JP3632264B2 - Ｘ線投影露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトマスク（マスクまたはレチクル）上の回路パターンをＸ線光学系等のミラープロジェクション方式により、投影結像光学系を介してウエハ等の基板上に転写する際に好適なＸ線投影露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造用の露光装置は、物体面としてのフォトマスク（以下、マスクと称する）面上に形成された回路パターンを結像装置を介してウエハ等の基板上に投影転写する。基板にはレジストが塗布されており、露光することによってレジストが感光し、レジストパターンが得られる。
【０００３】
露光装置の解像力ｗ は、主に露光波長λと結像光学系の開口数ＮＡで決まり、次式で表される。
ｗ＝ｋ λ／ＮＡ ｋ：定数
従って、解像力を向上させるためには、波長を短くするか、或いは開口数を大きくすることが必要となる。現在、半導体の製造に用いられている露光装置は、主に波長３６５ｎｍ のｉ線を使用しており、開口数約０．５ の場合で０．５ μｍの解像力が得られている。
【０００４】
開口数を大きくすることは、光学設計上困難であることから、解像力を向上させるためには、今後は露光光の短波長化が必要となる。ｉ線より短波長の露光光としては、例えばエキシマレーザーが挙げられ、その波長はＫｒＦ で２４８ｎｍ 、ＡｒＦ で１９３ｎｍ である。従って、ＫｒＦ では０．２５μｍ、ＡｒＦ では０．１８μｍの解像力が得られる。
【０００５】
そして、露光光としてさらに波長の短いＸ線を用いると、例えば波長１３ｎｍで０．１ μｍ以下の解像力が得られる。
従来の、露光装置（一例）の構成（一部）を概念的に図６に示す。露光装置は主に、光源及び照明光学系（不図示）、マスク１のステージ１１、結像光学系２、ウエハ３のステージ１２により構成される。
【０００６】
マスク１には、描画するパターンの等倍あるいは拡大パターンが形成されている。結像光学系２は、複数のレンズまたは反射鏡等により構成され、マスク１上のパターンをウエハ３上に結像するようになっている。
露光装置が所望の解像力を有するためには、少なくとも結像光学系２が無収差または無収差に近い光学系である必要がある。仮に、結像光学系２に収差があると、レジストパターンの断面形状が劣化し、露光後のプロセスに悪影響を及ぼす他、像が歪んでしまうという問題点が発生する。
【０００７】
無収差と同等の性能を得るための、収差の許容上限値（ｒｍｓ 値）としては、波長の１４分の１ 程度の値が要求される。従って、波長が短くなるほど収差の値も小さくしなければならない。例えば、露光光がｉ線の場合、収差の許容上限値は約２６ｎｍｒｍｓ である。
無収差の光学系を作製するためには、まず各光学素子の形状を設計値どうりに加工しなければならない。要求される形状精度、即ち形状誤差の許容上限値は、収差の許容上限値と比較して少なくとも小さく、また、光学素子の数が多くなるほど値は小さくなる。
【０００８】
そして、光学素子が全てレンズの場合は、屈折面の数をＮ とすると、形状誤差の許容上限値は収差のそれの１／Ｎ１／２程度の値が要求される。例えば露光光がｉ線の場合、屈折面の数を３０とすると、形状誤差の許容上限値は約５ｎｍｒｍｓとなる。
次に、この様にして作製した光学素子を高精度に位置合わせして組立なければならない。組立精度は、光学計算から求めることができるが、露光光がｉ線の場合、少なくともμｍオーダーでの位置合わせが必要になる。
【０００９】
以上のように、無収差の光学系を作製するためには、高い加工精度および組み立て精度が必要であるが、これまでは高精度な加工および組立を行うことにより、無収差光学系を作製することができた。
また、光学系の収差は、装置の作動中も許容上限値以下に保持される必要がある。しかし、実際には外部の温度変化の影響で、光学素子等が熱変形を起こしてしまう場合がある。さらに、露光光を光学素子が吸収することでも温度は変化してしまう。
【００１０】
そこで、光学系を高精度に温度コントロールされたチャンバーの中に入れて、熱変形しない程度に温度を一定に保持している。
以上の様にして、従来の露光装置は、作動中も所望の解像度を得ることができた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、露光装置の解像度を向上するために露光光の波長を短くすると、それに従って収差の許容上限値も小さくなる。露光光をＸ線とし、例えば波長を１３ｎｍとすると、収差の許容上限値は約１ｎｍｒｍｓとなる。この値は、ｉ線における収差の許容上限値約２６ｎｍｒｍｓ と比較して非常に小さい。従って、光学素子はさらに形状精度の高いものが要求される。
【００１２】
Ｘ線露光装置の場合、光学系は全て反射鏡であることが好ましい。反射面の形状誤差は、屈折の場合の半分の値が必要であるため、反射面の数をＮ とすると、必要な形状誤差は収差の１／（２Ｎ１／２ ）となる。例えば反射面の数を４ とすると、波長１３ｎｍにおける形状誤差は０．２３ｎｍｒｍｓ となる。
このように、Ｘ線投影露光装置は、結像光学系２の収差として極めて小さな値が要求され、そのため、光学素子の形状精度もｎｍ以下の精度が要求される。この様な結像光学系は、作製することができても、その精度を装置の作動（運転）中も保持することが困難であるという問題点を有している。
【００１３】
即ち、露光装置の作動中に、光学素子の熱変形を含めた様々な原因により収差が変化するが、その変化は、従来の温度制御だけでは抑えることができないという問題点を有している。
以上のように、従来のＸ線投影露光装置においては、装置作動中の収差の変化を抑制することが困難であり、これが原因で装置作動中にＸ線露光装置の解像度が低下するという問題点があった。
【００１４】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、作動中の解像度の低下を防止できるＸ線投影露光装置を提供すること、好ましくはスループットを低下させないで、作動中の解像度の低下を防止できるＸ線投影露光装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明は第一に「少なくとも、Ｘ線源、該Ｘ線源から発生するＸ線をマスク上に照射する照明光学系、該マスクを保持するマスクステージ、該マスクからのＸ線を受けて該マスク上に形成されたパターンをウエハー上に投影結像する投影結像光学系、及び該ウエハを保持するウェハステージを備えたＸ線投影露光装置において、
前記投影結像光学系からのＸ線の収差を測定する収差測定機構と、
前記Ｘ線の収差を低減または解消する収差補正機構と、
を設けたことを特徴とするＸ線投影露光装置（請求項１）」を提供する。
【００１６】
また、本発明は第二に「少なくとも、Ｘ線源、該Ｘ線源から発生するＸ線をマスク上に照射する照明光学系、該マスクを保持するマスクステージ、該マスクからのＸ線を受けて該マスク上に形成されたパターンをウエハー上に投影結像する投影結像光学系、及び該ウエハを保持するウェハステージを備えたＸ線投影露光装置において、
前記投影結像光学系からのＸ線の収差を測定する収差測定機構と、
収差測定時に前記ウェハステージを前記投影結像光学系の結像位置から遠ざけて、前記収差測定機構を前記結像位置またはその付近に配置させ、投影露光時に前記収差測定機構を前記結像位置またはその付近から遠ざけて、前記ウェハステージを前記結像位置に配置させる移動機構と、
前記Ｘ線の収差を低減または解消する収差補正機構と、
を設けたことを特徴とするＸ線投影露光装置（請求項２）」を提供する。
【００１７】
また、本発明は第三に「前記収差測定機構が前記ウエハステージに固定され、該ウエハステージが前記移動機構を兼ねていることを特徴とする請求項２記載のＸ線投影露光装置（請求項３）」を提供する。
また、本発明は第四に「前記収差測定機構がＸ線空間像の測定器であることを特徴とする請求項１〜３記載のＸ線投影露光装置（請求項４）」を提供する。
【００１８】
また、本発明は第五に、「前記収差補正機構は少なくとも、前記投影結像光学系を構成する光学素子の位置及び形状の調整、前記マスクの形状の調整、または前記ウエハの形状の調整を行うことにより前記Ｘ線の収差を低減または解消することを特徴とする請求項１〜４記載のＸ線投影露光装置（請求項５）」を提供する。
【００１９】
また、本発明は第六に「前記収差測定機構、移動機構及び収差補正機構の動作を制御する制御機構をさらに設けたことを特徴とする請求項１〜５記載のＸ線投影露光装置（請求項６）」を提供する。
また、本発明は第七に「前記制御機構は、前記ウエハを交換する時間内、または装置をメンテナンスする時間内に、前記収差測定機構、移動機構及び収差補正機構を動作させることを特徴とする請求項６記載のＸ線投影露光装置（請求項７）」を提供する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明にかかる露光装置（一例）の構成（一部）を示すブロック図である。
図１の露光装置は、Ｘ線源、該Ｘ線源から発生するＸ線をマスク１上に照射する照明光学系（不図示）、マスク１のステージ１１、マスク１からのＸ線９を受けてマスク１上に形成されたパターンをウエハ３上に投影結像する投影結像光学系２、ウエハ３のステージ１２、結像光学系２からのＸ線９’の収差を測定する収差測定機構５、収差測定時に前記ウェハステージ１２を前記投影結像光学系２の結像位置から遠ざけて、前記収差測定機構５を前記結像位置またはその付近に配置させ、投影露光時に前記収差測定機構５を前記結像位置またはその付近から遠ざけて、前記ウェハステージ１２を前記結像位置に配置させる移動機構４、前記Ｘ線９’の収差を補正する収差補正機構６、７、８、前記収差測定機構５、移動機構４及び収差補正機構６、７、８の動作を制御する制御機構１３を有する。
【００２１】
収差測定機構５は、通常（収差測定を行わないとき）はウエハステージ１２の下部或いは隣接する位置に配置されている。そして、収差を測定するときは、図３に示すように、移動機構４により、ウエハステージ１２を結像光学系２の結像位置以外にスライドさせて、収差測定機構５を前記結像位置またはその付近に移動させる。さらに、結像光学系２を透過したＸ線９’を、収差測定機構５に導入することにより、収差を測定する。
【００２２】
また、図２は、本発明にかかる露光装置（別の一例）の構成（一部）を示すブロック図であり、本発明にかかる露光装置の別の一例を示している。
図２の露光装置は、Ｘ線源、該Ｘ線源から発生するＸ線をマスク１上に照射する照明光学系（不図示）、マスク１のステージ１１、マスク１からのＸ線９を受けてマスク１上に形成されたパターンをウエハ３上に投影結像する投影結像光学系２、ウエハ３のステージ１２、結像光学系２からのＸ線９’の収差を測定する収差測定機構５、前記Ｘ線９’の収差を補正する収差補正機構６、７、８、前記収差測定機構５、収差補正機構６、７、８及びウェハステージ１２の動作を制御する制御機構１３を有する。
【００２３】
収差測定機構５は、ウエハステージ１２に固定されており、ウエハステージとともにその位置を移動する。そして、収差を測定するときは、図４に示すように、ウエハステージ１２を結像光学系２の結像位置以外にスライドさせると同時に、収差測定機構５を前記結像位置付近に移動させる。さらに、結像光学系２を透過したＸ線９’を、収差測定機構５に導入することにより、収差を測定する。
【００２４】
即ち、図２の露光装置では、ウエハステージ１２自身が収差測定時にウェハステージ１２を前記投影結像光学系２の結像位置から遠ざけて、前記収差測定機構５を前記結像位置またはその付近に配置させ、投影露光時に前記収差測定機構５を前記結像位置またはその付近から遠ざけて、ウェハステージ１２を前記結像位置に配置させる移動機構としての機能を果たしている。
【００２５】
本発明にかかる収差測定機構５としては、露光光自体の収差を測定するために測定精度が高い、例えばＸ線空間像測定装置が好ましい（請求項４）。
Ｘ線空間像測定装置は、マスクパターンのＸ線像を検出器上に結像させて、その強度分布を測定するものであり、強度分布を計算値と比較することにより収差を知ることができる。
【００２６】
収差測定機構５による測定から、収差が許容上限値よりも大きいことが判明したら、収差を低減または解消するように補正する。収差は、主に投影結像光学系２を構成する光学素子の形状変化および位置変化により生じるので、収差を補正するためには、形状および位置を元に戻してやることが好ましい。
そこで、収差を補正するためには、例えば、収差補正機構として、投影結像光学系２を構成する光学素子の形状および位置を調整する光学系調整機構６を設ければよい。
【００２７】
光学系調整機構６は、例えば図５に示すように、光学素子（例えば、反射鏡１４）の周囲にピエゾ素子等のアクチュエータ１５を配置したものであり、アクチュエータ１５を用いて光学素子に所望の応力を加えることにより、位置及び形状を変えることができる。
収差の補正は、このように光学系調整機構６を用いて光学素子の形状および位置を変える方法により可能であるが、この方法に限らない。
【００２８】
例えば、収差により像に歪みが生じた場合は、その歪みを補正するようにマスク１及び／またはウエハ３の形状を変形させてもよい。また、像面湾曲のように像面が光軸方向にゆがんだ場合にも、マスク１及び／またはウエハ３を湾曲させることにより、補正することが可能である。
このような場合は、収差補正機構として、マスク１の形状を調整するマスク調整機構７、及び／またはウエハ３の形状を調整するウエハ調整機構８を設けてやればよい。かかる調整機構においても、マスク１及び／またはウエハ３の周囲に例えばアクチュエータを配置して、マスク１及び／またはウエハ３に応力を加えて変形させてやればよい。
【００２９】
図１の装置では、三つの収差補正機構（光学系調整機構６、マスク調整機構７、ウエハ調整機構８）を配置したが、収差補正機構が必ずしも三つ必要であるとは限らない。例えば、光学系調整機構６による補正だけで収差の補正が可能であるならば、他の収差補正機構７、８は設けなくてもよい。即ち、必要に応じて収差補正機構を設ければよい。
【００３０】
以上述べたように、本発明によるＸ線露光装置によれば、投影結像光学系２からのＸ線９’の収差を測定し、さらに該収差を補正することが可能である。
また、本発明によるＸ線露光装置では、収差測定している間、Ｘ線９’がウエハ
３上に入射しないため露光はできない。一方、収差測定は、露光装置のスループットを低下させずに行うのが好ましい。従って、収差測定は露光を行わない時間に行うことが好ましい。
【００３１】
露光を行わない時としては、例えば、ウエハ３を交換する時間がある。従来の露光装置では、これらの時間において、光源を停止するか、或いは露光光をシャッターで遮蔽していた。
即ち、これらの時間では露光を行わないので、本発明のように、結像位置に収差測定機構を配置しても問題はない。
【００３２】
従って、スループットを低下させないために、ウエハ交換時間内に収差を測定することが好ましい。
さらに、収差変動が小さくて例えば１日に１回測定すれば十分な場合には、測定時間がスループットに及ぼす影響は極めて小さいため、メンテナンス時間等に測定しても良い。
【００３３】
即ち、本発明にかかる露光装置には、ウエハを交換する時間内、または装置をメンテナンスする時間内に、前記収差測定機構、移動機構、及び収差補正機構を動作させる制御機構を設けることが好ましい（請求項７）。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００３４】
【実施例】
＜第一実施例＞
図１は、本実施例のＸ線投影露光装置の構成を示すブロック図である。
図１の露光装置は、Ｘ線源、該Ｘ線源から発生するＸ線をマスク１上に照射する照明光学系（不図示）、マスク１のステージ１１、マスク１からのＸ線９を受けてマスク１上に形成されたパターンをウエハ３上に投影結像する投影結像光学系２、ウエハ３のステージ１２、結像光学系２からのＸ線９’の収差を測定する収差測定機構５、前記Ｘ線９’の収差を補正する収差補正機構６、７、８、前記収差測定機構５、収差補正機構６、７、８及びウェハステージ１２の動作を制御する制御機構１３を有する。
【００３５】
本装置は、光源としてレーザープラズマＸ線源を用い、Ｘ線を照明装置を介してマスク１に照射する。露光波長は１３ｎｍとし、またマスク１は反射型のものを用いた。マスク１で反射したＸ線９は、結像光学系２を透過してウエハ３上に到達し、マスクパターンがウエハ３上に縮小転写される。
結像光学系２は４枚の反射鏡で構成され、それぞれの反射鏡には温度調節機構が設けてあり、露光時でも温度の変化が０．１ ℃以下に保たれる。さらに、露光装置は恒温チャンバー内に置かれ、温度の変化が０．１ ℃以下に抑えられるようになっている。
【００３６】
収差測定機構５は、露光中はウエハステージ１２の下部或いは隣接する位置に配置されている。そして、ウエハ交換中に、図３に示すように、移動機構４により、ウエハステージ１２を結像光学系２の結像位置以外にスライドさせて、収差測定機構５を前記結像位置付近に移動させる。さらに、結像光学系２を透過したＸ線９’を、収差測定機構５に導入することにより、収差を測定する。収差測定機構５は、Ｘ線空間像評価装置で構成され、結像光学系２からのＸ線９’の収差が測定できる。
【００３７】
露光装置の作動中は収差が変化するので、測定値が０．９ｎｍｒｍｓを超えた場合には、制御機構１３を用いて収差補正機構である光学系調整機構６、マスク調整機構７、ウエハ調整機構８の動作を制御することにより収差の補正を行う。
本実施例の露光装置を用いて露光すると、最小サイズ０．１ μｍのレジストパターンが作製でき、さらに、２４時間以上の長時間運転においてもレジストパターンの断面形状に劣化は認められないことが分かった。
【００３８】
一方、収差測定機構、移動機構、収差補正機構を設けていない従来の露光装置による露光の場合は、運転開始後、徐々にレジストパターンの断面形状が劣化し、さらに、０．１ μｍサイズのパターンは形成されなくなってしまった。
＜第二実施例＞
図２は、本実施例のＸ線投影露光装置の構成を示すブロック図である。
【００３９】
図２の露光装置は、Ｘ線源、該Ｘ線源から発生するＸ線をマスク１上に照射する照明光学系（不図示）、マスク１のステージ１１、マスク１からのＸ線９を受けてマスク１上に形成されたパターンをウエハ３上に投影結像する投影結像光学系２、ウエハ３のステージ１２、結像光学系２からのＸ線９’の収差を測定する収差測定機構５、前記Ｘ線９’の収差を補正する収差補正機構６、７、８、前記収差測定機構５、収差補正機構６、７、８及びウェハステージ１２の動作を制御する制御機構１３を有する。
【００４０】
本装置は、光源としてレーザープラズマＸ線源を用い、Ｘ線を照明装置を介してマスク１に照射する。露光波長は１３ｎｍとし、またマスク１は反射型のものを用いた。マスク１で反射したＸ線９は、結像光学系２を透過してウエハ３上に到達し、マスクパターンがウエハ３上に縮小転写される。
結像光学系２は４ 枚の反射鏡で構成され、それぞれの反射鏡には温度調節機構が設けてあり、露光時でも温度の変化が０．１ ℃以下に保たれる。さらに、露光装置は恒温チャンバー内に置かれ温度の変化が０．１ ℃以下に抑えられるようになっている。
【００４１】
収差測定機構５は、ウエハステージ１２に固定されており、ウエハステージ１２とともにその位置を移動する。そして、ウエハ交換中に、図４に示すように、ウエハステージ１２を結像光学系２の結像位置以外にスライドさせると同時に、収差測定機構５を該結像位置付近に移動させる。
さらに、結像光学系２を透過したＸ線９’を、収差測定機構５に導入することにより、収差を測定する。収差測定機構５は、Ｘ線空間像評価装置で構成され、結像光学系２の収差が測定できる。
【００４２】
即ち、本実施例の露光装置では、ウエハステージ１２自身が収差測定時にウェハステージ１２を前記投影結像光学系２の結像位置から遠ざけて、前記収差測定機構５を前記結像位置またはその付近に配置させ、投影露光時に前記収差測定機構５を前記結像位置またはその付近から遠ざけて、ウェハステージ１２を前記結像位置に配置させる移動機構としての機能を果たしている。
【００４３】
露光装置の作動中は収差が変化するので、測定値が０．９ｎｍｒｍｓを超えた場合には、制御機構１３を用いて収差補正機構である光学系調整機構６、マスク調整機構７、ウエハ調整機構８の動作を制御することにより収差の補正を行う。
本実施例の露光装置を用いて露光すると、最小サイズ０．１ μｍのレジストパターンが作製でき、さらに、２４時間以上の長時間運転においてもレジストパターンの断面形状に劣化は認められないことが分かった。
【００４４】
一方、収差測定機構５、移動機構、収差補正機構６、７、８を設けていない従来の露光装置による露光の場合は、運転開始後、徐々にレジストパターンの断面形状が劣化し、さらに、０．１ μｍサイズのパターンは形成されなくなってしまった。
【００４５】
【発明の効果】
以上の如く、本発明（第１〜第７発明）によれば、装置作動中の解像度の低下を防止できる。また、本第７発明によれば、スループットを低下させないで、装置作動中の解像度の低下を防止できる。
即ち、本発明の露光装置は（特に第７発明の装置では、そのスループットを低下させずに）、Ｘ線の収差を測定することができ、さらにその測定結果に基づいて収差を補正することができる。
【００４６】
そのため、本発明の露光装置は長時間の作動中、高い解像力を維持することができるので、微細なレジストパターンを作製し続けることができる。また、収差の測定は露光光自体を測定するため、測定精度が高い。
本第７発明の装置では、収差の測定をウエハを交換する時間、メンテナンス時間等の露光しない時間に行うので、スループットは従来の露光装置と同じく、高スループットを維持できる。従って、高いスループットで、マスクのパターンを忠実に基板上に転写することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明にかかるＸ線投影露光装置（一例）の構成（一部）を示すブロック図である。
【図２】は、本発明にかかるＸ線投影露光装置（別の一例）の構成（一部）を示すブロック図である。
【図３】は、本発明にかかるＸ線投影露光装置（一例）における収差測定プロセスを示す図である（ａは露光時を示す図、ｂはウエハステージ１２及び収差測定機構５の移動時を示す図、ｃは収差測定時を示す図である）。
【図４】は、本発明にかかるＸ線投影露光装置（別の一例）における収差測定プロセスを示す図である（ａは露光時を示す図、ｂはウエハステージ１２及び収差測定機構５の移動時を示す図、ｃは収差測定時を示す図である）。
【図５】は、本発明にかかるＸ線投影露光装置の収差補正機構としての光学系調整機構（一例）の構成図である。
【図６】は、従来のＸ線投影露光装置（一例）の構成（一部）を示すブロック図である。
【主要部分の符号の説明】
１．．．マスク
２．．．投影結像光学系
３．．．ウエハ
４．．．移動機構
５．．．収差測定機構
６．．．光学系調整機構（収差補正機構の一例）
７．．．マスク調整機構（収差補正機構の一例）
８．．．ウエハ調整機構（収差補正機構の一例）
９．．．マスクからのＸ線
９’．．．投影結像光学系からのＸ線
１０．．．配線
１１．．．マスクステージ
１２．．．ウエハステージ
１３．．．制御機構
１４．．．反射鏡
１５．．．アクチュエータ
１６．．．反射鏡ホルダー
以上
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトマスク（マスクまたはレチクル）上の回路パターンをＸ線光学系等のミラープロジェクション方式により、投影結像光学系を介してウエハ等の基板上に転写する際に好適なＸ線投影露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造用の露光装置は、物体面としてのフォトマスク（以下、マスクと称する）面上に形成された回路パターンを結像装置を介してウエハ等の基板上に投影転写する。基板にはレジストが塗布されており、露光することによってレジストが感光し、レジストパターンが得られる。
【０００３】
露光装置の解像力ｗ は、主に露光波長λと結像光学系の開口数ＮＡで決まり、次式で表される。
ｗ＝ｋ λ／ＮＡ ｋ：定数
従って、解像力を向上させるためには、波長を短くするか、或いは開口数を大きくすることが必要となる。現在、半導体の製造に用いられている露光装置は、主に波長３６５ｎｍ のｉ線を使用しており、開口数約０．５ の場合で０．５ μｍの解像力が得られている。
【０００４】
開口数を大きくすることは、光学設計上困難であることから、解像力を向上させるためには、今後は露光光の短波長化が必要となる。ｉ線より短波長の露光光としては、例えばエキシマレーザーが挙げられ、その波長はＫｒＦ で２４８ｎｍ 、ＡｒＦ で１９３ｎｍ である。従って、ＫｒＦ では０．２５μｍ、ＡｒＦ では０．１８μｍの解像力が得られる。
【０００５】
そして、露光光としてさらに波長の短いＸ線を用いると、例えば波長１３ｎｍで０．１ μｍ以下の解像力が得られる。
従来の、露光装置（一例）の構成（一部）を概念的に図６に示す。露光装置は主に、光源及び照明光学系（不図示）、マスク１のステージ１１、結像光学系２、ウエハ３のステージ１２により構成される。
【０００６】
マスク１には、描画するパターンの等倍あるいは拡大パターンが形成されている。結像光学系２は、複数のレンズまたは反射鏡等により構成され、マスク１上のパターンをウエハ３上に結像するようになっている。
露光装置が所望の解像力を有するためには、少なくとも結像光学系２が無収差または無収差に近い光学系である必要がある。仮に、結像光学系２に収差があると、レジストパターンの断面形状が劣化し、露光後のプロセスに悪影響を及ぼす他、像が歪んでしまうという問題点が発生する。
【０００７】
無収差と同等の性能を得るための、収差の許容上限値（ｒｍｓ 値）としては、波長の１４分の１ 程度の値が要求される。従って、波長が短くなるほど収差の値も小さくしなければならない。例えば、露光光がｉ線の場合、収差の許容上限値は約２６ｎｍｒｍｓ である。
無収差の光学系を作製するためには、まず各光学素子の形状を設計値どうりに加工しなければならない。要求される形状精度、即ち形状誤差の許容上限値は、収差の許容上限値と比較して少なくとも小さく、また、光学素子の数が多くなるほど値は小さくなる。
【０００８】
そして、光学素子が全てレンズの場合は、屈折面の数をＮ とすると、形状誤差の許容上限値は収差のそれの１／Ｎ１／２程度の値が要求される。例えば露光光がｉ線の場合、屈折面の数を３０とすると、形状誤差の許容上限値は約５ｎｍｒｍｓとなる。
次に、この様にして作製した光学素子を高精度に位置合わせして組立なければならない。組立精度は、光学計算から求めることができるが、露光光がｉ線の場合、少なくともμｍオーダーでの位置合わせが必要になる。
【０００９】
以上のように、無収差の光学系を作製するためには、高い加工精度および組み立て精度が必要であるが、これまでは高精度な加工および組立を行うことにより、無収差光学系を作製することができた。
また、光学系の収差は、装置の作動中も許容上限値以下に保持される必要がある。しかし、実際には外部の温度変化の影響で、光学素子等が熱変形を起こしてしまう場合がある。さらに、露光光を光学素子が吸収することでも温度は変化してしまう。
【００１０】
そこで、光学系を高精度に温度コントロールされたチャンバーの中に入れて、熱変形しない程度に温度を一定に保持している。
以上の様にして、従来の露光装置は、作動中も所望の解像度を得ることができた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、露光装置の解像度を向上するために露光光の波長を短くすると、それに従って収差の許容上限値も小さくなる。露光光をＸ線とし、例えば波長を１３ｎｍとすると、収差の許容上限値は約１ｎｍｒｍｓとなる。この値は、ｉ線における収差の許容上限値約２６ｎｍｒｍｓ と比較して非常に小さい。従って、光学素子はさらに形状精度の高いものが要求される。
【００１２】
Ｘ線露光装置の場合、光学系は全て反射鏡であることが好ましい。反射面の形状誤差は、屈折の場合の半分の値が必要であるため、反射面の数をＮ とすると、必要な形状誤差は収差の１／（２Ｎ１／２ ）となる。例えば反射面の数を４ とすると、波長１３ｎｍにおける形状誤差は０．２３ｎｍｒｍｓ となる。
このように、Ｘ線投影露光装置は、結像光学系２の収差として極めて小さな値が要求され、そのため、光学素子の形状精度もｎｍ以下の精度が要求される。この様な結像光学系は、作製することができても、その精度を装置の作動（運転）中も保持することが困難であるという問題点を有している。
【００１３】
即ち、露光装置の作動中に、光学素子の熱変形を含めた様々な原因により収差が変化するが、その変化は、従来の温度制御だけでは抑えることができないという問題点を有している。
以上のように、従来のＸ線投影露光装置においては、装置作動中の収差の変化を抑制することが困難であり、これが原因で装置作動中にＸ線露光装置の解像度が低下するという問題点があった。
【００１４】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、作動中の解像度の低下を防止できるＸ線投影露光装置を提供すること、好ましくはスループットを低下させないで、作動中の解像度の低下を防止できるＸ線投影露光装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明は第一に「少なくとも、Ｘ線源、該Ｘ線源から発生するＸ線をマスク上に照射する照明光学系、該マスクを保持するマスクステージ、該マスクからのＸ線を受けて該マスク上に形成されたパターンをウエハー上に投影結像する投影結像光学系、及び該ウエハを保持するウェハステージを備えたＸ線投影露光装置において、
前記投影結像光学系からのＸ線の収差を測定する収差測定機構と、
前記Ｘ線の収差を低減または解消する収差補正機構と、
を設けたことを特徴とするＸ線投影露光装置（請求項１）」を提供する。
【００１６】
また、本発明は第二に「少なくとも、Ｘ線源、該Ｘ線源から発生するＸ線をマスク上に照射する照明光学系、該マスクを保持するマスクステージ、該マスクからのＸ線を受けて該マスク上に形成されたパターンをウエハー上に投影結像する投影結像光学系、及び該ウエハを保持するウェハステージを備えたＸ線投影露光装置において、
前記投影結像光学系からのＸ線の収差を測定する収差測定機構と、
収差測定時に前記ウェハステージを前記投影結像光学系の結像位置から遠ざけて、前記収差測定機構を前記結像位置またはその付近に配置させ、投影露光時に前記収差測定機構を前記結像位置またはその付近から遠ざけて、前記ウェハステージを前記結像位置に配置させる移動機構と、
前記Ｘ線の収差を低減または解消する収差補正機構と、
を設けたことを特徴とするＸ線投影露光装置（請求項２）」を提供する。
【００１７】
また、本発明は第三に「前記収差測定機構が前記ウエハステージに固定され、該ウエハステージが前記移動機構を兼ねていることを特徴とする請求項２記載のＸ線投影露光装置（請求項３）」を提供する。
また、本発明は第四に「前記収差測定機構がＸ線空間像の測定器であることを特徴とする請求項１〜３記載のＸ線投影露光装置（請求項４）」を提供する。
【００１８】
また、本発明は第五に、「前記収差補正機構は少なくとも、前記投影結像光学系を構成する光学素子の位置及び形状の調整、前記マスクの形状の調整、または前記ウエハの形状の調整を行うことにより前記Ｘ線の収差を低減または解消することを特徴とする請求項１〜４記載のＸ線投影露光装置（請求項５）」を提供する。
【００１９】
また、本発明は第六に「前記収差測定機構、移動機構及び収差補正機構の動作を制御する制御機構をさらに設けたことを特徴とする請求項１〜５記載のＸ線投影露光装置（請求項６）」を提供する。
また、本発明は第七に「前記制御機構は、前記ウエハを交換する時間内、または装置をメンテナンスする時間内に、前記収差測定機構、移動機構及び収差補正機構を動作させることを特徴とする請求項６記載のＸ線投影露光装置（請求項７）」を提供する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明にかかる露光装置（一例）の構成（一部）を示すブロック図である。
図１の露光装置は、Ｘ線源、該Ｘ線源から発生するＸ線をマスク１上に照射する照明光学系（不図示）、マスク１のステージ１１、マスク１からのＸ線９を受けてマスク１上に形成されたパターンをウエハ３上に投影結像する投影結像光学系２、ウエハ３のステージ１２、結像光学系２からのＸ線９’の収差を測定する収差測定機構５、収差測定時に前記ウェハステージ１２を前記投影結像光学系２の結像位置から遠ざけて、前記収差測定機構５を前記結像位置またはその付近に配置させ、投影露光時に前記収差測定機構５を前記結像位置またはその付近から遠ざけて、前記ウェハステージ１２を前記結像位置に配置させる移動機構４、前記Ｘ線９’の収差を補正する収差補正機構６、７、８、前記収差測定機構５、移動機構４及び収差補正機構６、７、８の動作を制御する制御機構１３を有する。
【００２１】
収差測定機構５は、通常（収差測定を行わないとき）はウエハステージ１２の下部或いは隣接する位置に配置されている。そして、収差を測定するときは、図３に示すように、移動機構４により、ウエハステージ１２を結像光学系２の結像位置以外にスライドさせて、収差測定機構５を前記結像位置またはその付近に移動させる。さらに、結像光学系２を透過したＸ線９’を、収差測定機構５に導入することにより、収差を測定する。
【００２２】
また、図２は、本発明にかかる露光装置（別の一例）の構成（一部）を示すブロック図であり、本発明にかかる露光装置の別の一例を示している。
図２の露光装置は、Ｘ線源、該Ｘ線源から発生するＸ線をマスク１上に照射する照明光学系（不図示）、マスク１のステージ１１、マスク１からのＸ線９を受けてマスク１上に形成されたパターンをウエハ３上に投影結像する投影結像光学系２、ウエハ３のステージ１２、結像光学系２からのＸ線９’の収差を測定する収差測定機構５、前記Ｘ線９’の収差を補正する収差補正機構６、７、８、前記収差測定機構５、収差補正機構６、７、８及びウェハステージ１２の動作を制御する制御機構１３を有する。
【００２３】
収差測定機構５は、ウエハステージ１２に固定されており、ウエハステージとともにその位置を移動する。そして、収差を測定するときは、図４に示すように、ウエハステージ１２を結像光学系２の結像位置以外にスライドさせると同時に、収差測定機構５を前記結像位置付近に移動させる。さらに、結像光学系２を透過したＸ線９’を、収差測定機構５に導入することにより、収差を測定する。
【００２４】
即ち、図２の露光装置では、ウエハステージ１２自身が収差測定時にウェハステージ１２を前記投影結像光学系２の結像位置から遠ざけて、前記収差測定機構５を前記結像位置またはその付近に配置させ、投影露光時に前記収差測定機構５を前記結像位置またはその付近から遠ざけて、ウェハステージ１２を前記結像位置に配置させる移動機構としての機能を果たしている。
【００２５】
本発明にかかる収差測定機構５としては、露光光自体の収差を測定するために測定精度が高い、例えばＸ線空間像測定装置が好ましい（請求項４）。
Ｘ線空間像測定装置は、マスクパターンのＸ線像を検出器上に結像させて、その強度分布を測定するものであり、強度分布を計算値と比較することにより収差を知ることができる。
【００２６】
収差測定機構５による測定から、収差が許容上限値よりも大きいことが判明したら、収差を低減または解消するように補正する。収差は、主に投影結像光学系２を構成する光学素子の形状変化および位置変化により生じるので、収差を補正するためには、形状および位置を元に戻してやることが好ましい。
そこで、収差を補正するためには、例えば、収差補正機構として、投影結像光学系２を構成する光学素子の形状および位置を調整する光学系調整機構６を設ければよい。
【００２７】
光学系調整機構６は、例えば図５に示すように、光学素子（例えば、反射鏡１４）の周囲にピエゾ素子等のアクチュエータ１５を配置したものであり、アクチュエータ１５を用いて光学素子に所望の応力を加えることにより、位置及び形状を変えることができる。
収差の補正は、このように光学系調整機構６を用いて光学素子の形状および位置を変える方法により可能であるが、この方法に限らない。
【００２８】
例えば、収差により像に歪みが生じた場合は、その歪みを補正するようにマスク１及び／またはウエハ３の形状を変形させてもよい。また、像面湾曲のように像面が光軸方向にゆがんだ場合にも、マスク１及び／またはウエハ３を湾曲させることにより、補正することが可能である。
このような場合は、収差補正機構として、マスク１の形状を調整するマスク調整機構７、及び／またはウエハ３の形状を調整するウエハ調整機構８を設けてやればよい。かかる調整機構においても、マスク１及び／またはウエハ３の周囲に例えばアクチュエータを配置して、マスク１及び／またはウエハ３に応力を加えて変形させてやればよい。
【００２９】
図１の装置では、三つの収差補正機構（光学系調整機構６、マスク調整機構７、ウエハ調整機構８）を配置したが、収差補正機構が必ずしも三つ必要であるとは限らない。例えば、光学系調整機構６による補正だけで収差の補正が可能であるならば、他の収差補正機構７、８は設けなくてもよい。即ち、必要に応じて収差補正機構を設ければよい。
【００３０】
以上述べたように、本発明によるＸ線露光装置によれば、投影結像光学系２からのＸ線９’の収差を測定し、さらに該収差を補正することが可能である。
また、本発明によるＸ線露光装置では、収差測定している間、Ｘ線９’がウエハ
３上に入射しないため露光はできない。一方、収差測定は、露光装置のスループットを低下させずに行うのが好ましい。従って、収差測定は露光を行わない時間に行うことが好ましい。
【００３１】
露光を行わない時としては、例えば、ウエハ３を交換する時間がある。従来の露光装置では、これらの時間において、光源を停止するか、或いは露光光をシャッターで遮蔽していた。
即ち、これらの時間では露光を行わないので、本発明のように、結像位置に収差測定機構を配置しても問題はない。
【００３２】
従って、スループットを低下させないために、ウエハ交換時間内に収差を測定することが好ましい。
さらに、収差変動が小さくて例えば１日に１回測定すれば十分な場合には、測定時間がスループットに及ぼす影響は極めて小さいため、メンテナンス時間等に測定しても良い。
【００３３】
即ち、本発明にかかる露光装置には、ウエハを交換する時間内、または装置をメンテナンスする時間内に、前記収差測定機構、移動機構、及び収差補正機構を動作させる制御機構を設けることが好ましい（請求項７）。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００３４】
【実施例】
＜第一実施例＞
図１は、本実施例のＸ線投影露光装置の構成を示すブロック図である。
図１の露光装置は、Ｘ線源、該Ｘ線源から発生するＸ線をマスク１上に照射する照明光学系（不図示）、マスク１のステージ１１、マスク１からのＸ線９を受けてマスク１上に形成されたパターンをウエハ３上に投影結像する投影結像光学系２、ウエハ３のステージ１２、結像光学系２からのＸ線９’の収差を測定する収差測定機構５、前記Ｘ線９’の収差を補正する収差補正機構６、７、８、前記収差測定機構５、収差補正機構６、７、８及びウェハステージ１２の動作を制御する制御機構１３を有する。
【００３５】
本装置は、光源としてレーザープラズマＸ線源を用い、Ｘ線を照明装置を介してマスク１に照射する。露光波長は１３ｎｍとし、またマスク１は反射型のものを用いた。マスク１で反射したＸ線９は、結像光学系２を透過してウエハ３上に到達し、マスクパターンがウエハ３上に縮小転写される。
結像光学系２は４枚の反射鏡で構成され、それぞれの反射鏡には温度調節機構が設けてあり、露光時でも温度の変化が０．１ ℃以下に保たれる。さらに、露光装置は恒温チャンバー内に置かれ、温度の変化が０．１ ℃以下に抑えられるようになっている。
【００３６】
収差測定機構５は、露光中はウエハステージ１２の下部或いは隣接する位置に配置されている。そして、ウエハ交換中に、図３に示すように、移動機構４により、ウエハステージ１２を結像光学系２の結像位置以外にスライドさせて、収差測定機構５を前記結像位置付近に移動させる。さらに、結像光学系２を透過したＸ線９’を、収差測定機構５に導入することにより、収差を測定する。収差測定機構５は、Ｘ線空間像評価装置で構成され、結像光学系２からのＸ線９’の収差が測定できる。
【００３７】
露光装置の作動中は収差が変化するので、測定値が０．９ｎｍｒｍｓを超えた場合には、制御機構１３を用いて収差補正機構である光学系調整機構６、マスク調整機構７、ウエハ調整機構８の動作を制御することにより収差の補正を行う。
本実施例の露光装置を用いて露光すると、最小サイズ０．１ μｍのレジストパターンが作製でき、さらに、２４時間以上の長時間運転においてもレジストパターンの断面形状に劣化は認められないことが分かった。
【００３８】
一方、収差測定機構、移動機構、収差補正機構を設けていない従来の露光装置による露光の場合は、運転開始後、徐々にレジストパターンの断面形状が劣化し、さらに、０．１ μｍサイズのパターンは形成されなくなってしまった。
＜第二実施例＞
図２は、本実施例のＸ線投影露光装置の構成を示すブロック図である。
【００３９】
図２の露光装置は、Ｘ線源、該Ｘ線源から発生するＸ線をマスク１上に照射する照明光学系（不図示）、マスク１のステージ１１、マスク１からのＸ線９を受けてマスク１上に形成されたパターンをウエハ３上に投影結像する投影結像光学系２、ウエハ３のステージ１２、結像光学系２からのＸ線９’の収差を測定する収差測定機構５、前記Ｘ線９’の収差を補正する収差補正機構６、７、８、前記収差測定機構５、収差補正機構６、７、８及びウェハステージ１２の動作を制御する制御機構１３を有する。
【００４０】
本装置は、光源としてレーザープラズマＸ線源を用い、Ｘ線を照明装置を介してマスク１に照射する。露光波長は１３ｎｍとし、またマスク１は反射型のものを用いた。マスク１で反射したＸ線９は、結像光学系２を透過してウエハ３上に到達し、マスクパターンがウエハ３上に縮小転写される。
結像光学系２は４ 枚の反射鏡で構成され、それぞれの反射鏡には温度調節機構が設けてあり、露光時でも温度の変化が０．１ ℃以下に保たれる。さらに、露光装置は恒温チャンバー内に置かれ温度の変化が０．１ ℃以下に抑えられるようになっている。
【００４１】
収差測定機構５は、ウエハステージ１２に固定されており、ウエハステージ１２とともにその位置を移動する。そして、ウエハ交換中に、図４に示すように、ウエハステージ１２を結像光学系２の結像位置以外にスライドさせると同時に、収差測定機構５を該結像位置付近に移動させる。
さらに、結像光学系２を透過したＸ線９’を、収差測定機構５に導入することにより、収差を測定する。収差測定機構５は、Ｘ線空間像評価装置で構成され、結像光学系２の収差が測定できる。
【００４２】
即ち、本実施例の露光装置では、ウエハステージ１２自身が収差測定時にウェハステージ１２を前記投影結像光学系２の結像位置から遠ざけて、前記収差測定機構５を前記結像位置またはその付近に配置させ、投影露光時に前記収差測定機構５を前記結像位置またはその付近から遠ざけて、ウェハステージ１２を前記結像位置に配置させる移動機構としての機能を果たしている。
【００４３】
露光装置の作動中は収差が変化するので、測定値が０．９ｎｍｒｍｓを超えた場合には、制御機構１３を用いて収差補正機構である光学系調整機構６、マスク調整機構７、ウエハ調整機構８の動作を制御することにより収差の補正を行う。
本実施例の露光装置を用いて露光すると、最小サイズ０．１ μｍのレジストパターンが作製でき、さらに、２４時間以上の長時間運転においてもレジストパターンの断面形状に劣化は認められないことが分かった。
【００４４】
一方、収差測定機構５、移動機構、収差補正機構６、７、８を設けていない従来の露光装置による露光の場合は、運転開始後、徐々にレジストパターンの断面形状が劣化し、さらに、０．１ μｍサイズのパターンは形成されなくなってしまった。
【００４５】
【発明の効果】
以上の如く、本発明（第１〜第７発明）によれば、装置作動中の解像度の低下を防止できる。また、本第７発明によれば、スループットを低下させないで、装置作動中の解像度の低下を防止できる。
即ち、本発明の露光装置は（特に第７発明の装置では、そのスループットを低下させずに）、Ｘ線の収差を測定することができ、さらにその測定結果に基づいて収差を補正することができる。
【００４６】
そのため、本発明の露光装置は長時間の作動中、高い解像力を維持することができるので、微細なレジストパターンを作製し続けることができる。また、収差の測定は露光光自体を測定するため、測定精度が高い。
本第７発明の装置では、収差の測定をウエハを交換する時間、メンテナンス時間等の露光しない時間に行うので、スループットは従来の露光装置と同じく、高スループットを維持できる。従って、高いスループットで、マスクのパターンを忠実に基板上に転写することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明にかかるＸ線投影露光装置（一例）の構成（一部）を示すブロック図である。
【図２】は、本発明にかかるＸ線投影露光装置（別の一例）の構成（一部）を示すブロック図である。
【図３】は、本発明にかかるＸ線投影露光装置（一例）における収差測定プロセスを示す図である（ａは露光時を示す図、ｂはウエハステージ１２及び収差測定機構５の移動時を示す図、ｃは収差測定時を示す図である）。
【図４】は、本発明にかかるＸ線投影露光装置（別の一例）における収差測定プロセスを示す図である（ａは露光時を示す図、ｂはウエハステージ１２及び収差測定機構５の移動時を示す図、ｃは収差測定時を示す図である）。
【図５】は、本発明にかかるＸ線投影露光装置の収差補正機構としての光学系調整機構（一例）の構成図である。
【図６】は、従来のＸ線投影露光装置（一例）の構成（一部）を示すブロック図である。
【主要部分の符号の説明】
１．．．マスク
２．．．投影結像光学系
３．．．ウエハ
４．．．移動機構
５．．．収差測定機構
６．．．光学系調整機構（収差補正機構の一例）
７．．．マスク調整機構（収差補正機構の一例）
８．．．ウエハ調整機構（収差補正機構の一例）
９．．．マスクからのＸ線
９’．．．投影結像光学系からのＸ線
１０．．．配線
１１．．．マスクステージ
１２．．．ウエハステージ
１３．．．制御機構
１４．．．反射鏡
１５．．．アクチュエータ
１６．．．反射鏡ホルダー
以上
Claims (7)
- 少なくとも、Ｘ線源、該Ｘ線源から発生するＸ線をマスク上に照射する照明光学系、該マスクを保持するマスクステージ、該マスクからのＸ線を受けて該マスク上に形成されたパターンをウエハー上に投影結像する投影結像光学系、及び該ウエハを保持するウェハステージを備えたＸ線投影露光装置において、
前記投影結像光学系からのＸ線の収差を測定する収差測定機構と、
前記Ｘ線の収差を低減または解消する収差補正機構と、
を設けたことを特徴とするＸ線投影露光装置。 - 少なくとも、Ｘ線源、該Ｘ線源から発生するＸ線をマスク上に照射する照明光学系、該マスクを保持するマスクステージ、該マスクからのＸ線を受けて該マスク上に形成されたパターンをウエハー上に投影結像する投影結像光学系、及び該ウエハを保持するウェハステージを備えたＸ線投影露光装置において、
前記投影結像光学系からのＸ線の収差を測定する収差測定機構と、
収差測定時に前記ウェハステージを前記投影結像光学系の結像位置から遠ざけて、前記収差測定機構を前記結像位置またはその付近に配置させ、投影露光時に前記収差測定機構を前記結像位置またはその付近から遠ざけて、前記ウェハステージを前記結像位置に配置させる移動機構と、
前記Ｘ線の収差を低減または解消する収差補正機構と、
を設けたことを特徴とするＸ線投影露光装置。 - 前記収差測定機構が前記ウエハステージに固定され、該ウエハステージが前記移動機構を兼ねていることを特徴とする請求項２記載のＸ線投影露光装置。
- 前記収差測定機構がＸ線空間像の測定器であることを特徴とする請求項１〜３記載のＸ線投影露光装置。
- 前記収差補正機構は少なくとも、前記投影結像光学系を構成する光学素子の位置及び形状の調整、前記マスクの形状の調整、または前記ウエハの形状の調整を行うことにより前記Ｘ線の収差を低減または解消することを特徴とする請求項１〜４記載のＸ線投影露光装置。
- 前記収差測定機構、移動機構及び収差補正機構の動作を制御する制御機構をさらに設けたことを特徴とする請求項１〜５記載のＸ線投影露光装置。
- 前記制御機構は、前記ウエハを交換する時間内、または装置をメンテナンスする時間内に、前記収差測定機構、移動機構及び収差補正機構を動作させることを特徴とする請求項６記載のＸ線投影露光装置。
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