JP3949178B2 - 専用鏡投写システムを備える走査リソグラフィック装置 - Google Patents

Description

本発明は、マスク中に存在する、マスクパターンの映像をＥＵＶ放射の、横断面が円形部分の形をしているビームにより基板上に形成するためのステップおよび走査リソグラフィック投写装置に使用するための鏡投写システムにおいて、その投写システムは物体側から映像側まで第１乃至第６の６枚の映像形成鏡により構成され、第２、第３、第６の鏡は凹面であり、第５の鏡は凸面である鏡投写システムに関するものである。
本発明は、そのような鏡投写システムを備える、基板のいくつかの領域上にマスクパターンをステップおよび走査で映像を形成するためのリソグラフィック装置にも関するものである。
ヨーロッパ特許出願公開第０７７９５２８号公報が、数ｎｍと数十ｎｍの間の範囲の波長も持つ放射を意味するものと理解されるＥＵＶ、超紫外線、放射を用いて、半導体基板の上のいくつかの領域にＩＣマスクパターンの映像を写す、ステップおよび走査リソグラフィック装置に使用する鏡投写装置を記述している。この放射は軟Ｘ線放射とも呼ばれている。ＥＵＶ放射の使用によって、０．１μｍまたはそれより小さいオーダーの超微細な細部の映像を満足に投写できるという大きな利点が得られる。いいかえると、ＥＵＶ放射を用いている映像形成システムが、システムのＮＡを極めて大きくする必要なしに非常に高い解像力を有するので、システムの焦点深度もかなり大きな値を有する。ＥＵＶ放射のためにはレンズを製作できる適切な材料を利用できないから、マスクパターンの映像を基板上に投写するために、これまでの従来のレンズ投写装置の代わりに、鏡投写装置を使用しなければならない。
ＩＣの製造に現在使用されているリソグラフィック装置はステッピング装置である。それらの装置では、全視野照明、すなわち、マスクパターンの全ての領域が同時に照明されて、それらの領域の映像が基板の１つのＩＣ領域上に形成される。最初のＩＣ領域が照明された後で、次のＩＣ領域へ歩進が行われる、すなわち、次のＩＣ領域がマスクパターンの下に配置させられるようにして基板ホルダーが動かされ、その後でその領域は照明される。このようにしてマスクパターンの基板の全てのＩＣ領域が照明されるまでその操作が繰り返される。知られているように、部品数が増加しつつあるＩＣを得ることが望ましいことが続いている。
それらの部品の寸法を小さくすることによるばかりでなく、ＩＣの表面積を拡大することによってその希望を達成しようと試みられている。これは、既に比較的高い投写レンズのＮＡを一層大きくしなければならず、ステッピング装置ではこのシステムの映像場もまた一層拡大しなければならないことを意味する。これは実際には不可能である。
したがって、ステッピング装置からステップおよび走査装置へ変更することが提案されている。そのような装置では、投写装置の倍率を考慮に入れて、マスクパターンの長方形の一部または円形の一部の形の部分領域、したがって、また基板のＩＣ領域のそのような部分領域が照明され、マスクパターンと基板が照明ビーム中を同期して動かされる。その後で、マスクパターンの次の円形の一部の形の部分領域の映像が、基板上の関連するＩＣ領域の対応する部分領域上に各場合に形成される。マスクパターン全体の映像がこのようにしてＩＣ領域の上に形成された後で、基板ホルダーは歩進運動を実行する、すなわち、以後のＩＣ領域の初めが投写ビーム中に入れられ、マスクがそれの最初の位置に置かれ、その後で前記後のＩＣ領域がマスクパターンを通じて走査照明される。この走査映像形成法を、投写放射としてＥＵＶ放射を使用するリソグラフィック装置に用いても大きな利益を得ることもできる。
ヨーロッパ特許出願公開第０７７９５２８号公報に記載されている投写装置の、波長が１３ｎｍのＥＵＶ放射を使用することを意図している実施例は、映像側で０．２０のＮＡを持つ。環状の映像場は内径が２９ｍｍ、外径が３１ｍｍ、長さが３０ｍｍである。このシステムの解像力は３０ｎｍで、収差および歪みは十分に小さくて走査法によりＩＣ領域上に透過マスクパターンの良い映像を形成する。この投写システムの第１の鏡と第４の鏡は凹面である。第１の鏡と第２の鏡とで構成されている第１の鏡対は物体すなわちマスクパターンの拡大された映像を構成する。この映像は、第３の鏡と第４の鏡とで構成されている第２の鏡対によって転送され、第５の鏡と第６の鏡とで構成されている第３の鏡対に与えられる。その第３の鏡対は所要の開口ＮＡ＝０．２０を持つ所望のテレセントリック（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）映像を形成する。この投写システムでは、第３の鏡と第４の鏡との間に中間映像が形成され、投写システム全体は正の倍率を有する。
そのような鏡システムがステップおよび走査リソグラフィック投射装置に使用される時は、正の倍率は、走査中にマスクと基板を同じ向きに動かさなければならないことを意味する。マスクと基板は比較的重いホルダー内に収容されているために、より重い変位台の部分を構成し、２つの重い質量を走査中に同じ向きに動かさなければならず、したがって、安定性の問題が起きることがある。しかし、ｎｍのオーダーの位置精度が前記リソグラフィック装置で求められているために、この装置は極めて安定でなければならない。
本発明の目的は、とくに上記問題を解決できる、初めの節で述べた種類の投写システムのための新規な概念を得ることである。そのために、投写システムは第１の鏡と第４の鏡が凸面であることを特徴とするものである。
新規な投写システムでは、拡大が負であるように中間映像の形成がわざと避けられる。ステップおよび走査装置にこのシステムが使用される時は、走査中にマスクと基板は逆向きに動く。この投写システムは、第１の鏡と第２の鏡とで構成されて、コリメータ機能を持つ第１の群と、第３の鏡と、第４の鏡と、第５の鏡と、第６の鏡とで構成されて最終的な映像を結ぶ第２の群とを備えている。この投写システムの別の利点は、光軸に近接して配置されている鏡部の主要部が用いられるために、鏡の傾斜にかなり鈍感なことである。
米国特許第５，６８６，７２８号公報がステップおよび走査装置のための６枚鏡投写システムを記述している。しかし、この投写システムは１００ｎｍと３００ｎｍの間の範囲の波長のために設計されており、すなわち、ＥＵＶ放射のためではない。
更に、マスクから基板をみて鏡は凸面、凹面、凸面、凹面、凸面および凹面の順であり、システムは正の倍率を有している。
この新規な投写システムの上記設計概念内でパラメータＮＡ、倍率および映像場の選択にいぜんとしていくらかの自由がある。
この投写システムの第１の実施例は、１枚の鏡が球面で、他の鏡が非球面であり、このシステムは映像側で０．１３ないし０．１５のオーダーの開口数を持ち、
倍率がＭ＝−０．２５、円形の一部の形の映像場の幅が１ｍｍであることを特徴とするものである。
この投写システムは７０ｎｍのオーダーの寸法を持つ細部の映像を形成するのに適している。
非球面表面というのは、基本的な形が球であるが、この表面が一部を構成している光学系の収差を修正するように、実際の表面がこの基本的な形から局部的にずれているような表面を示す。
しかし、この投写システムは、全ての鏡が非球面であって、システムの開口数が映像側で０．２０のオーダー、倍率がＭ＝−０．２５、円形の部分の形の映像場の幅が２ｍｍであることを更に特徴とするものであることが好ましい。
全ての鏡を非球面にすることにより、このシステムをより広い映像場のために修正でき、かつ開口数を大きくできる。５０ｎｍのオーダーのサイズを有する詳細部はこのシステムで映像化される。
この投写システムは映像側でテレセントリックであることを更に特徴とすることが好ましい。
したがって、光軸に沿う基板の望ましくない変位に起因する拡大誤差を避けることができる。
この投写システムは、第５の鏡の縁部がビームの境界を定め、その境界の形はほぼ円形部分の形であって、ダイアフラムとして機能することを更に特徴とすることができる。
この投写システムは透過マスクパターンと反射マスクパターンの両方の映像を形成するために使用できる。ＥＵＶ放射に対しては、反射マスクパターンは透過マスクパターンよりも一層容易に製作できる。
本発明は、ＥＵＶ放射源を有する照明器と、マスクを収容するためのマスクホルダーと、基板を収容するための基板ホルダーと、投写システムとを備え、マスク中に存在するマスクパターンの映像を基板のいくつかの領域の上にステップおよび走査形成するリソグラフィック装置にも関するものである。この装置は、投写システムが前記鏡投写システムであることを特徴とするものである。
本発明のそれらの面およびその他の面は以後に説明する諸実施例から明らかであり、かつそれらの実施例を参照すると明らかにされるであろう。
図１は本発明の投写システムの第１の実施例を示す。
図２は投射システムの第２の実施例を示す。
図３はそのような投写システムを含むリソグラフィック装置の実施例を線図的に示す。
図１で、映像を形成すべきマスクを配置できる対物面が参照番号１で示され、基板を配置できる映像面が参照番号２で示されている。対物面は放射源（図示せず）により放出されたビームｂで照明される。マスクが反射マスクであれば、放射源は鏡投写システムとしてマスクの同じ側に配置される。その後でマスクにより反射されたビームｂ_１はシステムの第１の鏡５に入射する。その鏡は凸面である。この鏡はそのビームを発散ビームｂ_２として第２の鏡６へ反射する。鏡６は凹面である。鏡６はそのビームをほぼ平行なビームｂ３として第３の鏡７へ反射する。鏡７は凹面鏡であって、ビームを収束するビームｂ_４として第４の鏡８へ反射する。この鏡は凸面であって、ビームをあまり強く収束しないビームｂ_５として第５の鏡９へ反射する。鏡９は凸面であって、ビームを発散するビームｂ_６として第６の鏡１０へ反射する。この鏡は凹面であって、そのビームをビームｂ_７として映像面２中に焦点を結ぶ。鏡５と６はこのシステムのコリメータ部を一緒に構成し、鏡７、８、９、１０が基板上に所望のテレセントリック映像を基板上に結ぶ対物部を構成している。
凸面鏡９は、ビームｂ_７がこの鏡に沿ってちょうど通るような位置に配置され、かつ寸法を持つ。原則として、円形の部分の形である境界が鏡９の縁部により構成されている。その境界はダイアフラムの一部として機能する。このダイアフラムの第２の部分は、鏡９の下に、鏡と同じ軸線方向位置に配置されているビーム制限要素により構成できる。知られているように、ダイアフラムは散乱された放射または望ましくない反射によりひき起こされた放射が映像形成システム内の映像形成ビームに到達することを阻止するので、平面２に形成された映像のコントラストは低くすることができる。更に、ダイアフラムは開口数と映像形成ビームの横断面を固定し、したがって、照明のパワーを一定にする。
更に、図１に示されているシステムの全ての鏡面は非球面である。それによってこのシステムは所望の開口に対して満足に修正される。
このシステムは同軸である。同軸というのは、全ての鏡の曲率中心が１本の軸線、すなわち光軸ＯＯ′上に配置されていることを意味する。組立ておよび許容誤差の観点から、これは非常に有利である。
下記の表Ｉは図１の実施例の関連するパラメータの値を示す。それらのパラメータは次の通りである。
−光軸ＯＯ′に沿って測定された距離：
ｄ_１：対物面１と鏡５の間の距離、
ｄ_２：鏡５と鏡６の間の距離、
ｄ_３：鏡６と鏡７の間の距離、
ｄ_４：鏡７と鏡８の間の距離、
ｄ_５：鏡８と鏡９の間の距離、
ｄ_６：鏡９と鏡１０の間の距離、
ｄ_７：鏡１０と映像面２の間の距離、
−光軸に沿って測定された曲率半径：
Ｒ_１：鏡５の曲率半径、
Ｒ_２：鏡６の曲率半径、
Ｒ_３：鏡７の曲率半径、
Ｒ_４：鏡８の曲率半径、
Ｒ_５：鏡９の曲率半径、
Ｒ_６：鏡１０の曲率半径、
−既知数列展開の偶数項ａ_２、ａ_４、ａ_６、ａ_８、ａ_１０

が非球面の変化を記述する。

このシステムの倍率Ｍは−０．２５、開口数ＮＡは０．２０、映像面２の領域における映像の円形部分の内径は３５．５ｍｍ、外径は３７．５ｍｍであるので、この平面は円形の部分の形をした、幅が２ｍｍのスポットで走査される。このスポットの長さ、すなわち弦、は３０ｍｍのオーダーである。このシステムの全長、図１では１、は約１００９ｍｍである。このシステムは波長が１３ｎｍの放射により映像を形成することを意図しており、そのために、この波長の放射をできるだけ満足に反射する多層構造が鏡に既知のやり方で設けられている。この目的のための多層構造の例がとくに米国特許第５，１５３，８９８号公報に記載されている。
図２は第２の鏡、凹面鏡６、が球面であって、他の鏡が非球面である鏡投写システムの実施例を示す。開口数は小さいが、この映像で正しい映像を形成できる。更に、映像場の幅は図１に示されているシステムの映像場の幅より狭い。図２の実施例では、鏡７の用いられる部分は図１に示されている実施例におけるものよりも光軸に近いために、図２に示されているシステムは一層安定である。
表ＩＩは図２の投写システムの関連するパラメータを、図１の投写システムについての記法と同じ記法を用いて示す。

このシステムは−０．２５の倍率Ｍも有する。開口数ＮＡは映像側で今は０．１４、円形の一部の形の映像場の内径が３６ｍｍ、外径が３７ｍｍ、したがって、幅が１ｍｍである。対物面１と映像面２との間の距離が約１０３７ｍｍである。
図３は、ＥＵＶ放射に敏感な層２１が設けられている基板２０の上に反射マスク１５で示されている、マスクパターンの映像を形成するために本発明の鏡投写システムを有するステップおよび走査リソグラフィック装置の実施例を非常に線図的に示している。この装置は、ＥＵＶ放射源と、円形部分の形の横断面を持つ照明ビームｂを形成する光学系とを収容する、線図で示されている照明器３０を有する。明らかにするために、照明ビームｂと基板台２３と、鏡投写システムの映像形成部７、８、９、１０との間に図にいくらかのスペースが残されている。しかし、実際には、ビームｂはそれらの要素に近く沿って投写カラムに入ることがある。映像を形成される反射マスク１５は、マスク台１７の一部を構成しているマスクホルダー１６の下に配置されている。そのマスク台によってマスクを走査方向１８と、おそらくは走査方向に垂直な方向に動かすことができ、したがって、マスクパターンの全ての領域を照明ビームｂにより形成されている照明スポットの下に配置できる。マスクホルダーおよびマスク台は線図的にのみ示されており、種々のやり方で実現できる。基板２０は、基板台（ステージ）２３により支持されている基板ホルダー２２の上に配置されている。この台は基板を走査方向（Ｘ方向）に動かすことができるがそれに垂直なＹ方向にも動かすこともできる。走査中は、基板とマスクは同じ向きに動く。基板台は支え２４により支持されている。
更に、基板はＺ方向、光軸ＯＯ′の方向、に動かすことができ、かつＺ軸を中心として回転できる。高度化された装置では、基板はＸ軸とＹ軸を中心として傾けることもできる。ステップおよび走査装置のこれ以上の詳細についてはたとえば、ＰＣＴ特許出願ＷＯ９７／３３２０４（ＰＨＱ９６．００４）号を参照されたい。
この投写システムは基板側でテレセントリックである。これは、基板の投写システムに対するＺ方向の望ましくない動きによりひき起こされる拡大誤差が避けられる、という利点を有する。
更に、光学的な自由動作距離、すなわち、この投写シシステムによって認定されかつ、可能な機械的備えからの自由動作距離は４０ｍｍのオーダーである。
この鏡投写システムは、上記のように、反射マスクパターンの映像形成に用いられるばかりでなく、透過マスクパターンの映像形成のためにも用いられる。図３に示すようにマスクの下に配置される代わりに、照明器はマスクの上にも配置される。しかし、ＥＵＶのための反射マスクを製作する方が、この放射のための透過マスクを製作するよりも簡単である
このＥＵＶリソグラフィック投写装置はＩＣの製造に使用できるが、たとえば、液晶表示パネル、集積化された光学装置すなわちプレーナ光学装置、磁気ヘッド、および磁区メモリのための誘導および検出パターンの製造にも使用できる。

Claims (6)

1. マスク中に存在する、マスクパターンの映像をＥＵＶ放射の、横断面が円形部分の形をしているビームにより基板上に形成するためのステップおよび走査リソグラフィック投写装置に使用するための鏡投写システムであって、その投写システムは物体側から映像側まで第１乃至第６の６枚の映像形成鏡により構成され、第２、第３および第６の鏡は凹面であり、第５の鏡は凸面である鏡投写システムにおいて、第１のと第４の鏡は凸面であることを特徴とするマスクパターンの映像を基板上に形成するためのステップおよび走査リソグラフィック投写装置に使用するための鏡投写システム。
2. 請求の範囲１記載の鏡投写システムであって、鏡の１枚が球面であって、他の鏡が非球面であり、システムの映像側における開口数が０．１３ないし０．１５のオーダーで、倍率Ｍが−０．２５、円形の一部の形の映像場の幅が１ｍｍであることを特徴とする鏡投写システム。
3. 請求の範囲１記載の鏡投写システムであって、全ての鏡が非球面で、システムの映像側における開口数が０．２０、倍率Ｍが−０．２５、円形の一部の形の映像場の幅が２ｍｍであることを特徴とする鏡投写システム。
4. 請求の範囲１、２または３記載の鏡投写システムであって、システムは映像側でテレセントリックであることを特徴とする鏡投写システム。
5. 請求の範囲１、２、３または４記載の鏡投写システムであって、第５の鏡の縁部がビームの境界を構成し、その境界の形はほぼ円形の部分の形で、ダイアフラムとして機能することを特徴とする鏡投写システム。
6. ＥＵＶ放射源を有する照明器と、マスクを収容するためのマスクホルダーと、基板を収容するための基板ホルダーと、投写システムとを備え、投写システムが先行する請求の範囲のいずれか１つに記載の鏡投写システムであることを特徴とするマスク中に存在するマスクパターンを基板のいくつかの領域上に、ステップおよび走査映像形成するためのためのリソグラフィック装置。

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