隔は過剰なサイズのコレ
クタを要求する。

【００２３】切子面はシンクロトロン軌道の回りに順次
的に位置され、これらは様々な方法にて使用される。こ
れらは切子面毎の逐次照射フィールドを生成すること
も、或は、“非逐次的”切子面照射を持つ線フィールド
を生成することもできる。また、これらは、終極的に低
減された縦横比のフィールドを与える“積重ね”放射を
生成することもできる。積重ね放射は近接描画のため、
或はさらに処理された後の投影描画のために、全視野照
射に対して便利である。ラグランジェインバリアント
（Lagrange Invariant）は、収斂角度Θと焦点距離（fo
cus dimension ）の積が、分散要素（散乱プレート）を
回避する場合に、マスクの所におけるこれらの積に等し
いかこれを超えることを要求する。

【００２４】切子面形状の選択はパターン化の形式に依
存し、Lopez ミラーは放射を小さな寸法に集めるために
設計される。一方、小さな焦点では、発散が小さすぎる
場合もある。つまり、投影描画において簡単に使用され
るためには、ラグランジェインバリアントが小さすぎる
場合もある。但し、これは、ラグランジェインバリアン
トが小さいことが要求される近接描画に対しては好まし
いアプローチである。つまり、近接描画においては、ビ
ームが平行にされること（つまり、要求される小さな発
散を持つこと）が必要である。例えば、放射線の角度分
布をリングフィールド投影において使用されるスリット
の弓形中央ラインに沿って整形するために、要求される
発散を導入するための散乱プレートと組合わせて使用す
ることも考えられる。Lopez の収斂特性はより大きな集
光角度を提供するために有効であり、例えば、１０個の
Lopez 切子面で１００個の平坦切子面を反射することが
できる。コレクタの焦点は実開口と対応することも、或
はそれ自体が仮想開口を定義することもある。実開口の
可調節性は要求される瞳孔充填を得るために有効であ
る。

【００２５】Ｂ）プロセシングオプティクス（processi
ng optics ） プロセシングオプティクスの目的は、カメラの特性を合
致させることにある。特性的には、投影縮小カメラは５
ｍｒａｄから１５ｍｒａｄの発散にて動作する。イメー
ジング領域の形状及びサイズは、これも照射システムの
この部分の責務であるが、カメラの設計によって変動す
る。十分な設計である場合は、コレクタとプロセシング
オプティクスとの間には明確な分離線は存在しない。コ
レクタ切子面が照射領域の位置決め、整形、或は定義動
作を遂行するように設計されるという点、或はコレクタ
が集められた放射線をある点に結像することを超える機
能を遂行するという点では、コレクタ自体がプロセシン
グオプティクスとして機能する。積重ねられた扇型放射
（stacked radiation fan ）のコレクタによる放射につ
いては既に説明された。低い縦横比フィ−ルドを生成す
るための積重ねの使用はコレクタによるプロセシングの
一例である。

【００２６】切子面傾斜角度のバリエーション、並びに
曲がった切子面の使用は、コレクタのプロセシング能力
を増大する。焦点を定義するために必要とされるものを
超える追加の切子面化もプロセシングのために使用され
る。コレクタは発散を増加させたり、或はフィールドを
整形することができる。殆どの投影システムにおいて
は、コレクタ設計の不当な複雑さを回避するという唯一
の理由から別個のプロセシングオプティクスが好んで使
用される。プロセシングレンズも同様に、切子面化する
ことも、或は楕円或は他の連続湾曲面を持つこともでき
る。近接描画においては最小のプロセシングが要求され
る。図６は全視野近接描画において使用されるためのコ
ンデンサを図解する。一つのプロセシングレンズが集め
られた放射線を積重ね、平行性を向上させる。１９９１
年７月１９日付けで申請された本発明と譲受人を同一と
する審理中の合衆国特許出願ＳＮ０７／７３２，５５９
号はリングフィールド投影描画の現在の技術水準を示
す。

【００２７】照射領域はカメラの入り口瞳孔内に適当な
程度の瞳孔の充填（fill）が達成されるように向けられ
なければならない。部分充填（fractional filling）、
例えば、５０％瞳孔充填はエッジ回折を最小にし、コン
トラストを増加させる。リングフィールド投影リソグラ
フィの重要なケースが図２によって表わされる。ここで
は、マスク２０は、直線で囲まれたパターン化された領
域２１、つまり、２ｍｍの幅ｘ１００ｍｍの長さの弧形
状の照射領域２２によって水平（方向２３）に掃引され
るラド領域（rad region）を含む。コンデンサからのエ
ネルギは領域２２のみを照射し、領域２１の他の部分は
照射してはならない。（図示される走査方式とは区別さ
れる）全視野露出パターンにおいては、領域２１は同時
に照射されなければならない。

【００２８】具体的な説明においてはリングフィールド
投影リソグラフィが強調される。全視野露出の場合は、
近接方式或は投影方式に関係なく、異なるオプティクス
が要求され、個々のセクションの最終的な議論の中で注
意が与えられる。図３Ａは多切子面化コレクタレンズ３
０の使用を図解する。切子面３１は、平坦であり、数ｍ
ｍｘ数ｃｍのサイズを持つ。各切子面は軌道経路３２内
の関連するスポットからの放射線を受光し、各々は反射
された光線を焦点３３へと向ける。本発明に使用される
ために考慮された切子面化レンズは少なくとも４つの切
子面を含む。多くの目的のために、特に、投影描画のた
めには、切子面化レンズは、４つ以上の切子面を含み、
リングフィールド縮小投影に対する一つの好ましい構造
は、４０或はそれ以上の平坦な切子面を使用する。

【００２９】図３Ｂはレンズ３０の一例としての形式、
この例においては、単一体レンズを図解する。図４Ａ及
び４Ｂは“積重ねされた”コレクタの使用を図解する。
切子面はここでもストレイジリング（storage ring）の
回りに横並びに配列されるが、結果としてのビームは横
並びではなく、並列扇の垂直積重ねを形成する。ここで
は、３つの別個のビーム４１、４２、４３が収斂コレク
タ要素４４、４５、４６に入射し、領域４７の所で重複
する収斂ビームが生成される。要素４４、４５及び４６
は、図示されるように、アレイの多切子面化ミラーであ
る。領域４７において、トップ及びボタムビーム４１及
び４３が長くて薄いミラー４８によって反射され、これ
らはビーム４２と平行にされる。密封バルブ４９がシン
クロトロンを真空に保持する。

【００３０】図４Ｂは焦点５０の所に生成される平行の
重複する扇形放射線を表わす略図である。入りビーム４
１、４２及び４３は、焦点に入るときは収斂し、ここか
ら出るときは発散する。発散はマスク上の均一に照射さ
れたフィールドを生成するための併合を提供する。図５
は横並び併合のために積重ね扇形放射線を利用するため
の構成を示す。この図面においては、放射された光線５
１は収斂レンズ５２によって集められ、結果として、開
口５４内の焦点５３、及び水平方向に併合された扇５５
が得られる。この図面は、真空を維持するためのバルブ
５６を含む。

【００３１】図６は全視野近接描画のために設計された
コンデンサを示す。図示されるように、ｘ−線扇６０は
最初にコレクタ６１に入射し、収斂ビーム６２を生成す
る。収斂ビーム６２は次にレンズ要素６８によって平行
の扇形放射にアセンブルされるが、これは、マスク６４
を照射し、ウエーハ６５上に対応するイメージを生成す
る。示される構成に対しては、焦点６３は、マスク６４
（並びにウエーハ６５）を超える位置にある。この構成
は近接描画に対して要求されるビーム平行性を提供す
る。マスク６４と要素６８との間のこの距離は、扇形放
射の重複及び一定強度の併合が確保されるような距離と
される。ここでは、多切子面化されているように示され
るが、コレクタ６１を構成するアレイ６９は、単一の要
素、例えば、Lopez 或は他の曲がった形状であり得る。

【００３２】図７は散乱プレートの一つの形式を示す。
ここでは、集められたビーム７０は垂直散乱プレート７
２内の切子面７１に入射し、マスク７３を照射し、瞳孔
７４の所に要求される充填（fill）を与える。このプレ
ートは瞳孔から見てビームの垂直成分に発散を提供す
る。図８は散乱プレート８０のもう一つの形式を示す。
単一方向散乱は波打った表面８１の結果であり、特定の
散乱は水平変動８２及び波動周期８３によって決定され
る。この形式は、コレクタのラグランジェインバリアン
トがカメラのそれよりも小さいとき、水平扇内の放射を
より発散性にするために特に有効である。

【００３３】図９において、レンズ９０は二次元散乱プ
レートとして機能する。ピラミッド形の平坦表面９１、
９２、９３及び９４から構成された場合は、本発明と譲
受人を同一とする審理中の１９９３年１１月３日付けで
申請された合衆国特許出願ＳＮ０８／０２９，７４９号
において開示されるＵＶステップ・アンド・リピートパ
ターン化において使用されるための４極（或は直角）回
折プレートに類似する位相プレートとして機能する。入
りコリメート放射はピラミッド形の表面９１、９２、９
３及び９４によって方向を変えられる。様々な形式を提
供する他の反射器形状がこの特許出願において説明され
ている。

【００３４】図１０は一つの完全なコンデンサの略平面
図である。Ｅ−ビーム１００は、曲がった経路１０１を
進みながら、弧１０４内の点放射源によって生成された
光線１０３の複合であると見なされる扇形放射１０２を
放出する。この扇形の放射はコレクタ１０５によって集
められるが、これは、切子面１０７と対応する収斂光線
１０７ａを生成する。扇形光線１０７ａは開口プレート
１０７によって整形され；散乱プレート１０８の所で垂
直発散が導入され；放射線１０９は楕円のミラー１１０
によって；マスク１１１を照射するように結像（フォー
カス）され；最後に、カメラ瞳孔１１３内の要求される
充填１１２を生成する。

【００３５】例１ リングフィールドコンデンサに対するパラメータが図１
０に基づいて議論される。マスクが、水平平面において
は、複数の光源によってプロセシングミラー１１０の表
面上の照射の縞に沿って照射されるように示される。光
は、ミラー上の各ポイントから角度Ф_２ のレンジにて
反射し、マスク上で重複するが、結果として、光は、マ
スク上の個々のポイントから角度Ф_ｍ のレンジにて反
射し、カメラの入り口瞳孔に向けられ、これを部分的に
充填する。Ф_ｍ は、カメラによって、２σＮＡに等し
い（２ａＮＡ＝）として定義されるが、ここで、ＮＡは
マスクサイド上のカメラの開口数であり、σはコンテン
サからの放射によって満たされる瞳孔の割合である。Ф
_ｍ に対する典型的な値は２５ｍｒａｄである。Ｄ５
は、カメラによって３６４４ｍｍであると定義され、Ｄ
_４ は５００ｍｍにセットされる。式にこれを代入する
と：Ф_２ ＝Ф_ｍ ・Ｄ_５ ／（Ｄ_４ ＋Ｄ_５ ）、Ф_２ ≒
２２ｍｒａｄとなる。図１０に示されるような照射され
るマスク長Ｌ_ｍ の両端を超える過剰の照射は、マスク
を通じての一様な照射を保証する。ミラー１１０の水平
照射長（Ｌ_Ｍ ）は幾何学的関係Ｌ_Ｍ ＝Ｌ_ｍ ・（（Ｄ
_５ ＋Ｄ_４ ）／Ｄ_５ ）＋（２・Ｄ_４ ・Φ_ｍ ））によ
って設定されるが、ここで、Ｌ_ｍは、カメラによって１
００ｍｍであると設定されるマスクを照射する弧の弦の
長さである。これから、Ｌ_ｍ ＝１３９と定義される。
幅Ｄ_１ ＝１０００ｍｍ、Ｄ_２ ＝５０００ｍｍ及びＳ_１
＝２５ｍｍの場合、距離Ｄ_３ ＝Ｓ_１ ／Φ_２ ＝１１３
６ｍｍとなる。これは、一方、Θ_２ ＝Ｌ_Ｍ ／Ｄ_３ ＝
０．１２ラジアンを決定する。従って、Ｌ_Ｍ１＝Θ_２
ＸＤ_２ ＝６００ｍｍとなるが、これはマスクから見ら
れたときの集光ミラーの水平幅である。光源に向かって
後ろ向きに見たときマスク上のポイントは、長さΦ_ｍ
・（Ｄ_２ ＋Ｄ_３ ＋Ｄ_４ ）＝１３０ｍｍのミラーＭ_１
の投影された水平セクションを見る。マスクから後ろ向
きに見たときミラーＭ_１ 上の各切子面は、水平幅Ｗ
_Ｍ１＝Ｓ_１ （Ｄ_１ ／Ｄ_１ ＋Ｄ_２））＝４．２ｍｍの
幅を持つように見える。従って、マスク上の各ポイント
は、Ｌ_Ｍ１／Ｗ_Ｍ１＝１６６／４．２＝３９ポンイトの
放射によって照射されるが、この数は、コンデサンがあ
たかも放射線の連続した分配を与えるように機能すると
見なすのに十分な数である。ミラーＭ_１ を構成する総
合切子面数は、こうして、６００／４．２＝１４２切子
面となる。これよりも多い場合は、光がマスクによって
捕獲されなくなる。シンクロトロンからの放射の１ラジ
アンを捕獲するためには、切子面は２．８ｍｍの幅を持
ち、Ｄ_２ ＝８０００ｍｍでなければならない。

【００３６】垂直平面においては、切子面化ミラーＭ_ｖ
は光源から距離Ｄ_１ ＋Ｄ_ｖ１の所に位置される。Ｍ_ｖ
の所のビームの垂直高さは、従って（Ｄ_１ ＋Ｄ_ｖ２）
・Φ_ｖ ｍｍとなり、ここで、Φ_ｖ は放射線の垂直動作
角度であり、これは、±１ｍｒａｄである。瞳孔を要求
されるσまで満たすためには、またミラーＭ_ｖ 上のビ
ーム高さがＤ_ｖ２・Φ_ｍ に等しいことが要求される。
Ｄ_ｖ１＋Ｄ_ｖ２＝Ｄ_２＋Ｄ_３ ＋Ｄ_４ 、Ｄ_ｖ１＝６０３
５ｍｍであるため、Ｄ_ｖ２＝６０１ｍｍである。

【００３７】上記の例において計算された値は、小さな
角度の近似（sin Θ＝Θ）に基づく。この例は特定のカ
メラにマッチするコンデンサ設計を図解する。図１１
Ａ、１１Ｂ及び１１Ｃは上に説明されたコンデンサの詳
細な平面図である。切子面化された集光ミラー１７０
（Ｍ_１ ）の長さは、半径１７４３ｍｍの円上への距離
Ｌ_Ｍ の投影の結果であり、結果として、１４２９ｍｍ
の電子軌道半径に対しては、Ｄ_１ ＝１０００ｍｍとな
る。図１１Ａに示される配列に対しては、ミラー１７０
（ミラーＭ_１ ）の長さは１０６１ｍｍであり、各切子
面１７１の幅は７．５ｍｍであり（この図面の二次元表
現においてはこの平面からずれた（out-of-plane）切子
面表面の幅の寸法は示されない）、そして全体としての
ミラーは０．６ラジアンを集める。各切子面は調節可能
であることが要求され、電子ビームに接近して位置され
る。ミラー１７０（Ｍ_１ ）の切子面はビームを上側方
向に１０°の反射角度にて反射し、光線が開口１７２
（開口Ｓ_１ ）を通過するように向ける。Ｓ_１ を超えた
所には、切子面化ミラー１７３（ミラーＭ_ｖ ）が光源
から７０３５ｍｍ離れた所に位置する。ミラーＭ_ｖ は
ビームを下方向に約１３５ の角度でミラー１７４（ミ
ラーＭ_２ ）上へと向ける。ミラーＭ_ｖ は大きな入射角
度を収容するためにＭＬＲ切子面から構成される。ミラ
ーＭ_ｖ の所における垂直ビームの高さは約１４ｍｍで
あり、これは、マクスの所で２ｍｍの最小に縮小され
る。ミラーＭ_ｖ は、各々１．４ｍｍの幅を持つ１０個
の切子面から構成され、マスク上に各々の上に幾らかの
明暗ぼけを持つ幅１．４ｍｍの照射フィールドを生成す
る。垂直平面上のこれらの１０ポイントの照射は、平面
内での３９照射ポイントよりか幾分少ないが、但し、イ
メージフィールドを通じてのマスクの走査においては、
一様照射に対する平均化のための十分な量が確保され
る。ミラーＭ_２ は、大きな入りビーム及びかなりの軸
はずれイメージング要件を満たすために楕円形にされ
る。一つの適当な楕円形状は、０．９６の離心率、２７
１８ｍｍの準線及び２０度のかすめ角を持つ。この楕円
形状及び前記の距離にて、マスクはリングフィールド描
画のための照射のおおむね正確な弧形状にて照射でき
る。この第二の照射器構成のスループット効率は約３２
％であり、これは、ミラーＭ_１ 上のより小さなかすめ
角に起因して以前の照射器のそれよりも少し高くなる。

【００３８】図１１Ｂ及び１１Ｃは図１１Ａに明白に示
されてない要素を示す。電子軌道経路１７５は、図１１
Ａに示されるように曲がった磁石１８によって決定さ
れ、結果として、ｘ−線照射１７６を与える。ミラー１
７０によって偏向された後、この現在収斂性の放射１７
７は開口１７２を通過し、その後の経路はミラー１７３
及び１７４（それぞれ、Ｍ_ｖ 及びＭ_２ ）によって決定
される。その後、マスク１８１が照射され、ビーム１８
２が生成される。カメラオプティクスは（入りビーム１
８２によって見られたとき順番に）ミラー１８３、１８
４、１８５及び１８６を持つ。（詳細な説明について
は、１９９１年７月１９日付けで申請された本発明と譲
受人を同一とする合衆国出願ＳＮ０７／７３２，５５９
号を参照すること。）最後に、ウエーハ１８７上に縮小
されたイメージが生成される。

【００３９】例２ 図１２はコレンクション及びプロセシングの第二の例と
して議論される。この図面の装置は図１０のそれに代わ
る設計のコンデンサを含む。議論は、リングフィールド
投影描画との関係で行なわれる。ここで、多切子面化ミ
ラー１２０（Ｍ_１ ）は約５００ｍｒａｄのｘ−線放射
を集め、これを楕円ミラー１２１（Ｍ_２ ）に向ける。
ミラーＭ_２ はこの放射線がマスクを通過するようにフ
ォーカスし、カメラ瞳孔の中央の所に焦点を形成する。
Ｍ_２ はまたビームを反射マスク１２２を照射するため
の弧形状に整形する。Ｍ_２ とマスクとの間に位置する
散乱プレート１２３（Ｍ_３ ）は波打った正弦表面（図
８参照）を持つミラーから構成される。Ｍ_３ から反射
される放射線の収斂性は増加され、これは、カメラの入
り口瞳孔を水平平面において要求されるσが達成される
ように充填される。この瞳充填係数は、こうして、Ｍ_３
散乱プレートの正弦プロフィルによって決定される。
この散乱プレートは本質的に長周期格子（例えば、１ｍ
ｍで３６０°）であり、現存する格子技術を使用して製
造することができる。この格子ピッチは、使用される光
の波長と比較して大きく、このため、有害な回折効果は
持たない。垂直平面においては、この放射線は、ストレ
イジリング１２４から密にコリメートされる。放射線の
垂直発散性も散乱プレート１２３によって増加される
が、今回は、放射線を水平平面に散乱する波打った表面
に垂直な波打った正弦表面にてこれが行なわれる。散乱
プレート１２３は、こうして、さざなみの立った表面を
持つが、この表面の詳細な形状によって瞳孔１２５がど
れだけ満たされるかが決定される。図１３は５つの製造
ラインを処理するシンクロトロンを示す平面図である。
ライン間のバリエーションは代替コンデンサ設計を示す
ことを意図する。実際の装置においては、処理される全
てのラインが同一の一般設計を持つ可能性が高い。

【００４０】この図面は各々が１．５ｍの曲率の半径を
定義する曲がった経路領域１３１、１３２、１３３、１
３４を持つシンクロトロン１３０を示す。領域１３１、
１３３及び１３４は各々が全ラジアンの放射線を集める
コレクタ１３５、１３６及び１３７によって処理され
る。コレクタ１３５及び１３６は、切子面化アレイから
構成される（アレイ１３５の場合は、１３５Ａ、１３５
Ｂ及び１３５Ｃから構成される）ように図解される。コ
レクタ１３７は単一の曲がった切子面化アレイである。
セクション１３２は、各々が約０．５ｒａｄを使用する
二つの生産ライン１３２ａ及び１３２ｂとして機能す
る。コレクタ１３５及び１３６のケースにおいては、各
個々のアレイによって得られる光線の併合がそれぞれプ
ロセシングレンズ１４０及び１４１によって達成され
る。

【００４１】図１４Ａ及び１４Ｂの装置は、多切子面化
ミラーレンズ１５３によって集められる扇形放射線１５
２を生成するためのシンクロトロン電子軌道１５０、及
び放出光線１５１を示す。これらミラーレンズは放射線
を１５４の所の水平平面上の焦点へと運ぶ。図１４Ｂ上
で見られるように、このビームは水平平面においては引
き続いて発散し、この次元（水平平面）においては、レ
ンズ１５５によってのみフォーカスされる。レンズ１５
５は、図７の装置と同様に、マスク１５６の近傍に垂直
焦点を持つ。同時に、ミラー１５５は照射フィールドを
弧形状１５６に整形する。レンズ１５５は、好ましく
は、多切子面化されるが、垂直平面においてはマスク近
傍に放射線を集める機能を持ち、同時に、水平平面にお
いては、放射線をカメラ１５８のカメラ瞳孔１５７の所
に焦点を持つようにフォーカスする。カメラ１５８は、
次に、ウエーハ１６０上にマスクイメージ１５９を生成
する。

【００４２】デバイスの製造 説明はシンクロトロン光源の効果的な利用の観点から行
なわれてきた。デバイス製造のためのｘ−線の使用は十
分に理解されている。基本的な製造方法は説明のコンデ
ンサ設計の使用によって変更を受けることはない。様々
な多レベル集積回路を説明する優れた基本的参考書とし
ては、McGraw Hi11 （マクグローヒル社）より１９９３
年に出版されたSimon Sze （サイモンシゼ）による著書
『ＶＬＳＩ技術（VLSI Technology ）を参照されたい。
本発明による手順は、全てのレベルに対して使用するこ
とも、或はあまり要求の高くないレベルに対するより伝
統的な形式のリソグラフィとの関連で使用することもで
きる。例３に対しては、ＭＯＳ、ＶＬＳＩ製造における
重要なウインドウレベルが選択された。

【００４３】例３ ここでの議論は０．１μｍ設計規則ＶＬＳＩとの関連で
行なわれる。図１３内の１３３Ａのようなワークステー
ション（生産ライン）は、典型的には、７００ｍａの電
流を持つ６００Ｍｅｖシンクロトロンからの６５゜
（１．１３ｒａｄ）の放射線を集める。このような扇形
放射は高品質ＳＸＰＬ投影カメラの２．５％帯域幅１３
４ű１．７Å内に４ワットのパワーを含む。６０％の
反射率を持つ一つの多層ミラー及び８５％の反射率及び
幾何学的効果に起因する幾らかの追加の損失を持つ２つ
のかすめ入射角ミラーから構成されるこのコンデンサは
使用可能なｘ−線のパワーの４０％、つまり、１．６ワ
ットをマクスに送る。多重層及びフィルタの反射率の損
失に起因して、カメラはこのパワーの７％、つまり、１
１２ミリワットをウエーハに送る。ウエーハは２０ミリ
ジュール／ｃｍ^２ の感度を持つレジストにてコートさ
れており、結果として、秒当り約５．５ｃｍ^２のシリコ
ンウエーハの露光が達成される。シリコンウエーハは、
直径８インチを持ち、約３００ｃｍ^２ の使用可能な面
積を持つ。こうして、一つのウエーハの露光に費やされ
る時間は５５秒となる。但し、ウエーハを装置の下に位
置決めするために消費されるウエーハ当り４５秒のオー
バヘッドのために、このワークステーションは、時間当
り４０個の８インチウエーハのみを露出する能力を持
つ。ストレージリングを電子にて再充填するための周期
的な停止のために、この平均は、時間当り３５個のウエ
ーハに減少される。

【００４４】ウエーハの処理は、複数のレベルの製造の
ための複数の処理ステップから成るが、これには、薄膜
の堆積及び成長、拡散、イオン移植、様々な湿式及び乾
式エッチング、並びにｘ−線投影カメラによって遂行さ
れるリソグラフィが含まれる。重要な臨界ステップはコ
ンタクトウインドウの生成である。典型的には、今日に
おいては、このプロセスは、１）０．１ミクロンの熱酸
化膜の成長、２）ＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸着法）による
０．３５ミクロンの酸化膜の堆積、４）レジスト内にコ
ンタクトウインドウの潜像を生成するリソグラフィック
カメラの描画放射線へのレジストの露出、５）化学的手
段によるレジストの現像、つまり、レジストの下の酸化
膜の露出、６）乾式エッチングによる酸化膜を貫通して
の下地シリコンまでのエッチング、及び７）その後のシ
リコンとコンタクトするための金属の堆積及びこの金
属、通常は、アルミニウムを回路を形成するために多く
のコンタクト孔、ゲート、外部パット、その他を互いに
接続するストリップに形成するステップから構成され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】曲がったシンクロトロン経路を進み、扇形のｘ
−線放射を放出する電子ビームを簡略的に示す。

【図２】リングフィールドカメラの弧形状の照射フィー
ルドによって走査されている投影マスクの平面図であ
る。

【図３】Ａは焦点に向かって送るための弧状のシンクロ
トロン放射線を集めるための多切子面化ミラーを示す。
Ｂは焦点に向かって送るための弧状のシンクロトロン放
射線を集めるための多切子面化ミラーを示す。

【図４】Ａは重複する平行の扇形放射線を与えるコレク
タ、つまり、“積重ねコレクタ（stacked collector
）”の使用を図解する。Ｂは重複する平行の扇形放射
線を与えるコレクタ、つまり、“積重ねコレクタ（stac
ked collector ）”の使用を図解する。

【図５】別個の扇形放射線を水平的に併合された扇形照
射に併合するために処理するための収斂オプティクスを
示す。

【図６】全視野近接描画のための重ねられたビームを与
える多切子面化集光ミラーアレイを示す。

【図７】多切子面化設計の１次元散乱プレートの使用を
示す。

【図８】正弦的に波打った表面を使用する１次元散乱プ
レートのもう一つの形式を示す。

【図９】ピラミッド形の表面突起からの反射に依存する
２次元散乱プレートの一つの形式を示す。

【図１０】投影マスクを照射するためのコレクタ、実開
口及び散乱プレートが装備されているコンデンサの略図
である。

【図１１】Ａは図１０のコンデンサの略図である。Ｂは
図１０のコンデンサの略図である。Ｃは図１０のコンデ
ンサの略図である。

【図１２】図１０及び１１のそれに替わる設計のコンデ
ンサの略図である。

【図１３】５つのデバイス製造ラインを処理するシンク
ロトロンを示す。

【図１４】Ａはリングフィールド縮小投影に対して適当
な装置を表わす平面図である。Ｂはリングフィールド縮
小投影に対して適当な装置を表わす平面図である。

【符号の説明】

ビーム １０ 経路 １１ 電磁放射 １２

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド ローレンス ホワイト アメリカ合衆国 07950 ニュージャー シィ，モリス プレインズ，フォレスト コート 10 (56)参考文献 特開 昭63−256900（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−235797（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−36588（ＪＰ，Ａ) 米国特許5003567（ＵＳ，Ａ) 国際公開91／014973（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一つの０．２５μｍ以下の最
   小寸法の素子を含むデバイスを製造するためのプロセス
   であって、このプロセスが複数の一連のレベルを形成す
   るステップを含み、各レベルがリソグラフィック描画に
   よって形成されるが、このプロセスによるとサブジェク
   トマスクパターンがイメージ平面内に終極的に描画され
   た領域内の材料が除去され或は領域内に材料が追加され
   るようにイメージ化され、また少なくとも一つのこれら
   レベルがｘ−線スペクトル内の放射線によるリソグラフ
   ィック描画にて形成され、ここで放射線が電子ストーレ
   イジリングから放出されるシンクロトロンから派生さ
   れ、また； 前記のストーレイジリングからのシンクロトロン放出が
   コンデンサによってこのリソグラフィック描画のために
   少なくとも１００ｍｒａｄの弧にわたって集められ、 前記リソグラフィック描画が投影により行われ、前記投
   影がイメージ平面上のイメージ化された弧領域がサブジ
   ェクト弧領域のイメージ平面より縮小されたサイズを持
   ち、イメージ化されたパターンのサイズがマスクパター
   ンよりも縮小される縮小リングフィールド走査から成
   り、 前記集められた放射線を処理するオプティクスに含まれ
   るプロセシングオプティクスがマスクの所の放射の発散
   を増大するための少なくとも一つの散乱のための手段を
   含むことを特徴とするプロセス。
2. 【請求項２】 シンクロトロン放出が少なくとも２００
   ｍｒａｄの弧にわたって集められ、コンデンサが少なく
   とも４つの切子面を含む多切子面化コレクタレンズから
   構成されることを特徴とする請求項１のプロセス。
3. 【請求項３】 シンクロトロン放出が少なくとも０．５
   ｒａｄの弧にわたって集められることを特徴とする請求
   項２のプロセス。
4. 【請求項４】 集められた放射線がコレクタレンズに続
   くプロセシングオプティクスを含むオプティクスによっ
   て処理されることを特徴とする請求項２のプロセス。
5. 【請求項５】 前記の散乱のための手段が多切子面化さ
   れることを特徴とする請求項１のプロセス。
6. 【請求項６】 前記のコレクタレンズが本質的に平坦な
   切子面から構成されることを特徴とする請求項１のプロ
   セス。
7. 【請求項７】 前記のコンデンサが分布反射器を構成す
   る少なくとも一つの多レベルミラーを含むことを特徴と
   する請求項１のプロセス。
8. 【請求項８】 前記のコンデンサによって配られる放射
   線がλ＝１２０Åから１４０Åの波長レンジ内にあるこ
   とを特徴とする請求項１のプロセス。
9. 【請求項９】 前記のコンデンサが放射線を一つの焦点
   上にフォーカスすることを特徴とする請求項１のプロセ
   ス。
10. 【請求項１０】 前記の焦点が形状においてイメージ平
    面上の一つの瞬間イメージと対応することを特徴とする
    請求項９のプロセス。
11. 【請求項１１】 前記の焦点が一つの実開口と対応する
    ことを特徴とする請求項９のプロセス。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１の任意の一つのプロ
    セスによって製造されたデバイス。