JPH03139822A - 半導体リソグラフィ用装置 - Google Patents

半導体リソグラフィ用装置

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JPH03139822A
JPH03139822A JP2270675A JP27067590A JPH03139822A JP H03139822 A JPH03139822 A JP H03139822A JP 2270675 A JP2270675 A JP 2270675A JP 27067590 A JP27067590 A JP 27067590A JP H03139822 A JPH03139822 A JP H03139822A
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mirrors
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ターニャ　イー．ジュエル
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ジェイ．マイケル　ロジャーズ
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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、半導体部材又は半導体部材上の加工層を、光
化学放射光に対してパターン状に露出させる装置に関す
る。
（従来技術） 選択的エツチングは、例えば個別的又は総合的電子デバ
イス、光電子デバイス、光半導体デバイスのような、半
導体デバイスの製造方法として現在知られている商業的
に重要な製造方法の本質的に全てにそれらの一部分とし
て含まれている。−般には、選択的エツチングは、半導
体部材（しばしば、「ウェーハ」と称する）の予定領域
を適当なエツチング媒体に露出できるように適当にパタ
ーンを付けた加工層を用いて行う。この加工層のパター
ン付けは一般には、加工層の予定領域を光化学放射光に
露出し、これによって露出部分の加工層材料の化学的性
質を変え、加工層を部分的に選択して除去できるように
するプロセスにより行う。このプロセスを、通常、「リ
ングラフィ」（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　）と称する。
個々の半導体デバイスが段々に小型化しつつあり、集積
回路（ＩＣ）化したデバイスの数も段々に増大しつつあ
ることは周知の通りである。当業者は一般にデバイスの
大きさを、デバイスについの典型的寸法表現のひとつで
ある「設計単位寸法（デザインルール）」という用語で
表している。
設計単位寸法が１μｍ未満のデバイスは既に商業化され
ており、設計単位寸法が０．５μｍ未満のものも今後数
年以内に商業的に使用されることが予想される。よりい
っそう多数のデバイスに用いられているＩＣを採用する
ことにより技術とコストの両面での利点が得られること
から、今後しばらくの間、より小さいデバイスを求める
傾向がまず必然的に続くものとみられる。技術面での利
点の一つは電荷担体（キャリヤ）の走行時間が短いため
高速化できることである。
現在リソグラフィに用いられる光化学放射光は、電磁波
スペクトルの可視光線又は紫外線（ＵＶ）帯域部分に属
する。周知のように、リソグラフィで加工可能な寸法は
使用する放射光の波長に懸かっている。すなわち、設計
単位寸法を小さくするにはりソグラフィに用いる光化学
放射光の波長を短くする必要がある。現在の光学的リソ
グラフィ技術は約０．２５μｍ未満の設計単位寸法には
使用できないと予想されている。このためには、代わり
に更に短い波長の光化学放射光を用いる必要があろう。
これは、電子ビームのような粒子ビーム、又は、より短
い波長の電磁放射線、すなわちＸ線ということになる。
本発明はＸ線リソグラフィ用装置を取り扱う。
従来の半導体リソグラフィ用装置は一般には、光化学放
射光源と、光ビームの調整用の屈折又は反射屈折式（す
なわち屈折及び反射の両要素を含む）光学装置又は投影
装置（ガラス又は石英の屈折要素を使用）と、放射光源
と露出するウェーハとの間にマスクを設置する装置とか
ら成っている。
市販の光学的リソグラフィシステムの多くは、ステップ
アンドリピート方式である。このようなシステムでは影
像は縮小形でも非縮小形でもよい。
前者すなわち縮小形の場合、影像寸法は対応するマスク
寸法よりも小さく、その場合の寸法関係を縮小率で表す
。
非常に小さい設計単位寸法が今後予想されることを考え
ると、マスク寸法を対応するウェーハ上の寸法よりも大
きくでき、したがってマスクの製造が容易になるように
、縮小形のりソグラフィ用装置を使用できることが望ま
しい。更に、平坦なマスクと平坦なウェーハとの両方が
使えるように、投影装置の形成する影像野が湾曲してい
ないことが望ましい。更に又、走査する必要がないよう
に、投影装置が比較的大きい影像野を形成できることと
、比較的大きい２次元影像野に対して、システムが、予
想される設計単位寸法よりもよい解像力を持つこととが
望ましい。ここにおいて、解像力とは、投影装置が０ｏ
６５以上の高いコントラストを持たせて形成できる周期
的正方形波パターンの最小線幅として定義される。最後
に、投影装置が影像空間においてテレセントリックであ
ることが極めて望ましい。ここに「テレセントリック」
（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｌｃ　）とは、短い共役軸側すな
わち影像空間において主光線が相互に平行であることを
意味する。これによってウェーハの位置決めの不安定さ
が大いに減少する。本発明はこれらの又その他の望まし
い特徴を有する新しいＸ線リソグラフィ用装置を開示提
供するものである。
いくつかの光学システム（一般に、光学的又は赤外線（
ＩＲ）波長で使用するように設計された、通常は四鏡式
のシステム）がＸ線露出システムに不可欠な特性をいく
らか有していることは技術的に知られている。しかし、
Ｘ線露出システムに最も重要な要件をすべて満足させる
従来技術は一つもない。特に、影像空間においてテレセ
ントリックで例えば円形や方形を形成する広い影像野、
を得ようとする際に生じる問題点を克服できる従来技術
はない。関連する従来技術によるシステムの主な欠点と
しては、Ｘ線リソグラフィに用いるよりもはるかに長い
波長用に設計されているという事実のほかに、影像野の
縦横比が一般に高いこと及び、又は影像野が湾曲してい
ることがある。これら及びその他の欠点のため、従来技
術によるシステムは、本発明に関連する方式のＸ線リソ
グラフィシステムに用いるには不適当である。
現行最新技術による透明（非すりガラス）四鏡式光学シ
ステムの例が米国特許第４．２２６．５０１号及び、「
応用光学Ｊ　　（Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ）誌第
１７（７）巻１０７２ページから１０７４ページに掲載
の論文（デイ−・アール・シエーファ−（Ｄ、Ｒ，５ｈ
ａｆ’ｅｒ）　）に開示されている。この従来技術によ
るシステムにおいては、昔のシュワルツシルト（Ｓｃｈ
ｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ　）システムと既知の環状野シス
テムとを組み合わせて５回反射の四鏡式システムとした
もので、球面収差、コマ収差、非点収差を補正しである
。しかし、この従来技術によるシステムにおいては影像
針の湾曲は補正されていない。更に、このシステムは明
らかに電磁波スペクトル中の可視部分及び、又は赤外線
部分での操作用に設計されており、使用可能な２次元影
像野はやや小さいが、広角環状影像針又は適度に広角の
細長帯状影像前を得るのに使用可能である。
関連する四鏡式システムの別の例がアメリカ光学会（ｔ
ｈｅ　０ｐｔ１ｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｍｅ
ｒｉｃａ）の１９８３年年次総会論文抄録（Ｔ　ｕ　Ｂ
　３）に開示されている。この抄録の著者はデイ−・ア
ール・シ工−フｙ　−（Ｄ、Ｒ，５ｈａｆｅｒ）である
。この抄録に述べられているシステムは球面収差、コマ
収差、及び非点収差の補正に加えて、平坦な影像針を有
するとあり、環状又は細長帯状影像前の形状もよく補正
されているとある。このシステムは望遠鏡式でもあり、
明らかにスペクトルの可視部分及び、又は赤外線部分で
使用するように設計されている。
周知のように、使用可能な影像針寸法は波長と同じ因子
によって増減するので、既定波長において成る性能特性
（例えば成る既定の影像寸法における予定解像力）を満
足するように設計された反射方式の光学システムは、元
の設計を単に寸法的に増減するだけでは元の波長よりも
著しく短い波長での使用には適応できない。このように
、成る大きさの影像針に対して波長λにおいて成る解像
力及び収差特性（作動波長に対する小数の形として表現
）を満足する設計は、もし新しい作動波長λ゛がλより
はるかに短い（例えばλ°／λが０．２以下）に使用し
た場合、前と同じ大きさの影像針に対して前と同じ特性
（新しい作動波長に対する前と同じ小数として表現）を
一般には満足しない。例えば、もし全て屈折から成るシ
ステムにおいて成る影像針寸法における山対谷の波面収
差が０．２５λに等しいか又は０．２５λより小さいと
すると（このようなシステムはよく補正されており、影
像針寸法に対して回折が限られているといえる）、λ／
１０に等しい波長λ°で同じシステムを作動させた場合
の波面収差は２．５λ゛に等しいか又は２．５λ゛より
小さい値となる。
すなわち、このシステムはより短い波長ではよく補正さ
れておらず回折も限られているとはいえい。
（発明の概要） 広い観点では本発明は、透明四鏡式（又はより多くの数
の鏡を用いる）光学システムから成る装置である。好ま
しい実施例においては本光学システムは、一般には約：
３０ｎｍ　（ナノメートル（ｎｍ）：１０のマイナス９
乗メートル）より短い波長のＸ線で使用するようになっ
ている。しかし、本発明はこれに限られるものではない
。　より詳しくは、本発明は、比較的広い平坦な影像針
を有し、影像空間内で、すなわち短い共役軸側において
テレセントリックであるような透明四鏡式（又はより多
くの数の鏡を用いる）光学システムから成る装置である
。
成る特定の実施例においては、本装置は半導体リソグラ
フィ用であって、本装置の使用時間の少なくとも一部の
時間の間を加工用放射光に露出するようにした実質上平
坦なマスク部材、を保持する装置と、該マスク部材に対
して予定の関係状態に半導体部材を保持する装置と、該
半導体部材の表面上に又は該半導体部材の表面上に設け
た加工層上に該マスク部材の予定領域を縮小した大きさ
の加工用放射光影像を形成できるようにした投影システ
ム装置と、から成る。
本投影システム装置は、短い共役軸側においてテレセン
トリックである有限共役光学システムを形成する４個又
はそれより多くの数の鏡から成る。
これらの鏡は、前記のマスク部材の予定領域の影像が実
質上平坦で一般に回折の限られた影像になるように選ぶ
。更に本投影システム装置は、波長が約３０ナノメート
ルよりも短い加工用放射光で使用できるようにする。
好ましい実施例において顕著なのは、影像針が縦横がａ
及びｂからなる２次元の寸法を有し、ａとｂとは「ａ≧
ｂ、ｂ≧０．ｌａ、更にｂ≧１ｍｍ」関係にあり、影像
針における解像力が約０゜２５μｍより高いことである
。
更に別の実施例では、光学システムが、長い共役軸側か
ら短い共役軸側に向かって順に、第１の凸面鏡、第１の
凹面鏡、第２の凸面鏡、及び第２の凹面鏡から成るよう
にしている。これらの鏡の内の少なくとも２個は非球面
である。これら４個の鏡の半径絶対値は、長い共役軸側
から短い共役軸側に向かって順に、又、システムの焦点
距離に対する小数の形として、２６２０．２．５９．２
．５１．２．１３で、それらの公差は全て±５％以内で
ある。同等に、これら４個の鏡の半径は、長い共役軸側
から短い共役軸側に向かって順に、１．００．１．１８
．１．１４、及び０．９７の比率を成し、それらの公差
は全て±５％以内である。鏡の軸方向の分離距離は、シ
ステムの焦点距離に対する小数の形として、１．４５　
（第１凸面鏡から第１凹面鏡まで）、１．４７（第１凹
面鏡から第２凸面鏡まで）、１．１０（第２凸面鏡から
第２凹面鏡まで）、１．２１（第２凹面鏡から影像まで
）で、それらの公差は全て±１０％以内である。又、本
光学システムが一般に有する開口数は、短い共役軸側に
おいて少なくとも０．０７である。
本発明の特に好ましい実施例では、影像縮小率は少なく
とも２対１であり前記のａ及びｂがいずれも５ｍｍより
大きく、影像野における解像力が０．２μｍよりも高い
（すなわち、よい）。本発明によるリングラフィ装置に
は随意選択として、加工放射光源（例えばレーザプラズ
マＸ線源）及び、又は放射光ろ波（フィルタ）装置を含
めることもできる。
（実施例） 第１図は、本発明による半導体Ｘ線リングラフィ用装置
の実施例を示す略図である。本装置には、Ｘ線ビーム１
２（一般には、多色光ビーム）を放射する放射線源１１
（例えばシンクロトロン又はレーザ・プラズマ源）を含
む。自由選択追加のろ波システム１３はＸ線ビーム１２
のスペクトル幅を狭めて実質的に単色のビーム１２°を
得るのに役立つ。以下に述べるように、本発明による投
影装置は反射方式だけを用いた装置であるので、ろ波シ
ステムを必ずしも使用しなくてもよい。しかし通常は、
長い方の波長をビームから除去すれば最良の解像力が得
られる。更に、入射する放射線のスペクトル幅を投影シ
ステムの鏡の反射可能帯域幅に合わせることにより、鏡
が望ましくない帯域幅の放射線荷重を伝達する必要がな
くなるため、システムの安定性が一般的に向上する。
マスク１４に入射する放射線（加工用放射線）の波長は
一般に３０ｎｍより短く、例えば約１３ｎｍである。約
１１００ｎより短い波長の電磁放射線に対して高い透過
率を有する光学材料は現在知られていないので、３０ｎ
ｍより短い波長の加工用放射線を用いる場合の投影シス
テムは反射方式だけを用いたシステムとする必要がある
。
マスク１４は固定装置（図示せず）によって投影システ
ム１０に対して固定状態にしである。このような固定装
置は従来のものでよく詳細説明を必要としない。投影シ
ステム１０は本発明によるＸ線投影システムで、以下に
詳しく述べるが、４個（あるいはそれより多くの数）の
鏡から成り、それらの内の少なくとも２個は非球面であ
る。投影システム１０によって加工用放射線が半導体つ
二一ハ１５の予定領域に入射する。一般にウェーハの表
面は加工用放射線を吸収して化学変化を受ける物質（レ
ジスト）から成る加工層（図示しない）で覆われている
。
半導体ウェーハ１５は、例えば適当な支持装置１６上に
取り付けられて投影システムに対して固定状態に保持さ
れる。一般にリソグラフィ装置は、ｘ−ｙゾーニング装
置（ステッパ）１７又は他の装置で、ウェーハの一つの
領域（例えばｌＯｘ１０ｍｍ平方）の露出完了後ウェー
ハを本質上Ｘ線に垂直な平面内にウェーハを移動させて
ウェーハの別の領域を露出位置に持ってくるようにする
ための装置、も備えている。この技術は「ステップアン
ドリピート方式」として当業者に周知である。
ステップアンドリピートプロセスを行うための装置も周
知で詳しい説明を要しない。本発明による装置は一般に
は更に、マスクを均一に照射してパターン源を投影シス
テム１０の光入口内に結像させるのに役立つコンデンサ
システム１８をも含む。
第１図では透過形のマスクを用いた装置を示しであるが
、本発明はこれに限られるものではなく反射形マスクを
用いた装置にも実施可能であり、第１図の装置実施例を
反射形マスク付きとする変更は当業者にとって容易なこ
とである。
本発明によるＸ線投影システムの好ましい実施例におけ
る関連部分の略図を第２図及び第３図に側面図及び平面
図として示す。両図中には、マスク１４に入射する加工
用ビーム１２°、及びビーム寸法を限るための、自由選
択追加の開口部２０を示す。第２図に、マスク１４から
発散して凸面軸外し非球面断面の第１次鏡２１上に達す
る放射線を示す。第１次鏡２１は受けた放射線を反射し
て発散光の形で凹面球形鏡である第２次ｆｆ１２２上へ
送る。放射線は更に第２次鏡２２から反射されて集束光
の形で凹面鏡である第３次鏡に到達する。
この実施例では第３次鏡は微かに非球面としであるが、
適用例によっては自由選択として球面にもできる。第３
次鏡によってシステムの開口絞りが決まる。放射線は第
３次鏡で反射され発散光の形で凸面軸外し非球面第４次
鏡２４上に至る。第１次鏡２１の曲率及び位置は第４次
鏡２４から反射された放射線が影像空間においてテレセ
ントリックであるように選ぶ。
第２図には本発明の説明に用いる座標システムについて
も示す。ｚ軸は基準軸２５に平行であり、一方、基準軸
２５はマスク１４の照射部分を通り且つこれに垂直で、
Ｘ軸及びｙ軸はマスクに平行である。第３図から明らか
なように、この投影システムはｙ−ｚ軸を含む面に対し
て対称である。
図に示すように、本発明による投影システムは開口部及
び影像野において基準軸から外れている。
すなわち回転対称軸を持たない。更に本投影システムは
反射方式だけを用い、透明（すりガラスを用いない）で
、有限共役形（すなわち、対象物は無限遠にはない）の
システムで、平坦なマスクから平坦なＸ線影像を形成す
るために用いられる。
本投影システムによる影像は、回折の限られた、影像野
での解像力の高いものを得ることができる。
影像野は２次元で、その２次元寸法を各辺各々ａ及びｂ
とし、ａがｂに等しいか又はｂより大きいくなるように
影像野の軸を選ぶ。影像野寸法は、ｂ≧０．ｌａ、且つ
ｂ≧１ｍｍの関係にあるようにできる。例えば、ａ及び
ｂの両方を１０ｍｍとすれば影像野は正方形又は円形と
なる。しかし、矩形、楕円形、又はそれ以外の形も影像
野として可能であり、考えられている。
本発明による投影システムにおいては、球面収差、コマ
収差、非点収差、及びペッツパルの湾曲を高度に補正す
るために鏡が互いに協力し会えるような鏡の変数の選び
方が容易にできる。像のゆがみ、例えば完全正方形の側
辺部のへこみや張り出しは、１％のオーダーまで残留ゆ
がみを減らすことができるし、影像の事前又は事後処理
によって更によく補正することが可能である。
一般に本発明によるシステムにおいて、影像野における
解像力は０．２５μｍよりもよい。例えば、成る実施例
では２０ｘ２０ｍｍ平方の寸法の影像野に対して０．１
μｍで、これを２．５の係数でスケールアップした場合
には、影像野寸法２５　ｘ　２５ｍｍ平方に対して解像
力は０．２μｍで、マスクとウェーハとの距離は１ｍに
増大する。以上の場合において加工放射線の波長は全て
１３ｎｍである。
第４図及び第５図は、本発明による好ましい実施例の計
算性能データを加工放射線の波長１３ｎｍの場合につい
て示す。特に第４図は、縦横ｌＯｘ１０ｍｍの平方形影
機前４０内の９個の点（参照番号４ｌ−５０）における
波面誤差実効値（自乗平均平方根（ＲＭＳ）値で表す）
及び８４％エネルギー円直径を示す。第５図は、第４図
の影像青白の９点中の５点についての光線収差記入図を
示し、図中、第５Ａ図は点４１に、第５Ｂ図は点４２に
、第５Ｃ図は点４３に、第５Ｄ図は点４４に、そして第
５Ｅ図は点４５に、それぞれ関連し、座標単位はミリメ
ートル（ｍｍ）である。
第１表から第Ｖ表までの表は、第２図及び第３図に示す
本発明による投影システムの好ましい実施例に対する構
造関係のデータ及びその他関連情報を含む。本実施例の
システムは、５：１、開口数（ＮＡ）０．０８．５０ｘ
５０ｍｍ四鏡式アナスチグマートで、基準波長は１３ｎ
ｍである。表中の情報は、既知で広く利用されているレ
ンズ設計用ソフトウェア（例えばＣ０ＤＥＶ）で扱うの
に適した形で示されており、このことは当業者にも認識
されよう。表中に使用されている用語も当業者が十分に
理解できるものである。
第１表は、鏡の半径、間隔、及びその他の関連情報を示
す。
第１１表は偏心開口部についてのデータを示す。
（以下余白） 対物 曲率半径 前後 無限 偏心（１） 第１表 厚さ ４９２．１００４ ３８４．４８９９ 偏心（３） ＾（＋）　　　　　−１３８，１６４２偏心（４） ２５１．３３３Ｉ　ＣＣＩ３８．６４９９偏心（５） ０．００２８ 偏心（６） ３　　　　　　　　　＾（２）　　　　　−１０５，６
９９４偏心（７） ４　　　　　　　　　＾（３）　　　　　１１９．９．
５２影像　　　　　　無限 開口部直径 前後 １５．３７４８ ３４７．６４０９ ５１．００００ １６．０Ｂ０４ １４．１３０９ ガラス 空気 注ニー　　　　　　　　　０　　　　　　’が右側にあ
ることを示す。
曲率半径が負の場合は曲率中心が左側にあることを示す
。
−寸法はミリメートルを示す。
−厚さは次の表面までの軸方向の距離を示す。
−上記の影像直径は近軸値であって、 光線追跡値ではない。
第■表 直径 間口部 形状 円 ３０、α唖 父、００Ｇ 円 １６．０６０ １６．０６０ 円 ３４．０００ ３４．０［Ｋｌ 非球面度は次の式で定義される： ｆ１ ０．０００ Ｏ，ｏｏ。
偏心 −２５，０６０ １ｊ３Ｇ ３２１カ 第■表は非球面係数の値を示し、第１Ｖ表は鏡の偏心定
数を示す。
「偏心ｊによって変位又は回転後の新座標が定義され、
新座標内で次の表面が定義される。「偏心」に続く表面
は新座標システムの局部的機械軸線（２軸線）に位置合
わせされる。新しい機械軸線は別の偏心によって変えら
れるまでそのまま引き続いて使用される。所定の表面に
変位と傾斜が適用される順序は異なる偏心方式を用いて
定められ、これらによって異なった新しい座標システム
が生成される。ここで用いたものを以下に説明する。説
明中、アルファ、ベータ、及びガンマは角度を示す。
（以下余白） 偏心定数要点二 方式　　　付随 コード 適用順序 偏心 偏心 戻り 変位（Ｘ、ＹＳＺ） 傾斜（α、β、γ） 表面屈折 次の表面までの厚さ 偏心（Ｘ、Ｙ、Ｚ、　　α、β、 γ） 表面屈折 戻り　（−γ、−β、−α、 −Ｚ、−ＹＳＸ） 次の表面までの厚さ 最後に、第７表は偏心システムである実施例についての
１次データを示す。もしパワー付きの要素が偏心又は傾
斜した場合、１次データではシステムの特性を十分に述
べられないことが多い。投影システム実施例のシステム
焦点距離（Ｅ　Ｆ　Ｌ）を含んだ焦点距離データを第７
表に示す。当業者に周知のように、システム焦点距離は
、鏡の半径及び間隔に依存する設計変数である。すなわ
ち、もし上記の変数を選んでしまえばシステム設計者は
ＥＦＬを既知の方法で決定できる。
（以下余白） 第Ｖ“表 無限共役 ＢＦＬ ＢＦＬ ＢＦＬ Ｆ／ＮＯ 使用共役 減少 有限Ｆ／Ｎ。
対物距離 全トラック 影像距ａ ＡＬ 近軸 影像高さ 影像距離 半影機前 角度 光入口 直径 距離 光出口 直径 距離 ％、１１８６０ １０１．９３３１ １０．５０１）４ ６．３１１２６ ＝　　　　　　０．１９２８ ６．２５００ −　　４９１１αＸ 璽　　　３９８ｊ２５１ 震　　１１９．９０５２ −　　−２１３．４８０５ 纜　　　４．８１９２ ＝　　　１２０．６０９８ ７．２９４４ ！５．１７９フ ０、αＸ唖 冨　　　　１４０．０５１５ ■　　９９５．ｕ９９ 開口絞り 直径　　　　　諺　　１５．３２５３ 注−ＦＥＬは第１の表面から測定する。
−ＢＦＬはＪｌｆｆの表面から測定する。
ここで関心の対象としているスペクトル範囲において比
較的高い反射率を有する鏡が存在することは既知である
。例えば、「応用物理通信Ｊ　（Ａｐ−ｐｌｆｅｄ　Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第５２巻、２６９ペ
ージ（１９８８年）記載の論文（ジエイ・エイ・トレイ
ル他（Ｊ、Ａ、Ｔｒａｉｌ　ｅｔ　ａｌ、）　）を見る
と、波長１５ｎｍにおいて５０％を超える反射率が得ら
れる、６２シリコンＳｉ／モリブデンＭｏ層の対から成
る鏡が開示されている。又、第３３回電子、イオン、及
びフォトン・ビーム国際シンポジウム（１９８９年米国
カリフォルニア州モントレーにて開催）で発表された論
文「多層鏡を用いた軟Ｘ線縮小リソグラフィ」　（エイ
チ・キノシタ他（Ｈ。
Ｋｉｎｏｓｈｉｔａ　ｅｔ　ａｔ、）　）には、ニッケ
ルＮｉ／炭素Ｃ及びモリブデンＭｏ／シリコンＳｉの多
層構造についてのデータを掲げ、後者については約１３
ｎｍの波長において６５％の反射率と　０．５ｎｍの帯
域幅を得ることが可能であるとしている。
更に、［真空科学技術ジャーナルＪ　　（Ｊｏｕｒｎａ
ｌ　　。
ｒ　　Ｖａｃｕｕｍ　５ｃｉｅｎｃｅ　　ａｎｄＴｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｙ）　、第８６巻、２１６２ページ（１９
８８年）の論文（エイ・エム・ホリルク　（Ａ、　Ｍ、
ｌ１ａｖｒｙｌｕｋ　）　）には、反射マスクと多層球
面鏡を用いた二鎖式Ｘ線縮小カメラから成るリソグラフ
ィシステムが開示されている。このような反射マスクは
本質的に、パターン付きの分散形多層鏡である。更に又
、「アメリカ物理学会論文集」、第７５号（低エネルギ
ーＸ線診断法）、１２４ページから１３０ページ（１９
８１年）（イー・スピラー（Ｅ、５Ｉ）１１１ｅｒ　）
　）も参照されたい。
ここで関心の対象としているスペクトル範囲で用いる鏡
の反射率は約７５％の線を超える見通しがないことから
、一般には、本発明によるシステムに使用する鏡はその
数を必要最小限の４個か、あるいは５個、に制限した方
が有利である。５個よりも多い数の鏡を必要とする設計
では一般に受は入れ難いほど長時間の露出及び、又は非
常に高出力の（したがって、より高価な）Ｘ線源を要す
ることになる。
鏡を同軸配置にした投影システムは一般に、非同軸配置
の場合よりも組立、位置合わせ、及び試験が容易なので
、多くの場合本発明は、鏡を同軸配置にした投影システ
ムから成る装置に実施すると有利である。このようなシ
ステムの実施例である同軸四鏡式アナスチグマートを第
６図に示す。
４個の鏡の曲率中心は全て、物事面と像平面の両方に垂
直な共通軸上にある。これに加えて、非球面レンズはい
ずれも、この共通軸に関して傾斜も偏心もない。したが
って、この投影システムは、第３次鏡２３上の開口絞り
と軸外し影像前付きの回転対称システムと見てもよい。
この対称方式によると例えば５ｘｌＯｍｍの影像野に対
して０゜７μｍのような、非常に低い値に残留ゆがみを
抑える設計が可能となる。このような低いゆがみは、マ
スクに事前に逆変形を与えることによって容易に補正で
きる。
第６図に示す同軸投影システムの設計においては、４個
の鏡は全て非球面で、その内の２個は円錐曲面を有し、
他の２個は円錐曲面に６次偏差を加え、鏡の使用部分に
対しての最もよく適合する球面からの最大非球面偏差は
３，６μｍで、投影システムとしての特性は次の通り：
すなわち、ウェーハ側の影像野寸法５　ｘ　１０ｍｍ、
開口数０゜０８、波長１３ｎｍに対して、最大残留波面
誤差のＲＭＳ実効値は０．０２７波（平均値０．０８波
）、　最小正方形波ＭＴＦ値は、５０００線／ｍｍにお
いて０．６１である。この投影システムは、マスクから
ウェーハまでの距離が５００ｍｍあり、影像空間におい
て本質上テレセントリックで、非テレセントリック誤差
最大値は１μｍの焦点ぼけ当り０．００５μｍである。
上に述べた影像野５　ｘ　１０ｍｍの設計について、第
４図に類似の性能データ例を第７図に示す。
本実施例のシステムは、長い共役軸側から短い共役軸側
に向かって順に、第１凸面鏡、第１凹面鏡、第２凸面鏡
、及び第２凹面鏡から成り、システム焦点距離（Ｅ　Ｆ
　Ｌ）は１５０．０５８３である。４個の鏡の半径絶対
値は、長い共役軸側から短い共役軸側に向かって順に、
又、ＥＦＬに対する小数の形として、２．６１２．２．
９８７．１．６７１．１．５６３で、それらの公差は全
て±５％以内である。同等に、これら４個の鏡の半径は
、同じ順に、１，００．１．１４．０．６４、及び０．
５９８の比率を成し、それらの公差は全て±５％以内で
ある。鏡の軸方向の分離距離は、ＥＦＬに対する小数の
形として、１．８４５　（第１凸面鏡から第１凹面鏡ま
で）、１．９２６　（第１凹面鏡から第２凸面鏡まで）
　、０．８６２　（第２凸面鏡から第２凹面鏡まで）、
１．０４２　（第２凹面鏡から影像まで）で、それらの
公差は全て±１０％以内である。前に述べた実施例と同
様に、ここに述べた値からこれら許容公差の％値よりも
大きく値がずれると、概して、システムが上記の性能特
性の一つ又はそれ以上を満足しないという結果になる。
第Ｖ１表から第１Ｘ表までは、上記の影像野５ｘｌＯｍ
ｍ同軸投影システム例に対する構造関係のデータ及びそ
の他関連情報を示す。すなわち、第Ｖ＋表は第１表に、
第Ｖ１１表は第１１１表に、第Ｖｌｌ１表は第１ｖ表に
、第１Ｘ表は第Ｖ表に、それぞれ、注記も含めて類似で
ある。又、 ある。
基準波長は１３ｎｍで 第■表 第■表 べ２） ０、Ｏｆ）２２３１０ｇ　　−０，０９４３９０Ａ（３
）　　　０．００３９Ｂ６９５　１．０６９５１００．
００ＣＫＸＩＥ＋ＯＯ４３６”１９８Ｂ−１３０，００
０００Ｂ＋０００．０００００Ｅ＋００＾、（４）　　
　　０．００４２６３１７　０．１８ＣＭＱ７開口絞り −０，１４２３ １７，９２３９ 偏心 Ｄ（１） ２　アルファ ベータ ０、ＣＫＸＸｌ　　８．４７１７　０．Ｑ）Ｇｏ　　０
．０００Ｇ　　０．００００ガンマ （戻り） 無限 ３５４〜コｆ 第■表 無限共役 使用共役 直径 距離 光出口 直径 距離 ２３．３８２０ ２６９．５４１１ １７８．１９１３ −　　１２６９．９７８８ 第６図の同軸投影システムにおいて、別に影像野寸法ｌ
Ｏｘ１５ｍｍの設計を考えてみると、この影像野に対し
て回折の限られた性能は得られるが上記の影像野５ｘｌ
Ｏｍｍの設計よりもいくぶん包絡面が大きくなる。例え
ばマスクからウェーハまでの距離は８８０ｍｍ、ゆがみ
は１μｍ未満、最大残留波面誤差のＲＭＳ実効値は０．
０５３波（平均値０．０３９波）、最小方形波ＭＴＦ値
は、５０００線／　ｍ　ｍにおいて０．５４　（平均値
０゜５９）である。したがって、焦点深度を減少させれ
ば０．１μｍの解像力は達成できよう。鏡は全て円錐曲
面で、６次及び８次項偏差を加えである。
どの鏡についても、鏡の使用部分に対しての最もよく適
合する球面からの最大非球面偏差は６．６μｍである。
第８図は、第４図及び第７図に類似の性能データ例を示
す。
上記の説明は、本発明のいくつかの実施例に関するもの
で、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変
形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術範囲
に包含される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明によるＸ線リソグラフィ用装置実施例
の主要構成要素を示す略図である。 第２図及び第３図は、本発明による、マスクから影像野
までの投影システム実施例の関連部分を軸線上の影像点
からの周辺光線と共に略図で示す側面図及び平面図であ
る。 第４図は、本発明による投影システム実施例における、
波長１３ｎｍの場合の波面誤差実効値（自乗平均平方根
（ＲＭＳ）値で表す）及び８４％エネルギー円直径（公
差を含まず）を正方形影像図式（フォーマット）上のい
くつかの点で示す。 第５図は、第４図と同じ実施例システムにおける、５枚
の光線収差記入図である。これらの光線収差記入図は、
第４図に表した影像青白対象点中の５点について、影像
誤差をＸ子午線に沿った相対光入口座標におけるＸ方向
の値（左側の列）とＸ子午線に沿った相対光入口座標に
おけるＸ方向の値（右側の列）で示す。 第６図は、本発明による投影システムの他の実施例（同
軸システムの場合）の関連部分を略図で示す。 第７図及び第８図は、本発明による同軸投影システムの
２実施例における性能データを示す。 （主な符号の説明） １０：投影システム １１：放射線源 １２：Ｘ線ビーム １２°　：加工用ビーム（単色ビーム）１３：ろ波（フ
ィルタ）システム １４：マスク １５：半導体ウェーハ １６：支持装置 １７：ｘ−ｙゾーニング装置（ステッパ）１８：コンデ
ンサシステム ２０：開口部 ２１：第１次鏡 ２２：第２次鏡 ２３：第３次鏡 ２４：第４次鏡 ２５：基準軸 ４０：正方形影機前 ４１−５０：影像青白対象点 出 願 人：アメリカン テレフォン アンド 性能は中心に対してＴ４称 ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、　７ 杉 像 野 に お け る 設 計 性 能 性能は中心に対して対称 ＦＩＧ、　８ 影 像 野 に お け る 設 計 性 能 性能は中心に対して対称

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体リソグラフィ用装置の使用時間の少なくと
    も一部の時間の間を加工用放射光に露出するようにした
    本質的に平坦なマスク部材、を保持する装置と、該マス
    ク部材に対して予定の関係状態に半導体部材を保持する
    装置と、該半導体部材の表面上に又は該半導体部材の表
    面に設けた加工層上に該マスク部材の予定領域を縮小し
    た大きさの加工用放射光影像を形成できるようにした投
    影システム装置と、から成る半導体リソグラフィ用装置
    であって； 前記の投影システム装置は、波長が約３０ｎｍよりも短
    い加工用放射光で使用できるようにすると共に、短い共
    役軸側においてテレセントリックな有限共役光学システ
    ムを形成する４個以上の数の鏡から成るようにし、該鏡
    のうちの少なくとも２個は凸面であり、該鏡は、前記の
    マスク部材の予定領域の影像が本質的に平坦で回折の限
    られた影像になるように選び； 前記の投影システム装置に付随して、ａ≧ｂ、ｂ≧０．
    １ａで、更にｂ≧５ｍｍの関係にあるようなａ及びｂの
    縦横２次元寸法を有する影像野と、該影像野における約
    ０．２５μｍより高い解像力とを持たせるようにしたこ
    とを特徴とする半導体リソグラフィ用装置。
  2. （２）前記の影像縮小率が少なくとも２対１であり、前
    記のａ及びｂがいずれも５ｍｍより大きく、前記の影像
    野における解像力が０．２μｍよりも高く、前記の光学
    システムが、短い共役軸側において少なくとも０．０７
    の開口数を有するようにしたことを特徴とする、請求項
    １記載の半導体リソグラフィ用装置。
  3. （３）前記の光学システムが、長い共役軸側から短い共
    役軸側に向かって順に、第１の凸面鏡、第１の凹面鏡、
    第２の凸面鏡、及び第２の凹面鏡から成り、そのうちの
    少なくとも２個の鏡は非球面とし；前記の４個の鏡の半
    径絶対値は、長い共役軸側から短い共役軸側に向かって
    順に、又、システムの焦点距離に対する小数の形として
    、２．２０、２．５９、２．５１、及び２．１３で、そ
    れらの公差は全て±５％以内とし：前記の４個の鏡の半
    径は、長い共役軸側から短い共役軸側に向かって順に、
    １．００、１．１８、１．１４、０．９７の比率で、そ
    れらの公差は全て±５％以内とし；軸方向の分離距離は
    、システムの焦点距離に対する小数の形として、１．４
    ５（第１凸面鏡から第１凹面鏡まで）、１．４７（第１
    凹面鏡から第２凸面鏡まで）、１．１０（第２凸面鏡か
    ら第２凹面鏡まで）、１．２１（第２凹面鏡から影像ま
    で）で、それらの公差は全て±１０％以内とし、前記の
    光学システムが、短い共役軸側において少なくとも０．
    ０７の開口数を有するようにしたことを特徴とする、請
    求項１記載の半導体リソグラフィ用装置。
  4. （４）更に加工用放射光源を含むようにしたことを特徴
    とする、請求項１記載の半導体リソグラフィ用装置。
  5. （５）前記の鏡のおのおのに付随した曲率中心が全て本
    質的に１本の軸線上に並ぶように各鏡を配置し、前記の
    半導体リソグラフィ用装置に付随する物平面と像平面と
    が前記の軸線に垂直であるようにしたことを特徴とする
    、請求項１記載の半導体リソグラフィ用装置。
  6. （６）前記の光学装置が、長い共役軸側から短い共役軸
    側に向かって順に、第１の凸面鏡、第１の凹面鏡、第２
    の凸面鏡、及び第２の凹面且つ非球面鏡から成り；前記
    の４個の鏡の半径絶対値は、長い共役軸側から短い共役
    軸側に向かって順に、又、システムの焦点距離に対する
    小数の形として、２．６１２、２．９８７、１．６７１
    、１．５６３で、それらの公差は全て±５％以内とし；
    前記の４個の鏡の半径は、長い共役軸側から短い共役軸
    側に向かって順に１．００、１．１４、０．６４、及び
    ０．５９８の比率で、それらの公差は全て±５％以内と
    し；軸方向の分離距離は、システムの焦点距離に対する
    小数の形として、１．８４５（第１凸面鏡から第１凹面
    鏡まで）、１．９２６（第１凹面鏡から第２凸面鏡まで
    ）、０．８６２（第２凸面鏡から第２凹面鏡まで）、１
    ．０４２（第２凹面鏡から影像まで）で、それらの公差
    は全て±１０％以内とし、前記の光学システムが短い共
    役軸側において少なくとも０．０７の開口数を有するよ
    うにしたことを特徴とする、請求項５記載の半導体リソ
    グラフィ用装置。
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