JPH01175731A - 反射型マスクおよび該反射型マスクを用いた露光装置と露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はＩＣ，ＬＳＩ等の半導体製造用の反射型マスク
を用いた露光装置に関し、特に波長５人〜３００人程度
のＸ線恰波長３００人〜２０００人程度の真空紫外ｉ（
以下「Ｘ線等」という。）を用いた高解像度の焼付けが
可能な反射型マスクを用いた露光装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 近年ＩＣ，ＬＳＩ等の゛昏導体素子製造用の露光装置に
は半導体素子の高集積化に伴って高分解能の焼付けが可
能なＸ線等を利用した露光装置が注目されている。

このＸ線等を利用した露光装置は大別してプロキシミテ
ィー法と呼ばれる等信用の露光装置と縮少投影露光法と
呼ばれる縮少用の露光装置の２つがある。

縮少用の露光装置ではウェハ面に転写すべき電ｒ−回路
等のマスクパターンの像を所定倍率で投影する投影光学
系を用いて構成されている。

一般に縮少用の露光装置は等信用の露光装置に比べて焼
付は精度が良く、サブミクロン程度の高分解能が得られ
、又、マスクパターンの製作精度が比較的緩いという利
点がある。

この縮少用の露光装置に用いられる投影光学系にはサブ
ミクロンオーダーの高い解像力を有し、しかも所定面積
のパターンが投影露光できる程度の良好に収差補正を行
った高い光学性能が要求されている。

一般にＸ線等を対象とした投影光学系にはＸ線等の物理
的特性から複数の反射鏡で構成することが必要となって
いる。

反射型の投影光学系としては従来より２枚の球面反射鏡
を用いた、所謂シュワルツシルト型光学系か知られてい
る。この投影光学系は球面収差とコマ収差を良好に補正
された優れた光学性能を有しているが、像面湾曲の補正
が不十分である為、画角が小さく制限され顕微鏡等の視
野の狭い装置への応用が限られている。

本出願人は先に特願昭６１−１６３０６８号において、
透過型マスクと反射型マスクの２種類のマスクを用いた
Ｘ線等用の縮少投影型の露光装置を提案した。そこでは
例えば凹面鏡、凸面鏡、そして凹面鏡より成る３枚の反
射鏡を用い、サブミクロン領域で十分な解像力を有した
高鯖度の投影光学系を提案している。

Ｘ線等を用いた露光装置における反射型マスクは、一般
に透過型マスクに比べてＸ線等の吸収Ｗ１が比較的容易
に低減でき、又、温度制御が容易である等の利点を有し
ている為、高錆度が要求される露光装置には好ましいマ
スクである。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は反射型マスクを用い、本出願人の先の出願であ
る特願昭６１−１６３０６８号で提案している投影光学
系の光学性能、特に像面湾曲を更に良好に補正し、これ
により広い面積にわたり良好なるパターンの投影露光が
出来る高錆度の反射型マスクを用いた露光装置の提供を
目的とする。

（問題点を解決するための手段） 反射型マスク面上にＸ線、又は真空紫外線を照射し、該
反射型マスク面上のパターンを光学系を介して所定面１
に形成する際、該反射型マスクの基板而を曲面より構成
したことである。

尚、本発明に係る反射型マスクは種々の型のものが使用
可能であり、それらは後述する実施例において詳述され
ている。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例の光学系の概略図である。

同図は３枚の反射鏡Ｍｌ、Ｍ２．Ｍ３から成る反射型の
投影光学系を示している。

このうちＭｌは凹面鏡、Ｍｌは凸面鏡、ＭＳは凹面鏡で
ある。ＭＳは反射型マスクであり所定のパターンが形成
されており、後述するようにその基板而は所定の曲面よ
り構成されている。Ｗはウェハであり、該ウェハ面Ｆに
反射型マスクＭＳのパターンを投影光学系により縮少投
影している。

ｒｌ、ｒ２．ｒ３は芥々反射鏡Ｍｌ、Ｍ２．Ｍ３の近軸
曲率半径、ｄｉ、ｄ２は各々反射鏡ＭｌとＭｌ、反射３
ｆ１Ｍ２とＭＳとの間の面間隔、Ｓｌは反射鏡Ｍ１から
反射型マスクＭＳまでの距離を、Ｌｌは反射鏡Ｍ１から
像面即ちウェハＷまでの距離を示している。尚、ｄｉ、
ｄ２．Ｓｌ、Ｌｌは便宜上光の進行方向に測った値を正
、その逆を負として示している。

第１図に示す反射型の投影光学系は反射型マスクＭＳ側
かｄの光を順に凹面鏡Ｍｌ、凸面鏡Ｍ２、そして凹面鏡
Ｍ３で反射させ反射型マスクＭＳ面上に形成されている
回路パターンをウェハＷ面上、若しくはウェハＷの表面
に塗布されたレジスト面一トに縮小投影している。

一般に反射型の投影光学系において投影面積を拡大する
と像面湾曲の影響で光学性能が低下してくる。

この為、本実施例では反射型マスクの基板面を例えば球
面、非球面、回転非対称面等の曲面形状より構成するこ
とにより、投影面積を拡大したときの像面湾曲を補正し
、全画面にわたり良好なる光学性能を得ている。

尚、本実施例においては少なくとも１つの反射面を非球
面とするのが光学性能上好ましい。

次に表−１に第１図に示す投影光学系の具体的な数値実
施例１を示す。数値実施例に於いて、Ｋｉ　　（ｉ＝１
．２．３）は第ｉ番目の反射鏡の非球面係数で非球面形
状は次式で表わしている。

ここでＸは光軸方向の座標、Ｈは光軸から垂直方向への
距離、ｒｉ　　（ｉ＝１．２．３）は反射型マスク側か
ら数えて第ｉ番目の近軸曲率半径である。

表−１数値実施例Ｉ Ｓ　ｌ　　＝　　−３０００，０ｍｍ 璽１＝−６０２．５ｎ＋ｍ ｒ＋　＝　　−１１８１，９１ｍｍ　　　ｄｉ　＝　　
−４４９，６８ｍｍｒ２　＝　　−３２５，９７１１Ｑ
ｌ　　　ｄ２　＝　　２１０．ＯＩｍｍｒ３　　＝　　
　−４４８，９２ｍｍ にｌ　　＝：　　−０，９４２７８ に２　　＝　　−０，０７１４６ に３　　＝：　　　０．＋４２８３ １１「記数値実施例１では凹面２！Ｊ、Ｍ１と凸面ｍＭ
２との間に凹面鏡Ｍ３が配されており、その位置は凹面
鏡Ｍ１と凸面鏡Ｍ２とのほぼ中間である。

本実施例は主に６４ＭｂｉｔＩＩ＆ＬＳＩ製造用に設計
されたものであり歪曲をほぼ完全に除去し、佳つ有効Ｆ
ナンバー１３と明るい光学系を提供している。

本実施例において反射型マスクＭＳの基板面を球面とし
、その曲率半径ｒ０を各々Ｉ　Ｘ　ＩＯ５＋ｎｍ　。

２　Ｘ　ＩＯ’ｍｍとしたときの投影光学系の収差図を
第２図、第３図に示す。

又、参考の為に反射型マスクＭＳの基板面を曲面とせず
平面ｒ。＝（１）としたときの投影光学系の収差図を第
４図に示す。収差図において（Ａ）は非点収差、（Ｂ）
は歪曲収差を、又、Ｍはメリディオナル像面（Ｍ面）、
Ｓはサジタル像面（８面）を示す。

第４図に示すように基板面が平面のときは歪曲収差は略
零となるが、非点収差はＭ面、Ｓ面共に物品が増加する
に伴い、同一方向の収差を生じ、像面湾曲が発生してい
る。これに対して本実施例では第２図に示すように像面
湾曲は８面が全物品にわたり略零となり、Ｍ面も第４図
の平面の場合に比べて小さくなっている。

更に、第３図では像面湾曲が８面は第４図の平面の場合
に比べて逆方向に生ずるがＭ面、Ｓ而の像面湾曲の総量
が最小となるように補正されている。しかも歪曲収差は
第２図、第３図に示すように双方共に、平面の場合と同
様に略零である。

このように本実施例では反射型マスクの基板を曲面形状
とすることにより、像面湾曲を良好に補正した高い光学
性能を有したＪＳｔ影光常光学系成している。

第５図は本発明の第２実施例の光学系の概略図である。

同図は２枚の反射ｍ、Ｍ５１．Ｍ５２から成る反射型の
投影光学系、所謂シュワルツシルト型光学系を示してい
る。このうちＭ５１は凸面鏡、Ｍ５２は凹面鏡、ｒ５１
．ｒ５２は丼々反射鏡Ｍ５１．Ｍ５２の近軸曲率半径、
ｄ５１は反射鏡Ｍ５１とＭ５２との面間隔、Ｓ５１は反
射鏡Ｍ５１から反射マスクＭＳまでの距離、ＬＳＩは反
射鏡Ｍ５１からウェハＷまでの距離を示している。尚、
ｄ５１．Ｓ５１．ＬＳＩの値の符号は第１実施例と同様
である。

本実施例におけるシュワルツシルト型光学系は主にＸ線
や真空紫外線用の結像素子の１つであるフレネルゾーン
プレートを作製するプロセス用に好適であり、球面収差
やコマ収差が良好に補正されており、直径１．０ｍｍ　
、最高分解能０．１　μｍをイｆしている。

本実施例の反射型の投影光学系はマスクＭ　Ｓ　（Ｉｌ
ｌから光を順に凸面ｆＩ！Ｍ５１．凹面鏡Ｍ５２で反射
させた後、反射型マスクＭＳのゾーンプレートパターン
をウェハＷ面上若しくはウェハＷ上の表面に塗布された
レジスト面上に縮小投影している。

表−２に第５図に示す第２実施例の数値実施例２を示す
。

表−２数値実施例２ 倍率＝　　１７２３．５　　　　有効Ｆナンバー＝２．
５像面サイズ＝ＩＩＩＱ＋φ以上 幾何光学的解像力＝０．１μｍ 半画角＝１．３°以上　焦点時７１１　ｆ　＝　２２．
０９ｍｍ５５１＝　　　　５１２．Ｉｍｍ Ｌ５１＝　　　５１．６ｍｍ ｒ　５１＝　　　２８．５４ｍｏ＋　　　ｄ　５１＝　
　５２．０９ｍｍｒ　５２＝　　　　　８０．６４ｍｍ 本実施例において反射型マスクＭＳの基板面を球面とし
、その曲率半径ｒ。を各々５０１１Ｑ＋、２３ｍｍとし
たときの投影光学系の収差図を第６図。

第７図に示す。

又、参考の為に反射型マスクＭＳの基板面を曲面とせず
・Ｐ−而ｒ。＝■としたときの投影光学系の収差図を第
８図に示す。収差図において（Ａ）は球面収差、（Ｂ）
は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差を、又、Ｍはメリディオ
ナル像面（Ｍ而）、Ｓはサジタル像面（Ｓ而）、ＳＣは
正弦条件不満足量を示す。

第６図（Ｂ）に示すように基板の市率半径ｒ。

が５０ｍｌ１１のときは像面湾曲が第８図（Ｂ）の平面
の場合に比べて小さくなっている。

第７図（Ｂ）の基板の曲率半径ｒ。が２３ｎＩｍのとき
は像面湾曲が像高０．５ｍｌ１１（半画角ω・１．：ｌ
’　）まで略零となっている。

又、第６図（Ａ）、（＋１：）　、第７図（八）、（Ｃ
）に示すように球面収差や歪曲収差は第８図（八）　、
　（Ｃ）の平面の場合に比べ同程度であり何ら劣化して
いない。

以上のように本実施例は反射型マスクの基板を曲面形状
とすることにより、像面清面を良好に補正した高い光学
性能の投影光学系を達成している。

特にフレネルゾーンプレートの幾何形状では像の光軸か
ら離れた点はど高い解像度を要求される為、像面湾曲を
ほぼ零に補正することができ、本実施例は非常に有効な
手段である。

尚、本実施例は像面特性が特に優れている為、目的によ
っては、そのままで収差図に示した以−トの画角で用い
ることができる。又、本実施例の光学系は焦点距離をｆ
　＝　２２．０９１１１Ｑｌとしているが、これに限定
せず、光学系を比例倍して用いても良い。

第９図は本発明に係る反射型マスクの一実施例の模式断
面図である。同図においてｌＯはＸ線等に対する多層積
層構造より成る反射部である。この多層積層構造より成
る反射部１０は同図に示すようにＸ線等が吸収する非反
射性の所定の曲面の基板１上に形成されている。

又、反射部１０は光学定数の異なる第１の物質２．４，
６．−・・及び第２の物質３，５，７．−を交互に積層
して形成している。１１は反射面、１２は非反射部であ
り、反射部１０を構成している多層積層構造を集束イオ
ンビームやレーザー光等の破壊手段により破壊し、反射
面としての機能を喪失させ、非反射面となるようにして
構成している。そして反射部１１と非反射部１２とで所
定面上に転写すべき幾何形状のパターンを形成している
。

次に製造方法としては基板１として而粗さがｒｍｓ値で
２Å以下になるように研磨した直径２００ｍｍ　、厚さ
Ｉ　５ｍ１１の石英基板を用い、この基板面上に第１の
層２，４，６．−・・をなす物質としてモリブデン（Ｍ
ｏ、線膨張率５．Ｏｘ　１０−’に一皿、熱伝導率＋３
９ｗ／＋に）、第２の層３，５，７．−をなす物質とし
てシリコン（Ｓｉ、線膨張率２．５　Ｘ　１０−’に−
０，熱伝導率１６８ｗ／ａ＋に）を用い、５　ｘ　１０
−’Ｔｏｒｒ以上の超高真空に到達後、アルゴン圧力を
２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒに保ち、イオンビームスパッ
タ蒸着により水晶発振子膜厚モニターを利用して第１の
層（Ｍｏ）、及び第２の層（Ｓｉ）のＩＩＱＪＪが各々
２７人、３６人となるようにして４１層（Ｍｏ層２１層
、３４層２０層）積層した。

この場合、第１の層（Ｍｏ）が屈折率の実数部分が小で
あり、第２の層（Ｓｉ）が屈折率の実数部分が大となる
ような物質を選んでいる。

次にこの多層膜より成る反射部に対し、集束イオンビー
ム走査装置を用いてケイ素イオンビームなビーム径０．
１μｍにしぼり、加速電圧２００にｅｖで反射部１０の
多層積層構造を破壊し、反射面としての機能を喪失せし
め非反射部１２を形成しライン＆スペース０．８μｍの
パターンを形成した。このときのビーム電流は１００Ｐ
＾である。

又、得られた反射型マスクの反射部と非反射部に相当す
る位置の反射率を測定したところ、波長１２４人の軟Ｘ
線に対して各々４８％、０．８％となり６０：１のコン
トラストが得られた。

尚、本実施例において集束イオンビームの代わりに集束
レーザー光を用いても同様の描画が可能である。

第１０図（Ｃ）は本発明に係る反射型マスクの第２実施
例の模式断面図である。同図において１０はＸ線等に対
する多層積層膜より成る反射部である。この反射部１０
は同図に示すようにＸ線等が吸収する非反射性の所定の
曲面の基板１Ｆに形成されている。

１２はＸ線等に対する多層積層膜より成る非反射部であ
り、反射面１１面上に設けられており、所定形状のパタ
ーンを構成している。反射部１０は光学定数の異なる第
１の物質２，４，６．・・・及び第２の物質３，５，７
．・・・を交互に積層して形成している。

次に製造方法としては基板ｌとして而粗さがｒｍｓ値で
４Å以下゛になるように研磨した直径１５０ｍｍ　、厚
さＩ　Ｏｍｍの珪素よりなる所定の曲面の基板を用い、
第１の層２，４，６．・・・をなす物質としてロジウム
（Ｒｈ、線膨張率８．２　Ｘｌ０−６に一’　。

熱伝導率＋ｓｏｗ／ｍに）、第２の層３，５，７．−・
・をなす物質としてシリコン（Ｓｉ、線膨張率２．５×
１０−’に一’　、熱伝導率１６８ｗ／ｍに）を用い、
Ｉ　Ｘ　１Ｏ−９Ｔｏｒｒ以下の超高真空に到達後、電
子ビーム加熱蒸着法により第１の層（Ｒｈ）、及び第２
の層（Ｓｉ）の膜厚が各々２７人、３６人となるように
して６１層（Ｒｈ層３１層、Ｓｉ層３０層）積層し、反
射部１０を形成した。そして反射部１０のトに保護膜Ａ
として炭素を５０人の厚さで積層した（第１Ｏ図（Ａ）
）。

この場合、第１の層（Ｒｈ）が屈折率の実数部分が小で
あり、第２の層（Ｓｉ）が屈折率の実数部分が大となる
ような物質を選んでいる。

次に第１０図（Ｂ）に示すように反射部１０面上にレジ
ストとしてのＰＭＭＡ　（ポリメタクリル酸メチル）の
層を０．５μｍ厚に形成しＥＢ（エレクトロンビーム）
描画により１．７５μｍライン＆スペースのバターニン
グを行った。このＰＭＭＡよりなるパターン状のレジス
トＣを形成した。

次にＰＭＭＡより成るパターン状のレジストＣＦに真空
蒸着法によりＸｉｌ等の吸収体である金（Ａｕ）Ｂを０
．１　μｍｐＪで形成した（第１０図（Ｂ））。

次にレジストＢを剥離して反射部１０上に非反射部を形
成した（第１Ｏ図（Ｃ））。

得られた反射型マスクの反射部１１と非反射部１２の反
射率を測定したところ、波長１２４人の軟Ｘ線に対して
各々６２％、２％であり約３０＝１のコントラストが得
られた。

尚、本実施例においては吸収体として、タンタル（Ｔａ
）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の重金
属元素を用いることができる。

史に、餌記非反射部１２の形成方法として、多層膜構造
の反射防止膜を、１″Ｉｉ「記ＰＭＭＡよりなるパター
ン状レジストのある基板上に作製し、次にＰＭＭＡ部分
を剥離して、多層膜反射鏡上に反射防ＩＦ膜による非反
射部１２を形成することも可能である。６層程度の反射
防止膜により１０：！程度のコントラストを得ることが
可能である。

第１１図（Ｂ）は本発明に係る反射型マスクの第３実施
例の′模式断面図である。同図において１０はＸ線等に
対する多層積層反射部であり、所定面上に転写すべきパ
ターンを形成している。この多層積層反射部は同図に示
すようにｘ１６Ａ等が吸収する非反射性の所定の曲面状
の基板１面上の非反射薄膜Ａｔ面上に所望の幾何形状に
形成されており、これらの多層積層反射部１０によパタ
ーンな構成している。多層積層反射部１０は光学定数の
異なる第１の物質２，４，６．・・・及び第２の物質３
，５，７．・・・を交互に積層して形成している。

次にその製造方法としては第１実施例と同様の形状の研
磨された石英基板１にタングステン（Ｗ）（＾）を１０
００人程度マグネトロンスパッタ法により蒸着後、レジ
ストＣとしてＰ　Ｍ　Ｍ　Ａ　（Ｃ）を０．６μｍ厚に
塗布し、ＥＢ描画法により２．０μｍライン＆スペース
の形状を描画し、現像した。

次にこのＰＭＭＡ（Ｃ）よりなるパターン状レジストの
ある基板上に、イオンビームスパッタ蒸着法でルテニウ
ム（ＲＵ）２．４とシリコン（Ｓ　ｉ　）３．５の交互
積層（Ｒｕ２１層、Ｓｉ２０層）より成る反射部１０を
積層した（第１１図（Ａ））。

その際、各層の膜厚は水晶振動子膜厚計でモニター１．
Ｒｕ層２７人、Ｓｉ層３６人に制御し、所定の構造とな
っていることをＸ線回折により確かめた。次にＰＭＭＡ
部分（Ｃ）を剥離して、転写すべき幾何形状に従って、
多層膜反射部１０を配列した反射型マスクを得た（第１
１図（Ｂ））。

（ｊＩられた反射型マスクの反射部１１と非反射部１２
の反射率測定をしたところ、波長１２４人の軟Ｘ線に対
して各々６０％、２．７％となり、約２２＝１のコント
ラストが得られた。

本実施例では多層膜構造の反射部をＲｕとＳｉの多層膜
で構成したが、この材料の組合わせは、これに限るもの
ではなく重金属元素としてモリブデンＭｏ、タングステ
ンＷ、ロジウムＲｈ、ハフニウムＨｆ、タンタルＴａな
ど、軽元素として炭素Ｃ，ホウ素Ｂ、ベリリウムＢｅな
ど及びそれらの化合物がｉ■能である。

更に非反射膜Ａ１の材料としてタングステンＷを用いた
が、′この材料はこれに限るものではなく、モリブデン
ＭＯ、ロジウムＲｈ、ハフニウムＨｆ、金Ａｕなと重金
属元素を用いることができる。

（発明の効果） 本発明によれば反射型マスクの基板面を所定の曲面形状
より構成することに′より、Ｘ線用等の縮少型の投影光
学系に適用したとき、光学性能上最も重要となる像面湾
曲を良好に補正することのできる高蹟度の投影光学系よ
り成る露光装置を達成することができる。

又、従来より画角が狭い為に使用が制限されていた２枚
の球面反射鏡を用いた、所謂シュワルツシルト型光学系
においても、像面湾曲を大幅に改みすることができ、例
えばフレネルゾーンプレートの製作が極めて容易になる
等の特長を有している。

更に、基板に曲面を用いることにより光学系全体の設計
トの自由度が増えて、より高緒度な露光装置を達成する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第５図は各々本発明の第１．第２実施例の光学
系の概略図、第２図、第３図は第１図の第１実施例にお
いて反射型マスクの基板面を所定の曲面で構成したとき
の収差図、第４図は第１図の第１実施例において反射型
マスクの基板面を平面としたときの収差図、第６図、第
７図は第５図の第２実施例において反射型マスクの基板
面を所定の曲面で構成したときの収差図、第８図は第５
図の第２実施例において反射型マスクの基板面を平面と
したときの収差図、第９．第１０．第１１図は各々本発
明に係る反射型マスクの製造方法の各実施例の説明図で
ある。 図中、Ｍｌ、Ｍ２．Ｍ３．ＭＳ１．ＭＳ２は反射鏡、Ｍ
Ｓは反射型マスク、Ｗはウェハ、ｌは反射型マスクの基
板、２．４は第１の物質、３．５は第２の物質、ｌＯは
多層積層反射部、１１は反射面、１２は非反射面、Ａは
保護膜、Ｂは吸収体、Ｃはレジスト、Ａ１は非反射薄膜
である。 特許出願人　　キャノン株式会社

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）反射型マスク面上にＸ線、又は真空紫外線を照射
   し、該反射型マスク面上のパターンを光学系を介して所
   定面上に形成する際、該反射型マスクの基板面を曲面よ
   り構成したことを特徴とする反射型マスクを用いた露光
   装置。
2. （２）前記反射型マスクのパターンは該基板面上に重元
   素薄膜と軽元素薄膜を交互に積層した多層膜の反射部よ
   り形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の反射型マスクを用いた露光装置。
3. （３）前記反射型マスクのパターンは該基板面上に設け
   た多層積層構造より成る反射部と該多層積層構造を破壊
   し、反射面としての機能を喪失させた非反射部とから形
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の反射型マスクを用いた露光装置。
4. （４）前記反射型マスクのパターンは該基板面上に設け
   た多層積層構造より成る反射部面上に反射防止膜より成
   る非反射部を設けて形成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の反射型マスクを用いた露光装
   置。
5. （５）前記反射型マスクのパターンは該基板面上に設け
   た多層積層構造より成る反射部面上にＸ線又は／及び真
   空紫外線に対する吸収体を設けて形成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の反射型マスクを
   用いた露光装置。