JP3862347B2 - Ｘ線縮小露光装置およびこれを利用したデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型のマスク上に描かれたＬＳＩ等のパターンをＸ線等の放射線を用いてウェハ上に縮小投影露光する装置や、これを利用したデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＬＳＩ等の固体素子デバイスの集積度及び動作速度向上のため、固体素子の回路パターンの微細化が進んでいる。これらの回路パターンの形成には、現在、露光光源を真空紫外とする縮小投影露光装置が広く用いられている。この露光装置の解像度は、ほぼ露光波長λと投影光学系の開口数ＮＡとに依存する。そこで、開口数ＮＡを大きくすることで、解像限界を向上させていた。しかし、焦点深度の減少と屈折光学系設計、製造技術の困難さから、解像限界の向上は限界に近付きつつあるため、露光波長λを短くすることが行われている。例えば、露光波長λは、水銀ランプのｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）からｉ線（λ＝３６５ｎｍ）、さらにＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）へ移行してきている。露光波長の短波長化で解像度は向上するが、露光に用いる紫外線の波長の大きさからくる原理的な限界によって、従来の光露光技術の延長では０．１μｍ以下の解像度を得ることは困難である。
【０００３】
そこで、上記のような背景のもとに、近年、真空紫外または軟Ｘ線を露光光源としたＸ線縮小投影露光法が注目を浴びている。図１１は、従来のＸ線縮小露光装置の光学系を示す図である。従来のＸ線縮小露光装置は、図１１に示すように、Ｘ線源１０２から発せられた真空紫外線または軟Ｘ線は、凸面全反射鏡１０３及び凹面多層膜反射鏡１０４で反射し、照明光として反射型マスク１０５を照明する構成となっている。反射型マスク１０５には、真空紫外線または軟Ｘ線を正反射できる多層膜が所定のパターンで形成されている。反射型マスク１０５で反射した真空紫外線または軟Ｘ線は、縮小投影光学系１０６を経て露光光としてウェハ１０７上に到達し、ウェハ１０７に所定のパターンが結像される。
【０００４】
反射型マスク１０５及びウェハ１０７は、それぞれマスクステージ（不図示）、ウェハステージ（不図示）に搭載される。露光、照明に用いる真空紫外線または軟Ｘ線の波長はおよそ４ｎｍ〜２０ｎｍであるので、露光光の波長の大きさからくる原理的な解像度は向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のＸ線縮小露光装置では、例えば半導体記憶素子の回路パターンを形成する場合のように、大口径のウェハを用いた場合には、ウェハをステップ移動して複数のパターンを露光する際に、ウェハの位置によってはウェハが反射型マスクへの入射光路を遮ってしまう場合がある。それを回避するためには、ウェハをマスクから遠く離れた位置に設置することが考えられる。しかし、このような配置では装置が極端に大型化してしまう。特に、Ｘ線縮小露光装置に用いられるＸ線は軟Ｘ線と呼ばれる領域のＸ線であり、光学系の全体または大部分を真空中に設置する必要があるので、装置の大型化は技術的にも経済的にも大きな問題となる。従って、ウェハの後方にあるＸ線源からＸ線を照射する構成で、量産を目的とした分割露光装置いわゆるステッパを実現することは、事実上困難である。
【０００６】
そこで本発明は、大口径のウェハを用いた場合であっても、コンパクトな構成でありながらマスクへの照明光が遮られるのを防止するＸ線縮小露光装置を提供することを目的とする。また本発明は、上記Ｘ線縮小露光装置を用いることで、大型の容易に製造可能とするデバイス製造方法を提供することを第２の目的とする。
【０００７】
【課題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Ｘ線縮小露光装置は、Ｘ線源から放射されたＸ線で、反射型のマスクおよび該マスクに対向配置されたウェハを相対的に走査しつつ、前記マスクのパターンを前記ウェハに露光するＸ線縮小露光装置であって、前記マスクのパターンの像を前記ウェハに縮小投影する投影光学系と、前記マスクと前記ウェハとの間に配置され、前記Ｘ線を前記マスクの手前で反射して前記マスクに導く折り曲げミラーと、前記マスクと前記ウェハとの間に配置され、前記Ｘ線を前記折り曲げミラーに導く反射ミラーと、を有し、前記折り曲げミラーへの前記Ｘ線の主光線の入射角が、前記マスクへの前記Ｘ線の主光線の入射角よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
上記のとおり構成された本発明のＸ線縮小露光装置では、マスクとウェハとの間に反射ミラーおよび折り曲げミラーが配置され、Ｘ線源からのＸ線は、反射ミラーで反射された後、折り曲げミラーで反射されてマスクに入射される。そして、マスクに入射されたＸ線はマスクで反射され、Ｘ線縮小投影光学系を介してウェハに縮小投影されて、マスクのパターンがウェハに転写される。このように、照明光学系においてマスクとウェハとの間に折り曲げミラーを配置することで、大口径のウェハを用いた場合であってもマスクへの入射光が遮られることはなく、しかも、装置が大型化することもない。
【０００９】
実際に折り曲げミラーを配置するに際しては、例えば、マスクから折り曲げミラーのマスクで反射されたＸ線の光路に近い側の端までの距離をＬ、マスクとウェハとの距離をＤ、Ｘ線のマスク上での照射幅をｄ、照射幅ｄの一端でのＸ線の入射角をδ１、他端でのＸ線の入射角をδ２としたとき、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／（ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２）
なる関係式を満たす範囲に折り曲げミラーを配置することにより、マスクでの反射光が折り曲げミラーで遮られることはない。
【００１０】
特に、後述する実施例に示すように、光学系の開口角を考慮して折り曲げミラーを配置することにより、折り曲げミラーの配置位置がより厳密に設定される。さらに、折り曲げミラーの端からＸ線反射領域までの距離を考慮して折り曲げミラーを配置し、折り曲げミラーの反射率の良好な部分を使用するようにすることにより、マスクの照明むらが防止される。
【００１１】
また、本発明のＸ線縮小露光装置は、マスクとウェハとが相対的に走査され、ウェハの複数の領域に、それぞれマスクのパターンを並べて転写するものであってもよい。この場合、マスクとウェハとはステップ・アンド・スキャン・シーケンスによって相対的に走査されるのが好ましい。
【００１２】
さらに、前記折り曲げミラーは平面型の多層膜反射ミラーであってもよく、この場合には、Ｘ線の照射による折り曲げミラーの発熱を防止するために、折り曲げミラーの反射面の裏面側に冷却手段を設けるのが好ましい。
【００１３】
本発明のデバイス製造方法は、表面に感光剤が塗布されたウェハにマスクのパターンを露光する工程を有するデバイス製造方法において、
上記本発明の記載のＸ線縮小露光装置を用いて前記パターンを露光する。
【００１４】
これにより、大口径のウェハを用いてもマスクへの入射光が遮られなくなるので、大型のデバイスを製造できるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下では放射線として軟Ｘ線を用いた例を示すが、これに限らず、真空紫外線であってもよい。
【００１６】
図１は、本発明のＸ線縮小露光装置の一実施例の光学系の配置を示す図である。図１に示した露光装置は１／５縮小露光の装置であり、アンジュレータやシンクロトロンなどのＸ線源２から発せられたＸ線ビーム１２が凸面全反射鏡及３び凹面多層膜反射鏡４で反射される点、及び、反射型のＸ線マスク１３で反射されたＸ線ビーム１２が縮小投影光学系６を経てウェハ７上に到達される点は、図１１に示したＸ線縮小露光装置と同様である。Ｘ線マスク１３とウェハ７とは、それぞれステージ（不図示）に搭載保持されて、距離Ｄをおいて対向配置される。そして、このような構成で、Ｘ線マスク１３を保持するステージとウェハ７を保持するステージとを適切な速度で相対的に走査することにより、Ｘ線マスク１３の必要領域のパターンが、ウェハ７の複数のショット領域のうちの１つに転写される。ある領域への転写の後は、ウェハ７がステップ移動され、別のショット領域へのパターン転写を行う。これを繰り返し行う、いわゆるステップ・アンド・スキャン・シーケンスによって、ウェハ７に複数のパターンを並べて転写する。
【００１７】
本実施例のＸ線縮小露光装置の特徴の１つは、凹面多層膜反射鏡４とＸ線マスク１３との間に折り曲げミラー１１が配置され、凹面多層膜反射鏡４で反射されたＸ線ビーム１２が、折り曲げミラー１１で反射された後、Ｘ線マスク１３に入射される点である。
【００１８】
Ｘ線マスク１３と折り曲げミラー１１との位置関係について図２を参照して説明する。図２において、Ｘ線マスク１３上でのＸ線ビーム１２の照射幅をｄ、Ｘ線マスク１３上での照射幅ｄの上端でのＸ線ビーム１２の入射角をδ１、Ｘ線マスク１３上での照射幅ｄの下端でのＸ線ビーム１２の入射角をδ２、Ｘ線マスク１３から、折り曲げミラー１１のＸ線マスク１３で反射されたＸ線ビーム１２の光路に近い側の端までの距離をＬとする。Ｘ線ビーム１２の光軸の、Ｘ線マスク１３からの反射角は、Ｘ線マスク１３への入射角δ１，δ２と同じである。
【００１９】
前述したように、図１に示した光学系は、その全体または大部分を真空中に設置する必要があるため、真空チャンバの容積をより小さくするためには、折り曲げミラー１１は、よりＸ線マスク１３に近い位置に設置することが望ましい。また、Ｘ線マスク１３で反射される像のひずみを発生させないようにするためには、Ｘ線マスク１３へのＸ線ビーム１２の入射角δ１，δ２は小さい方が望ましい。ところが、これらの条件のみを考慮して折り曲げミラー１１を配置した場合、Ｘ線マスク１３で反射したＸ線ビーム１２の光路を折り曲げミラー１１が遮ってしまうことがある。
【００２０】
ここで、照射幅ｄの下端へ入射されるＸ線ビーム１２と照射幅ｄの上端で反射されたＸ線ビーム１２が、Ｘ線マスク１３から距離Ｌ’離れた位置で交差するとすると、
ｄ／Ｌ’＝ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２
となり、この距離Ｌ’より大きい距離に折り曲げミラー１１を配置する必要がある。ここから、
Ｌ＞ｄ／（ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２）
という条件式が導き出される。すなわち、Ｘ線マスク１３から折り曲げミラー１１までの距離Ｌがｄ／（ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２）よりも大きくなるように折り曲げミラー１１を配置すれば、折り曲げミラー１１がＸ線マスク１３での反射光の光路を遮ることはない。
【００２１】
一方、折り曲げミラー１１をウェハ７の後方、すなわちＸ線マスク１３に対してウェハ７よりも遠い位置に配置すると、従来のＸ線縮小露光装置と同様に、ウェハ７の移動によりウェハ７がＸ線マスク１３への入射光路を遮ってしまう場合がある。そこで、これを防止するためには、折り曲げミラー１１をＸ線マスク１３に対してウェハ７よりも近い位置に配置すればよく、ここからＤ＞Ｌという条件式が導き出される。
【００２２】
従って、上記の２つの条件式を満たす位置、つまり、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／（ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２）
となる位置に折り曲げミラー１１を配置することで、大口径のウェハ７を用いウェハ７を移動させながら露光を行う場合であっても、Ｘ線ビーム１２の光路が折り曲げミラー１１やウェハ７に遮られることのないＸ線縮小露光装置が達成される。また、上記の式から明らかなように、折り曲げミラー１１はＸ線マスク１３とウェハ７との間に配置されることになるので、装置が大型化することはない。
【００２３】
特に、Ｘ線ビーム１２が平行光となってＸ線マスク１３に入射され、δ１＝δ２＝δである場合には、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／（２ｔａｎδ）
を満たす位置に、折り曲げミラー１１を配置すればよい。
【００２４】
本例では、Ｘ線マスク１３とウェハ７との距離Ｄを８００ｍｍ、Ｘ線マスク１３上でのＸ線ビーム１２の照射領域を幅ｄが２５ｍｍ、長さが２００ｍｍのスリット状の領域とした。また、Ｘ線マスク１３へのＸ線ビーム１２の入射角δ１，δ２は、照射幅ｄの上端と下端とで等しく、δ＝２°とした。これより、ｄ／２ｔａｎδ＝３５８ｍｍとなるので、折り曲げミラー１１は、Ｘ線マスク１３からの距離Ｌが３５８ｍｍ〜８００ｍｍの範囲に設置すればよい。本例ではＬ＝４００ｍｍとした。
【００２５】
上述した例では、光学系の開口角について考慮していないが、以下に、開口角を考慮した場合の折り曲げミラーの設置条件について、図３及び図４を参照して説明する。ここで、Ｘ線光源からＸ線マスク１３までの光学系を照明系、Ｘ線マスク１３からウェハまでの光学系を露光系とし、図３において、Ｘ線マスク１３へのＸ線ビーム１２の光軸の入射角をθ、照明系の開口角の半角をφ１、露光系の開口角の半角をφ２とする。一般的に、照明系の開口角は露光系の開口角よりも小さく設計される。
【００２６】
図４に示すように、露光装置の光学系は、ある開口をもった照明系からのＸ線ビーム１２がＸ線マスク１３上で結像するようにＸ線マスク１３に角度θで照射され、そこからの出射光を、不図示の露光系の開口をもって集光しウェハ上に結像させる。図４において、４１はＸ線ビーム１２の主光線、４２は照明系の開口端からの光路、４３は露光系の開口端への光路を示す。図４では、Ｘ線ビーム１２の光軸部分を図示しているが、露光装置では図２に示したように、照明光はＸ線マスクを照射する際に幅ｄを持たせて照射することになる。
【００２７】
その様子を図３を用いて説明する。図３において、３１，３３は、それぞれＸ線マスク１３が照明される照射幅ｄの上端、下端に入出射するＸ線ビーム１２の主光線を示し、３２は照射幅ｄの下端に照射する主光線３１に対してφ２の角度を持つ照明系の開口端の光路、３４は照射幅ｄの上端から出射される主光線３３に対してφ１の角度を持つ露光系の開口端の光路を示す。本例では、照射幅ｄの上端及び下端の主光線３１，３３は、ほぼ平行である。
【００２８】
Ｘ線ビーム１２は、折り曲げミラー１１で反射されて、Ｘ線マスク１３にθの角度で入射し、主光線３１，３３は同じ角度で出射して露光光学系を経てウェハに照射される。ここで、Ｘ線マスク１３から、折り曲げミラー１１のＸ線マスク１３で反射されたＸ線ビーム１２に近い側の端までの距離Ｌは、Ｘ線マスク１３への入射光線とＸ線マスク１３からの出射光線との関係から、制約を受けることになる。つまり、図２で説明した考え方を適用すれば、照射幅ｄの下端へ入射されるＸ線ビーム１２と照射幅ｄの上端で反射されたＸ線ビーム１２とが交差するときのＸ線マスク１３と折り曲げミラー１１との距離をＬ’としたとき、
ｄ／Ｌ’＝ｔａｎ（θ−φ１）＋ｔａｎ（θ−φ２）
となる。従って、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／｛ｔａｎ（θ−φ１）＋ｔａｎ（θ−φ２）｝
の関係式を満たす範囲内に折り曲げミラー１１を配置することで、大口径のウェハを用いウェハをステップ・アンド・スキャン・シーケンスで移動させながら露光を行う場合であっても、装置を大型化せずに、Ｘ線ビーム１２の光路が折り曲げミラー１１やウェハに遮られることのないＸ線縮小露光装置が達成される。しかも、光学系の開口角を考慮した、折り曲げミラー１１の配置位置のより厳密な設定が可能となる。
【００２９】
本例では、Ｘ線マスク１３とウェハとの距離Ｄを８００ｍｍ、Ｘ線マスク１３上でのＸ線ビーム１２の照射領域を幅ｄが２５ｍｍ、長さが２００ｍｍのスリット状の領域とした。また、Ｘ線マスク１３へのＸ線ビーム１２の光軸の入射角θを４°、照明系の開口角の半角φ１を３°、露光系の開口角の半角φ２を
２°とした。これより、ｄ／｛ｔａｎ（θ−φ１）＋ｔａｎ（θ−φ２）｝＝４７７．３ｍｍとなるので、折り曲げミラー１１は、Ｘ線マスク１３からの距離Ｌが４７７．３ｍｍ〜８００ｍｍの範囲に設置すればよい。本例ではＬ＝５００ｍｍとした。
【００３０】
次に、本発明の他の実施例を、図５を用いて説明する。本例では、露光光学系を横切って照明光がＸ線マスク１３に入射される場合を示す。この場合、上述した例とは折り曲げミラー１１の向きが異なっているが、Ｘ線マスク１３から、折り曲げミラー１１のＸ線マスク１３で反射されたＸ線ビームの光路に近い側の端までの距離をＬとしたとき、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／（ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２）
の関係式を満たす位置に、折り曲げミラー１１が配置される。図５には示されていないが、ｄはＸ線マスク１３上でのＸ線ビームの照射幅、δ１はＸ線マスク１３の照射幅ｄの上端でのＸ線ビームの入射角、δ２はＸ線マスク１３の照射幅ｄの下端でのＸ線ビームの入射角を示す。特に、Ｘ線マスク１３にＸ線ビームが平行に入射され、δ１＝δ２＝δであるときには、折り曲げミラー１１は、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／（２ｔａｎδ）
の関係式を満たす位置に配置される。
【００３１】
なお、Ｘ線源２、凸面全反射鏡３、凹面多層膜反射鏡４及び縮小投影光学系６は、図１に示したものと同様のものであるので、その説明は省略する。
【００３２】
以上説明したように折り曲げミラー１１を配置することで、大口径のウェハ７を用いウェハ７をステップ・アンド・スキャン・シーケンスで移動させながら露光を行う場合であっても、装置を大型化せずに、Ｘ線ビーム１２の光路が折り曲げミラー１１やウェハ７に遮られることのないＸ線縮小露光装置が達成される。
【００３３】
図６は、本発明のＸ線縮小露光装置のさらに別の実施例の光学系の配置を示す図である。この露光装置は１／５縮小露光のステップ・アンド・スキャン型露光装置であり、図６において、先の実施例と同一の部材については同一の符号を付している。
【００３４】
Ｘ線マスク１３とウェハ７とは、距離Ｄをおいて対向配置される。そして、このような構成でＸ線マスク１３をスリット状に照射し、Ｘ線マスク１３とウェハ７とを適切な速度で相対的に走査及びステップ移動を繰り返すことにより、ウェハ７にＸ線マスク１３のパターンが複数並べられて転写される。ここで、Ｘ線源２からＸ線マスク１３までの光学系を照明系、Ｘ線マスク１３からウェハ７までの光学系を露光系とする。
【００３５】
本実施例のＸ線縮小露光装置の特徴の１つは、凹面多層膜反射鏡４とＸ線マスク１３との間に、冷却手段が設けられた折り曲げミラー１１が配置され、凹面多層膜反射鏡４で反射されたＸ線ビーム１２が、折り曲げミラー１１で反射された後、Ｘ線マスク１３に入射される点である。また、照明光は、露光光学系を横切って入射される。
【００３６】
折り曲げミラー１１の構成及び配置について図７を参照して説明する。折り曲げミラー１１は平面型の多層膜反射ミラーであり、面粗さがないよう研磨された基板にモリブデンとシリコンの層を交互に１００層重ねたものを用いた。このため、折り曲げミラー１１の周囲数ｍｍの部分は微妙に反射率の低下、もしくは歪を生じてしまうので、その部分は反射領域として使用せず、Ｘ線ビーム１２は、それ以外の部分に入射される。また、Ｘ線ビーム１２の照射による折り曲げミラー１１の発熱を抑えるため、折り曲げミラー１１の反射面の裏面には、冷却ユニット１４が取り付けられている。
【００３７】
なお、図７に示すように、Ｘ線マスク１３から折り曲げミラー１１のＸ線マスク１３で反射されたＸ線ビーム１２の光路に近い側の端までの距離をＬ、折り曲げミラー１１の距離Ｌの基準となる端からＸ線ビーム１２の反射領域までの距離をａ、Ｘ線マスク１３へのＸ線ビーム１２の照射幅をｄ、Ｘ線マスク１３上でのＸ線ビーム１２の照射幅ｄの一方の端（図７に示す下端）へのＸ線ビーム１２の入射角をδ１、同じく照射幅ｄの他方の端（図７に示す上端）へのＸ線ビーム１２の入射角をδ２、折り曲げミラー１１の反射面とＸ線マスク１３の法線とのなす角度をγとする。
【００３８】
図８に示すように、折り曲げミラー１１の端がＸ線マスク１３から出射されたＸ線ビーム１２と交差するときの、Ｘ線マスク１３から折り曲げミラー１１の端までの距離をＬ０とすると、Ｘ線ビーム１２の光路が遮られないようにするためには、この距離Ｌ０よりも遠い位置に折り曲げミラー１１を配置する必要がある。図８に示すように、Ｘ線マスク１３の反射領域の中心を通る法線をＶＬとしたとき、法線ＶＬから折り曲げミラー１１の反射領域の端までの距離をｙ１、法線ＶＬから折り曲げミラー１１の端までの距離をｙ２、折り曲げミラー１１の反射領域から端までの距離ａの法線ＶＬ方向の成分をｘとする。なお、図８においては、照射幅ｄの上端へのＸ線ビーム１２の入射角δ２を出射角で示しているが、入射角と出射角とは実質的に等しいので、ここでは、以下の説明を幾何学的に理解し易くするために、入射角δ２を出射位置で示している。
【００３９】
上記の距離関係に着目すると、
ｘ＝ａ×ｃｏｓγ
ｙ１＋ｙ２＝ａ×ｓｉｎγ
で表される。
また、
ｙ１＋ｄ／２＝（Ｌ０−ｘ）×ｔａｎδ１
ｙ２＋ｄ／２＝Ｌ０×ｔａｎδ２
であるので、これらの式から、
【００４０】
【数３】
という関係式が導き出される。
【００４１】
従って、
【００４２】
【数４】
よりも大きい距離に折り曲げミラー１１を配置することにより、折り曲げミラー１１とＸ線ビーム１２の光路とが干渉することはない。
【００４３】
さらに、前述したように、折り曲げミラー１１はＸ線マスク１３に対してウェハ７よりも近い位置に配置する必要がある。
【００４４】
従って、
Ｄ＞Ｌ＞Ｌ０
となる位置に折り曲げミラー１１を配置することによって、装置が大型化することはない。さらに、折り曲げミラー１１の反射領域には、反射率の良好な部分、すなわち折り曲げミラー１１の加工歪み等による反射むらが生じない部分を使用しているので、Ｘ線マスク１３への照明むらもないものとなる。
【００４５】
また、図３及び図４を用いて説明したように照明系及び露光系の開口角を考慮する場合は、
【００４６】
【数５】
という条件式が成り立つ距離Ｌに折り曲げミラー１１を配置する。
【００４７】
本例では、Ｘ線マスク１３とウェハ７との距離Ｄを８００ｍｍ、Ｘ線マスク１３へのＸ線ビーム１２の主光線の入射角を４°、照明系の開口角を６°、露光系の開口角を４°とした。また、折り曲げミラー１１の反射面とＸ線マスク１３の法線とのなす角度γを、露光光学系のそれぞれのミラーが干渉しないようにするために、４０°とした。さらに、折り曲げミラー１１の面精度とＸ線ビーム１２の反射率を測定したところ、周囲から１０ｍｍの領域には表面に微妙なゆがみが観測され、その部分での反射むらが発生するという結果が得られた。そこで、折り曲げミラー１１の端からＸ線ビーム１２の照射領域までの距離ａを１２ｍｍとなるように設定した。この場合、上記の条件式の右辺は６２８ｍｍとなる。距離Ｄは８００ｍｍであるから、折り曲げミラー１１は、Ｘ線マスク１３からの距離Ｌが６２８ｍｍ〜８００ｍｍの範囲に設置すればよい。本例ではＬを７００ｍｍと設定した。
【００４８】
以上説明した本例によれば、大口径のウェハを用いた場合であってもマスクへの入射光が遮られず、しかもマスクに照明むらのないステップ・アンド・スキャン型のＸ線縮小露光装置を、大型化することなく提供することができる。
【００４９】
また、照明系にＸ線ビームの折り曲げミラーを挿入することによって、Ｘ線ビームの入射角度を自由に設定でき、レイアウト上の自由度が向上する。特に、放射源にシンクロトロンを用いた場合には、１つのシンクロトロンリングから放射状に可能な限り多くのビームラインを取り出すレイアウトが好ましいが、ビームラインを増やすほど、隣同士のビームラインの間隔は小さくなる。そのときに、ビームラインから露光装置への入射角を自由に設定できれば、露光装置の設置角度も自由になり、製造工場内での高密度な装置配置が達成できる。
【００５０】
〈デバイス製造方法の実施例〉
次に、上述した露光装置を利用したデバイス製造方法の実施形態を図９および図１０を参照して説明する。
【００５１】
図９は、微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）では、デバイスのパターン設計を行う。ステップ２（マスク作製）では、設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンやガラス等の材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウェハとを用いて、リソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００５２】
図１０は、上記ウェハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハにレジスト（感光剤）を塗布する。ステップ１６（露光）では、上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウェハの複数ショット領域に並べて焼付露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００５３】
本実施形態の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった大型のデバイスを低コストで製造することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したとおり構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【００５５】
本発明のＸ線縮小露光装置は、マスクとウェハとの間に折り曲げミラーを配置し、Ｘ線源からのＸ線をこの折り曲げミラーで反射してマスクに導くようにすることで、装置を大型化することなく、大口径のウェハを用いた場合であってもマスクへの入射光が遮られることを防止することができる。
【００５６】
特に、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／（ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２）
なる関係式を満たす範囲に折り曲げミラーを配置することにより、マスクでの反射光が折り曲げミラーで遮られることを防止できる。また、光学系の開口角を考慮して折り曲げミラーを配置することにより、折り曲げミラーの配置位置をより厳密に設定することができ、さらに、折り曲げミラーの端からＸ線反射領域までの距離を考慮して折り曲げミラーを配置することにより、マスクの照明むらを防止することができる。
【００５７】
本発明のデバイス製造方法は、表面に感光剤が塗布されたウェハにマスクのパターンを露光する工程を有するデバイス製造方法において、上記本発明の記載のＸ線縮小露光装置を用いて前記パターンを露光するので、大口径のウェハを用いてもマスクへの入射光が遮られなくなり、大型のデバイスを製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線縮小露光装置の一実施例の光学系の配置を示す図である。
【図２】図１に示した光学系のＸ線マスクと折り曲げミラーとの位置関係を説明するための図である。
【図３】光学系の開口角を考慮した場合の、Ｘ線マスクへの入射光とＸ線マスクからの反射光の光路の関係を示す図である。
【図４】図３を補足する図である。
【図５】本発明のＸ線縮小露光装置の他の実施例の光学系の配置を示す図である。
【図６】本発明のＸ線縮小露光装置のさらに別の実施例の光学系の配置を示す図である。
【図７】図６に示した光学系の折り曲げミラーの構成及び配置を説明するための図である。
【図８】図６に示した光学系の、折り曲げミラーのＸ線マスクに対する位置関係を説明するための図である。
【図９】デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１０】図９に示したウェハプロセスの詳細な工程を示すフローチャートである。
【図１１】従来のＸ線縮小露光装置の光学系の配置を示す図である。
【符号の説明】
２ Ｘ線源
３ 凸面全反射鏡
４ 凹面多層膜反射鏡
６ 縮小投影光学系
７ ウェハ
１１ 折り曲げミラー
１２ Ｘ線ビーム
１３ Ｘ線マスク
１４ 冷却ユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型のマスク上に描かれたＬＳＩ等のパターンをＸ線等の放射線を用いてウェハ上に縮小投影露光する装置や、これを利用したデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＬＳＩ等の固体素子デバイスの集積度及び動作速度向上のため、固体素子の回路パターンの微細化が進んでいる。これらの回路パターンの形成には、現在、露光光源を真空紫外とする縮小投影露光装置が広く用いられている。この露光装置の解像度は、ほぼ露光波長λと投影光学系の開口数ＮＡとに依存する。そこで、開口数ＮＡを大きくすることで、解像限界を向上させていた。しかし、焦点深度の減少と屈折光学系設計、製造技術の困難さから、解像限界の向上は限界に近付きつつあるため、露光波長λを短くすることが行われている。例えば、露光波長λは、水銀ランプのｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）からｉ線（λ＝３６５ｎｍ）、さらにＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）へ移行してきている。露光波長の短波長化で解像度は向上するが、露光に用いる紫外線の波長の大きさからくる原理的な限界によって、従来の光露光技術の延長では０．１μｍ以下の解像度を得ることは困難である。
【０００３】
そこで、上記のような背景のもとに、近年、真空紫外または軟Ｘ線を露光光源としたＸ線縮小投影露光法が注目を浴びている。図１１は、従来のＸ線縮小露光装置の光学系を示す図である。従来のＸ線縮小露光装置は、図１１に示すように、Ｘ線源１０２から発せられた真空紫外線または軟Ｘ線は、凸面全反射鏡１０３及び凹面多層膜反射鏡１０４で反射し、照明光として反射型マスク１０５を照明する構成となっている。反射型マスク１０５には、真空紫外線または軟Ｘ線を正反射できる多層膜が所定のパターンで形成されている。反射型マスク１０５で反射した真空紫外線または軟Ｘ線は、縮小投影光学系１０６を経て露光光としてウェハ１０７上に到達し、ウェハ１０７に所定のパターンが結像される。
【０００４】
反射型マスク１０５及びウェハ１０７は、それぞれマスクステージ（不図示）、ウェハステージ（不図示）に搭載される。露光、照明に用いる真空紫外線または軟Ｘ線の波長はおよそ４ｎｍ〜２０ｎｍであるので、露光光の波長の大きさからくる原理的な解像度は向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のＸ線縮小露光装置では、例えば半導体記憶素子の回路パターンを形成する場合のように、大口径のウェハを用いた場合には、ウェハをステップ移動して複数のパターンを露光する際に、ウェハの位置によってはウェハが反射型マスクへの入射光路を遮ってしまう場合がある。それを回避するためには、ウェハをマスクから遠く離れた位置に設置することが考えられる。しかし、このような配置では装置が極端に大型化してしまう。特に、Ｘ線縮小露光装置に用いられるＸ線は軟Ｘ線と呼ばれる領域のＸ線であり、光学系の全体または大部分を真空中に設置する必要があるので、装置の大型化は技術的にも経済的にも大きな問題となる。従って、ウェハの後方にあるＸ線源からＸ線を照射する構成で、量産を目的とした分割露光装置いわゆるステッパを実現することは、事実上困難である。
【０００６】
そこで本発明は、大口径のウェハを用いた場合であっても、コンパクトな構成でありながらマスクへの照明光が遮られるのを防止するＸ線縮小露光装置を提供することを目的とする。また本発明は、上記Ｘ線縮小露光装置を用いることで、大型の容易に製造可能とするデバイス製造方法を提供することを第２の目的とする。
【０００７】
【課題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Ｘ線縮小露光装置は、Ｘ線源から放射されたＸ線で、反射型のマスクおよび該マスクに対向配置されたウェハを相対的に走査しつつ、前記マスクのパターンを前記ウェハに露光するＸ線縮小露光装置であって、前記マスクのパターンの像を前記ウェハに縮小投影する投影光学系と、前記マスクと前記ウェハとの間に配置され、前記Ｘ線を前記マスクの手前で反射して前記マスクに導く折り曲げミラーと、前記マスクと前記ウェハとの間に配置され、前記Ｘ線を前記折り曲げミラーに導く反射ミラーと、を有し、前記折り曲げミラーへの前記Ｘ線の主光線の入射角が、前記マスクへの前記Ｘ線の主光線の入射角よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
上記のとおり構成された本発明のＸ線縮小露光装置では、マスクとウェハとの間に反射ミラーおよび折り曲げミラーが配置され、Ｘ線源からのＸ線は、反射ミラーで反射された後、折り曲げミラーで反射されてマスクに入射される。そして、マスクに入射されたＸ線はマスクで反射され、Ｘ線縮小投影光学系を介してウェハに縮小投影されて、マスクのパターンがウェハに転写される。このように、照明光学系においてマスクとウェハとの間に折り曲げミラーを配置することで、大口径のウェハを用いた場合であってもマスクへの入射光が遮られることはなく、しかも、装置が大型化することもない。
【０００９】
実際に折り曲げミラーを配置するに際しては、例えば、マスクから折り曲げミラーのマスクで反射されたＸ線の光路に近い側の端までの距離をＬ、マスクとウェハとの距離をＤ、Ｘ線のマスク上での照射幅をｄ、照射幅ｄの一端でのＸ線の入射角をδ１、他端でのＸ線の入射角をδ２としたとき、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／（ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２）
なる関係式を満たす範囲に折り曲げミラーを配置することにより、マスクでの反射光が折り曲げミラーで遮られることはない。
【００１０】
特に、後述する実施例に示すように、光学系の開口角を考慮して折り曲げミラーを配置することにより、折り曲げミラーの配置位置がより厳密に設定される。さらに、折り曲げミラーの端からＸ線反射領域までの距離を考慮して折り曲げミラーを配置し、折り曲げミラーの反射率の良好な部分を使用するようにすることにより、マスクの照明むらが防止される。
【００１１】
また、本発明のＸ線縮小露光装置は、マスクとウェハとが相対的に走査され、ウェハの複数の領域に、それぞれマスクのパターンを並べて転写するものであってもよい。この場合、マスクとウェハとはステップ・アンド・スキャン・シーケンスによって相対的に走査されるのが好ましい。
【００１２】
さらに、前記折り曲げミラーは平面型の多層膜反射ミラーであってもよく、この場合には、Ｘ線の照射による折り曲げミラーの発熱を防止するために、折り曲げミラーの反射面の裏面側に冷却手段を設けるのが好ましい。
【００１３】
本発明のデバイス製造方法は、表面に感光剤が塗布されたウェハにマスクのパターンを露光する工程を有するデバイス製造方法において、
上記本発明の記載のＸ線縮小露光装置を用いて前記パターンを露光する。
【００１４】
これにより、大口径のウェハを用いてもマスクへの入射光が遮られなくなるので、大型のデバイスを製造できるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下では放射線として軟Ｘ線を用いた例を示すが、これに限らず、真空紫外線であってもよい。
【００１６】
図１は、本発明のＸ線縮小露光装置の一実施例の光学系の配置を示す図である。図１に示した露光装置は１／５縮小露光の装置であり、アンジュレータやシンクロトロンなどのＸ線源２から発せられたＸ線ビーム１２が凸面全反射鏡及３び凹面多層膜反射鏡４で反射される点、及び、反射型のＸ線マスク１３で反射されたＸ線ビーム１２が縮小投影光学系６を経てウェハ７上に到達される点は、図１１に示したＸ線縮小露光装置と同様である。Ｘ線マスク１３とウェハ７とは、それぞれステージ（不図示）に搭載保持されて、距離Ｄをおいて対向配置される。そして、このような構成で、Ｘ線マスク１３を保持するステージとウェハ７を保持するステージとを適切な速度で相対的に走査することにより、Ｘ線マスク１３の必要領域のパターンが、ウェハ７の複数のショット領域のうちの１つに転写される。ある領域への転写の後は、ウェハ７がステップ移動され、別のショット領域へのパターン転写を行う。これを繰り返し行う、いわゆるステップ・アンド・スキャン・シーケンスによって、ウェハ７に複数のパターンを並べて転写する。
【００１７】
本実施例のＸ線縮小露光装置の特徴の１つは、凹面多層膜反射鏡４とＸ線マスク１３との間に折り曲げミラー１１が配置され、凹面多層膜反射鏡４で反射されたＸ線ビーム１２が、折り曲げミラー１１で反射された後、Ｘ線マスク１３に入射される点である。
【００１８】
Ｘ線マスク１３と折り曲げミラー１１との位置関係について図２を参照して説明する。図２において、Ｘ線マスク１３上でのＸ線ビーム１２の照射幅をｄ、Ｘ線マスク１３上での照射幅ｄの上端でのＸ線ビーム１２の入射角をδ１、Ｘ線マスク１３上での照射幅ｄの下端でのＸ線ビーム１２の入射角をδ２、Ｘ線マスク１３から、折り曲げミラー１１のＸ線マスク１３で反射されたＸ線ビーム１２の光路に近い側の端までの距離をＬとする。Ｘ線ビーム１２の光軸の、Ｘ線マスク１３からの反射角は、Ｘ線マスク１３への入射角δ１，δ２と同じである。
【００１９】
前述したように、図１に示した光学系は、その全体または大部分を真空中に設置する必要があるため、真空チャンバの容積をより小さくするためには、折り曲げミラー１１は、よりＸ線マスク１３に近い位置に設置することが望ましい。また、Ｘ線マスク１３で反射される像のひずみを発生させないようにするためには、Ｘ線マスク１３へのＸ線ビーム１２の入射角δ１，δ２は小さい方が望ましい。ところが、これらの条件のみを考慮して折り曲げミラー１１を配置した場合、Ｘ線マスク１３で反射したＸ線ビーム１２の光路を折り曲げミラー１１が遮ってしまうことがある。
【００２０】
ここで、照射幅ｄの下端へ入射されるＸ線ビーム１２と照射幅ｄの上端で反射されたＸ線ビーム１２が、Ｘ線マスク１３から距離Ｌ’離れた位置で交差するとすると、
ｄ／Ｌ’＝ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２
となり、この距離Ｌ’より大きい距離に折り曲げミラー１１を配置する必要がある。ここから、
Ｌ＞ｄ／（ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２）
という条件式が導き出される。すなわち、Ｘ線マスク１３から折り曲げミラー１１までの距離Ｌがｄ／（ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２）よりも大きくなるように折り曲げミラー１１を配置すれば、折り曲げミラー１１がＸ線マスク１３での反射光の光路を遮ることはない。
【００２１】
一方、折り曲げミラー１１をウェハ７の後方、すなわちＸ線マスク１３に対してウェハ７よりも遠い位置に配置すると、従来のＸ線縮小露光装置と同様に、ウェハ７の移動によりウェハ７がＸ線マスク１３への入射光路を遮ってしまう場合がある。そこで、これを防止するためには、折り曲げミラー１１をＸ線マスク１３に対してウェハ７よりも近い位置に配置すればよく、ここからＤ＞Ｌという条件式が導き出される。
【００２２】
従って、上記の２つの条件式を満たす位置、つまり、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／（ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２）
となる位置に折り曲げミラー１１を配置することで、大口径のウェハ７を用いウェハ７を移動させながら露光を行う場合であっても、Ｘ線ビーム１２の光路が折り曲げミラー１１やウェハ７に遮られることのないＸ線縮小露光装置が達成される。また、上記の式から明らかなように、折り曲げミラー１１はＸ線マスク１３とウェハ７との間に配置されることになるので、装置が大型化することはない。
【００２３】
特に、Ｘ線ビーム１２が平行光となってＸ線マスク１３に入射され、δ１＝δ２＝δである場合には、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／（２ｔａｎδ）
を満たす位置に、折り曲げミラー１１を配置すればよい。
【００２４】
本例では、Ｘ線マスク１３とウェハ７との距離Ｄを８００ｍｍ、Ｘ線マスク１３上でのＸ線ビーム１２の照射領域を幅ｄが２５ｍｍ、長さが２００ｍｍのスリット状の領域とした。また、Ｘ線マスク１３へのＸ線ビーム１２の入射角δ１，δ２は、照射幅ｄの上端と下端とで等しく、δ＝２°とした。これより、ｄ／２ｔａｎδ＝３５８ｍｍとなるので、折り曲げミラー１１は、Ｘ線マスク１３からの距離Ｌが３５８ｍｍ〜８００ｍｍの範囲に設置すればよい。本例ではＬ＝４００ｍｍとした。
【００２５】
上述した例では、光学系の開口角について考慮していないが、以下に、開口角を考慮した場合の折り曲げミラーの設置条件について、図３及び図４を参照して説明する。ここで、Ｘ線光源からＸ線マスク１３までの光学系を照明系、Ｘ線マスク１３からウェハまでの光学系を露光系とし、図３において、Ｘ線マスク１３へのＸ線ビーム１２の光軸の入射角をθ、照明系の開口角の半角をφ１、露光系の開口角の半角をφ２とする。一般的に、照明系の開口角は露光系の開口角よりも小さく設計される。
【００２６】
図４に示すように、露光装置の光学系は、ある開口をもった照明系からのＸ線ビーム１２がＸ線マスク１３上で結像するようにＸ線マスク１３に角度θで照射され、そこからの出射光を、不図示の露光系の開口をもって集光しウェハ上に結像させる。図４において、４１はＸ線ビーム１２の主光線、４２は照明系の開口端からの光路、４３は露光系の開口端への光路を示す。図４では、Ｘ線ビーム１２の光軸部分を図示しているが、露光装置では図２に示したように、照明光はＸ線マスクを照射する際に幅ｄを持たせて照射することになる。
【００２７】
その様子を図３を用いて説明する。図３において、３１，３３は、それぞれＸ線マスク１３が照明される照射幅ｄの上端、下端に入出射するＸ線ビーム１２の主光線を示し、３２は照射幅ｄの下端に照射する主光線３１に対してφ２の角度を持つ照明系の開口端の光路、３４は照射幅ｄの上端から出射される主光線３３に対してφ１の角度を持つ露光系の開口端の光路を示す。本例では、照射幅ｄの上端及び下端の主光線３１，３３は、ほぼ平行である。
【００２８】
Ｘ線ビーム１２は、折り曲げミラー１１で反射されて、Ｘ線マスク１３にθの角度で入射し、主光線３１，３３は同じ角度で出射して露光光学系を経てウェハに照射される。ここで、Ｘ線マスク１３から、折り曲げミラー１１のＸ線マスク１３で反射されたＸ線ビーム１２に近い側の端までの距離Ｌは、Ｘ線マスク１３への入射光線とＸ線マスク１３からの出射光線との関係から、制約を受けることになる。つまり、図２で説明した考え方を適用すれば、照射幅ｄの下端へ入射されるＸ線ビーム１２と照射幅ｄの上端で反射されたＸ線ビーム１２とが交差するときのＸ線マスク１３と折り曲げミラー１１との距離をＬ’としたとき、
ｄ／Ｌ’＝ｔａｎ（θ−φ１）＋ｔａｎ（θ−φ２）
となる。従って、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／｛ｔａｎ（θ−φ１）＋ｔａｎ（θ−φ２）｝
の関係式を満たす範囲内に折り曲げミラー１１を配置することで、大口径のウェハを用いウェハをステップ・アンド・スキャン・シーケンスで移動させながら露光を行う場合であっても、装置を大型化せずに、Ｘ線ビーム１２の光路が折り曲げミラー１１やウェハに遮られることのないＸ線縮小露光装置が達成される。しかも、光学系の開口角を考慮した、折り曲げミラー１１の配置位置のより厳密な設定が可能となる。
【００２９】
本例では、Ｘ線マスク１３とウェハとの距離Ｄを８００ｍｍ、Ｘ線マスク１３上でのＸ線ビーム１２の照射領域を幅ｄが２５ｍｍ、長さが２００ｍｍのスリット状の領域とした。また、Ｘ線マスク１３へのＸ線ビーム１２の光軸の入射角θを４°、照明系の開口角の半角φ１を３°、露光系の開口角の半角φ２を
２°とした。これより、ｄ／｛ｔａｎ（θ−φ１）＋ｔａｎ（θ−φ２）｝＝４７７．３ｍｍとなるので、折り曲げミラー１１は、Ｘ線マスク１３からの距離Ｌが４７７．３ｍｍ〜８００ｍｍの範囲に設置すればよい。本例ではＬ＝５００ｍｍとした。
【００３０】
次に、本発明の他の実施例を、図５を用いて説明する。本例では、露光光学系を横切って照明光がＸ線マスク１３に入射される場合を示す。この場合、上述した例とは折り曲げミラー１１の向きが異なっているが、Ｘ線マスク１３から、折り曲げミラー１１のＸ線マスク１３で反射されたＸ線ビームの光路に近い側の端までの距離をＬとしたとき、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／（ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２）
の関係式を満たす位置に、折り曲げミラー１１が配置される。図５には示されていないが、ｄはＸ線マスク１３上でのＸ線ビームの照射幅、δ１はＸ線マスク１３の照射幅ｄの上端でのＸ線ビームの入射角、δ２はＸ線マスク１３の照射幅ｄの下端でのＸ線ビームの入射角を示す。特に、Ｘ線マスク１３にＸ線ビームが平行に入射され、δ１＝δ２＝δであるときには、折り曲げミラー１１は、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／（２ｔａｎδ）
の関係式を満たす位置に配置される。
【００３１】
なお、Ｘ線源２、凸面全反射鏡３、凹面多層膜反射鏡４及び縮小投影光学系６は、図１に示したものと同様のものであるので、その説明は省略する。
【００３２】
以上説明したように折り曲げミラー１１を配置することで、大口径のウェハ７を用いウェハ７をステップ・アンド・スキャン・シーケンスで移動させながら露光を行う場合であっても、装置を大型化せずに、Ｘ線ビーム１２の光路が折り曲げミラー１１やウェハ７に遮られることのないＸ線縮小露光装置が達成される。
【００３３】
図６は、本発明のＸ線縮小露光装置のさらに別の実施例の光学系の配置を示す図である。この露光装置は１／５縮小露光のステップ・アンド・スキャン型露光装置であり、図６において、先の実施例と同一の部材については同一の符号を付している。
【００３４】
Ｘ線マスク１３とウェハ７とは、距離Ｄをおいて対向配置される。そして、このような構成でＸ線マスク１３をスリット状に照射し、Ｘ線マスク１３とウェハ７とを適切な速度で相対的に走査及びステップ移動を繰り返すことにより、ウェハ７にＸ線マスク１３のパターンが複数並べられて転写される。ここで、Ｘ線源２からＸ線マスク１３までの光学系を照明系、Ｘ線マスク１３からウェハ７までの光学系を露光系とする。
【００３５】
本実施例のＸ線縮小露光装置の特徴の１つは、凹面多層膜反射鏡４とＸ線マスク１３との間に、冷却手段が設けられた折り曲げミラー１１が配置され、凹面多層膜反射鏡４で反射されたＸ線ビーム１２が、折り曲げミラー１１で反射された後、Ｘ線マスク１３に入射される点である。また、照明光は、露光光学系を横切って入射される。
【００３６】
折り曲げミラー１１の構成及び配置について図７を参照して説明する。折り曲げミラー１１は平面型の多層膜反射ミラーであり、面粗さがないよう研磨された基板にモリブデンとシリコンの層を交互に１００層重ねたものを用いた。このため、折り曲げミラー１１の周囲数ｍｍの部分は微妙に反射率の低下、もしくは歪を生じてしまうので、その部分は反射領域として使用せず、Ｘ線ビーム１２は、それ以外の部分に入射される。また、Ｘ線ビーム１２の照射による折り曲げミラー１１の発熱を抑えるため、折り曲げミラー１１の反射面の裏面には、冷却ユニット１４が取り付けられている。
【００３７】
なお、図７に示すように、Ｘ線マスク１３から折り曲げミラー１１のＸ線マスク１３で反射されたＸ線ビーム１２の光路に近い側の端までの距離をＬ、折り曲げミラー１１の距離Ｌの基準となる端からＸ線ビーム１２の反射領域までの距離をａ、Ｘ線マスク１３へのＸ線ビーム１２の照射幅をｄ、Ｘ線マスク１３上でのＸ線ビーム１２の照射幅ｄの一方の端（図７に示す下端）へのＸ線ビーム１２の入射角をδ１、同じく照射幅ｄの他方の端（図７に示す上端）へのＸ線ビーム１２の入射角をδ２、折り曲げミラー１１の反射面とＸ線マスク１３の法線とのなす角度をγとする。
【００３８】
図８に示すように、折り曲げミラー１１の端がＸ線マスク１３から出射されたＸ線ビーム１２と交差するときの、Ｘ線マスク１３から折り曲げミラー１１の端までの距離をＬ０とすると、Ｘ線ビーム１２の光路が遮られないようにするためには、この距離Ｌ０よりも遠い位置に折り曲げミラー１１を配置する必要がある。図８に示すように、Ｘ線マスク１３の反射領域の中心を通る法線をＶＬとしたとき、法線ＶＬから折り曲げミラー１１の反射領域の端までの距離をｙ１、法線ＶＬから折り曲げミラー１１の端までの距離をｙ２、折り曲げミラー１１の反射領域から端までの距離ａの法線ＶＬ方向の成分をｘとする。なお、図８においては、照射幅ｄの上端へのＸ線ビーム１２の入射角δ２を出射角で示しているが、入射角と出射角とは実質的に等しいので、ここでは、以下の説明を幾何学的に理解し易くするために、入射角δ２を出射位置で示している。
【００３９】
上記の距離関係に着目すると、
ｘ＝ａ×ｃｏｓγ
ｙ１＋ｙ２＝ａ×ｓｉｎγ
で表される。
また、
ｙ１＋ｄ／２＝（Ｌ０−ｘ）×ｔａｎδ１
ｙ２＋ｄ／２＝Ｌ０×ｔａｎδ２
であるので、これらの式から、
【００４０】
【数３】
【００４１】
従って、
【００４２】
【数４】
【００４３】
さらに、前述したように、折り曲げミラー１１はＸ線マスク１３に対してウェハ７よりも近い位置に配置する必要がある。
【００４４】
従って、
Ｄ＞Ｌ＞Ｌ０
となる位置に折り曲げミラー１１を配置することによって、装置が大型化することはない。さらに、折り曲げミラー１１の反射領域には、反射率の良好な部分、すなわち折り曲げミラー１１の加工歪み等による反射むらが生じない部分を使用しているので、Ｘ線マスク１３への照明むらもないものとなる。
【００４５】
また、図３及び図４を用いて説明したように照明系及び露光系の開口角を考慮する場合は、
【００４６】
【数５】
【００４７】
本例では、Ｘ線マスク１３とウェハ７との距離Ｄを８００ｍｍ、Ｘ線マスク１３へのＸ線ビーム１２の主光線の入射角を４°、照明系の開口角を６°、露光系の開口角を４°とした。また、折り曲げミラー１１の反射面とＸ線マスク１３の法線とのなす角度γを、露光光学系のそれぞれのミラーが干渉しないようにするために、４０°とした。さらに、折り曲げミラー１１の面精度とＸ線ビーム１２の反射率を測定したところ、周囲から１０ｍｍの領域には表面に微妙なゆがみが観測され、その部分での反射むらが発生するという結果が得られた。そこで、折り曲げミラー１１の端からＸ線ビーム１２の照射領域までの距離ａを１２ｍｍとなるように設定した。この場合、上記の条件式の右辺は６２８ｍｍとなる。距離Ｄは８００ｍｍであるから、折り曲げミラー１１は、Ｘ線マスク１３からの距離Ｌが６２８ｍｍ〜８００ｍｍの範囲に設置すればよい。本例ではＬを７００ｍｍと設定した。
【００４８】
以上説明した本例によれば、大口径のウェハを用いた場合であってもマスクへの入射光が遮られず、しかもマスクに照明むらのないステップ・アンド・スキャン型のＸ線縮小露光装置を、大型化することなく提供することができる。
【００４９】
また、照明系にＸ線ビームの折り曲げミラーを挿入することによって、Ｘ線ビームの入射角度を自由に設定でき、レイアウト上の自由度が向上する。特に、放射源にシンクロトロンを用いた場合には、１つのシンクロトロンリングから放射状に可能な限り多くのビームラインを取り出すレイアウトが好ましいが、ビームラインを増やすほど、隣同士のビームラインの間隔は小さくなる。そのときに、ビームラインから露光装置への入射角を自由に設定できれば、露光装置の設置角度も自由になり、製造工場内での高密度な装置配置が達成できる。
【００５０】
〈デバイス製造方法の実施例〉
次に、上述した露光装置を利用したデバイス製造方法の実施形態を図９および図１０を参照して説明する。
【００５１】
図９は、微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）では、デバイスのパターン設計を行う。ステップ２（マスク作製）では、設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンやガラス等の材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウェハとを用いて、リソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００５２】
図１０は、上記ウェハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハにレジスト（感光剤）を塗布する。ステップ１６（露光）では、上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウェハの複数ショット領域に並べて焼付露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００５３】
本実施形態の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった大型のデバイスを低コストで製造することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したとおり構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【００５５】
本発明のＸ線縮小露光装置は、マスクとウェハとの間に折り曲げミラーを配置し、Ｘ線源からのＸ線をこの折り曲げミラーで反射してマスクに導くようにすることで、装置を大型化することなく、大口径のウェハを用いた場合であってもマスクへの入射光が遮られることを防止することができる。
【００５６】
特に、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／（ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２）
なる関係式を満たす範囲に折り曲げミラーを配置することにより、マスクでの反射光が折り曲げミラーで遮られることを防止できる。また、光学系の開口角を考慮して折り曲げミラーを配置することにより、折り曲げミラーの配置位置をより厳密に設定することができ、さらに、折り曲げミラーの端からＸ線反射領域までの距離を考慮して折り曲げミラーを配置することにより、マスクの照明むらを防止することができる。
【００５７】
本発明のデバイス製造方法は、表面に感光剤が塗布されたウェハにマスクのパターンを露光する工程を有するデバイス製造方法において、上記本発明の記載のＸ線縮小露光装置を用いて前記パターンを露光するので、大口径のウェハを用いてもマスクへの入射光が遮られなくなり、大型のデバイスを製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線縮小露光装置の一実施例の光学系の配置を示す図である。
【図２】図１に示した光学系のＸ線マスクと折り曲げミラーとの位置関係を説明するための図である。
【図３】光学系の開口角を考慮した場合の、Ｘ線マスクへの入射光とＸ線マスクからの反射光の光路の関係を示す図である。
【図４】図３を補足する図である。
【図５】本発明のＸ線縮小露光装置の他の実施例の光学系の配置を示す図である。
【図６】本発明のＸ線縮小露光装置のさらに別の実施例の光学系の配置を示す図である。
【図７】図６に示した光学系の折り曲げミラーの構成及び配置を説明するための図である。
【図８】図６に示した光学系の、折り曲げミラーのＸ線マスクに対する位置関係を説明するための図である。
【図９】デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１０】図９に示したウェハプロセスの詳細な工程を示すフローチャートである。
【図１１】従来のＸ線縮小露光装置の光学系の配置を示す図である。
【符号の説明】
２ Ｘ線源
３ 凸面全反射鏡
４ 凹面多層膜反射鏡
６ 縮小投影光学系
７ ウェハ
１１ 折り曲げミラー
１２ Ｘ線ビーム
１３ Ｘ線マスク
１４ 冷却ユニット
Claims (8)
- Ｘ線源から放射されたＸ線で、反射型のマスクおよび該マスクに対向配置されたウェハを相対的に走査しつつ、前記マスクのパターンを前記ウェハに露光するＸ線縮小露光装置であって、
前記マスクのパターンの像を前記ウェハに縮小投影する投影光学系と、
前記マスクと前記ウェハとの間に配置され、前記Ｘ線を前記マスクの手前で反射して前記マスクに導く折り曲げミラーと、
前記マスクと前記ウェハとの間に配置され、前記Ｘ線を前記折り曲げミラーに導く反射ミラーと、を有し、
前記折り曲げミラーへの前記Ｘ線の主光線の入射角が、前記マスクへの前記Ｘ線の主光線の入射角よりも大きいことを特徴とするＸ線縮小露光装置。 - 前記折り曲げミラーは平面型の多層膜反射ミラーである請求項１に記載のＸ線縮小露光装置。
- 前記折り曲げミラーの反射面の裏面側には、冷却手段が設けられている請求項２に記載のＸ線縮小露光装置。
- 前記折り曲げミラーは、前記マスクから前記折り曲げミラーの前記マスクで反射されたＸ線の光路に近い側の端までの距離をＬ、前記マスクと前記ウェハとの距離をＤ、Ｘ線の前記マスク上での照射幅をｄ、前記照射幅ｄの一端でのＸ線の入射角をδ１、他端でのＸ線の入射角をδ２とするとき、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／（ｔａｎδ１＋ｔａｎδ２）
なる関係式を満たす範囲に配置されている請求項１に記載のＸ線縮小露光装置。 - 前記折り曲げミラーは、前記マスクから前記折り曲げミラーの前記マスクで反射されたＸ線の光路に近い側の端までの距離をＬ、前記マスクと前記ウェハとの距離をＤ、Ｘ線の前記マスク上での照射幅をｄ、前記マスクへのＸ線の光軸の入射角をθ、照明光学系の開口角の半角をφ１、露光光学系の開口角の半角をφ２とするとき、
Ｄ＞Ｌ＞ｄ／｛ｔａｎ（θ−φ１）＋ｔａｎ（θ−φ２）｝
なる関係式を満たす範囲に配置されている請求項１に記載のＸ線縮小露光装置。 - 前記折り曲げミラーは、前記マスクから前記折り曲げミラーの前記マスクで反射されたＸ線の光路に近い側の端までの距離をＬ、前記マスクと前記ウェハとの距離をＤ、前記折り曲げミラーの、前記距離Ｌの基準となる端からＸ線反射領域までの距離をａ、前記折り曲げミラーの反射面と前記マスクの法線とのなす角度をγ、Ｘ線の前記マスク上での照射幅をｄ、前記照射幅ｄの一端でのＸ線の入射角をδ１、他端でのＸ線の入射角をδ２とするとき、
- 前記折り曲げミラーは、前記マスクから前記折り曲げミラーの前記マスクで反射されたＸ線の光路に近い側の端までの距離をＬ、前記マスクと前記ウェハとの距離をＤ、前記折り曲げミラーの、前記距離Ｌの基準となる端からＸ線反射領域までの距離をａ、前記折り曲げミラーの反射面と前記マスクの法線とのなす角度をγ、Ｘ線の前記マスク上での照射幅をｄ、前記マスクへのＸ線の光軸の入射角をθ、照明光学系の開口角の半角をφ１、露光光学系の開口角の半角をφ２とするとき、
- 表面に感光剤が塗布されたウェハにマスクのパターンを露光する工程を有するデバイス製造方法において、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のＸ線縮小露光装置を用いて前記パターンを露光するデバイス製造方法。
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