KR100243965B1 - 미세패턴 전사 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

미세패턴 전사방법및 그 장치로써, 노출광으로써 X 선영역 또는 진공자외영역의 빔을 사용하는 반사형 노출장치에서 광원으로 부터 하나의 면내로 확장해서 방사되는 상기 빔을 반사형 결상광학계에 정합한 방향으로 편향하고, 효율좋게 마스크를 조명하는 것에 의해서 해상력이 높고, X 선원으로 부터 나오는 X 선의 전장의 진동면을 고려한 반사형 결상광학계를 구성해서 X 선 이용효율이 높으며, 노출광으로써 X 선영역 또는 진공자외영역의 빔을 사용하는 반사형 노출장치에서 공간적인 코히어런스의 정도가 크더라도 근접효과에 의한 투영상의 저하가 일어나지 않도록, 노출용 빔의 광원위치와 마스크에 대해서 결상광학계의 입사동공과 미러상의 위치를 2개의 초점으로 하는 타원면경을 도입해서 타원면경을 반사한 빔이 마스크면상의 원호형 영역을 조명하도록 하고, 또한 마스크와 웨이퍼를 동기조사시키는 수단을 사용하고, 노출용 빔이 90°굴절용 반사경에 의해 반사될때의 입사빔과 반사빔을 포함하는 면 (이하, 입사면이라 한다)과 빔의 전장의 진동면 (이하, 편광면이라 한다)이 평행하게 되는 것을 피하고, 오히려 직교하도록 노출시스템을 구성하고, 제 1 의 기판상인 마스크에 그려져 있는 패턴을 제 2 의 기판인 웨이퍼사이에 축소전사하는 결상광학계의 조리개의 위치에 주변부의 반사율이 중심부의 반사율보다 낮은 반사경을 마련하던가 또는 상기 결상광학계의 조리개의 위치에 주변부의 투과율이 중심부의 투과율보다 낮은 X 선필터를 마련한다.
이러한 미세패턴전사방법및 그 장치를 이용하는 것에 의해 편광면과 입사면을 직교시키는 입사각이 45°일때에도 반사율이 저하하지 않아 노출용 X 선의 이용효율이 저하지 않고, X 선을 노출빔으로 하는 투영광학계가 공간적으로 코히어런트한 계이더라도 인접패턴상호의 간섭의 영향이 적어 형상의 정밀도가 높은 패턴전사를 실현할수 있다.

Description

미세패턴 전사방법및 그 장치
제1도는 본 발명의 실시예인 미세패턴 전사장치의 개념도.
제2도는 광원으로 부터 발사되는 X 선의 방사상태를 도시한 개념도.
제3도는 미세패턴 전사장치에 있어서의 마스크조명광의 진행경로를 도시한 도면.
제4도는 미세패턴 전사장치에 있어서의 빔의 진행경로를 도시한 도면.
제5도는 미세패턴 전사장치의 다른 조명계에 의한 빔의 진행경로를 도시한 도면.
제6도는 본 발명의 실시예인 미세패턴 전사장치의 보다 상세한 구성도.
제7도는 미세패턴 전사장치의 결상광학계에 있어서의 주 광선의 진행경로를 도시한 도면.
제8도는 X 선의 방사상태및 진동방향을 도시한 도면.
제9도는 X 선을 90°굴곡해서 반사시키는 평면경과 X 선의 편광상태를 도시한 도면.
제10도는 다층막경에 있어서의 X 선 반사율의 입사각 의존성을 도시한 도면.
제11도는 결상광학계의 조리개위치에 배치하는 반사경의 반사율분포를 도시한 도면.
제12도는 마스크패턴의 일예를 도시한 도면.
제13도는 본 발명을 실시하였을때 얻어지는 투영상을 도시한 도면.
제14도는 본 발명을 실시하지 않았을때 얻어지는 간섭효과가 강한 투영상을 도시한 도면.
본 발명은 미세패턴 전사방법및 그 장치에 관한 것이다.
마스크상에 그려진 반도체소자등의 회로패턴을 웨이퍼상에 전사하는 투영노출장치에는 해상력이 높고 미세한 패턴의 전사가 가능한 성능이 요구된다. 일반적으로 투영렌즈의 개구수 (NA)가 클수록, 또는 노출광의 파장이 짧을수록 해상력은 향상한다. 여기서, NA를 크게하는 방법은 패턴전사시에 초점심도의 저하를 가져오므로, 그 크기에는 한계가 있다. 그래서, X 선등의 단파장의 빔을 사용해서 해상력을 향상시키는 검토가 활발하게 진행되어 왔다. 그러나, 파장이 짧을수록 빔은 흡수되기 쉬우므로, 수은램프를 광원으로 하는 종래의 노출장치와 같이 투과형 렌즈에 의한 결상광학계를 실현하는 것은 곤란하다. 그래서, 반사형 결상광학계를 사용하는 방법이 제안되었다.
X 선을 사용하는 것을 전제로 한 종래의 반사형 결상광학계는 일본국 특허공개공보 소화63-18626호나 일본국 특허공개공보 소화63-312638호에 개시되어 있다. 상기의 종래예에서는 마스크패턴을 웨이퍼상에 전사하는 결상광학계의 구성에 대해서 상세하게 검토되어 있다. 한편, 마스크와 웨이퍼를 접근시켜서 패턴을 전사하는 근접노출법에 있어서는 반사경을 주사해서 노출영역을 확대화하는 조명광학계가 일본국 특허공개공보 평성1-96600호에 개시되어 있다. 또, 일본국 특허공개공보 소화63-62231호에는 1개 또는 2개의 반사경으로 이루어지는 결상광학계를 사용해서 마스크패턴을 전사하는 경우에 원호형상의 조명을 실행하기 위한 미러를 도입하는 것이 기술되어 있다.
상기 종래에는 패턴전사시에 광원으로 부터 하나의 면내로 확장해서 방사되는 빔을 반사형 결상광학계로 정합한 방향으로 편향시키는 것에 의한 해상력의 향상과 노출영역의 확대를 양립시키는 것이 고려되어 있지 않았다. 또, X 선 광원으로 부터 발사되는 X 선은 특정한 면을 따라서 진동하는 전장의 성분이 강하게 나타나는 것과 이 강한 전장의 진동면과 X 선을 90°굴곡하는 반사경을 특정한 위치관계로 유지하지 않으면 X 선이 웨이퍼상에 효율좋게 도달할수 없다는 문제점이 있었다. 또, 공간적인 코히어런스의 정도가 큰것때문에 복잡하게 배치된 미세패턴을 전사하는 경우는 인접하는 패턴상호의 간섭의 영향에 의해 투영상의 저하가 생긴다는 문제점도 있었다. 또, 상기 종래기술에서는 투영상의 저하를 방지하기 위한 어떠한 고려도 되어 있지 않았다.
따라서, 본 발명의 제 1 의 목적은 노출광으로써 X 선영역 또는 진공자외영역의 빔을 사용하는 반사형 노출장치에 있어서 광원으로 부터 하나의 면내로 확장해서 방사되는 상기 빔을 반사형 결상광학계로 정합한 방향으로 편향하고, 효율좋게 마스크를 조명하는 것에 의해서 해상력이 높은 미세패턴전사방법및 그 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 의 목적은 X 선원으로 부터 발사되는 X 선의 전장의 진동면을 고려한 반사형 결상광학계를 구성해서 X 선 이용효율이 높은 미세패턴전사방법및 그 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 3 의 목적은 노출광으로써 X 선영역 또는 진공자외영역의 빔을 사용하는 반사형 노출장치에서 공간적인 코히어런스의 정도가 크더라도 근접효과에 의한 투영상의 저하가 일어나지 않는 X 선 투영노출방법및 그 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 제 1 의 목적은 노출용 빔의 광원위치와 마스크에 대해서 결상광학계의 입사동공과 미러상의 위치를 2개의 초점으로 하는 타원면경을 도입해서 타원면경을 반사한 빔이 마스크면상의 원호형 영역을 조명하도록 하고, 또한 마스크와 웨이퍼를 동기주사시키는 수단을 사용하는 것에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 제 2 의 목적은 노출용 빔이 상기 90°굴절용 반사경에 의해 반사될때의 입사빔과 반사빔을 포함하는 면 (이하, 입사면이라 한다)과 상기 빔의 전장의 진동면 (이하, 편광면이라 한다)가 평행하게 되는 것을 피하고, 오히려 직교하도록 노출시스템을 구성하는 것에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 제 3 의 목적은 제 1 의 기판상인 마스크에 그려져 있는 패턴을 제 2 의 기판인 웨이퍼상에 축소전사하는 결상광학계의 조리개의 위치에 주변부의 반사율이 중심부의 반사율보다 낮은 반사경을 마련하던가 또는 상기 결상광학계의 조리개의 위치에 주변부의 투과율이 중심부의 투과율보다 낮은 X 선필터를 마련하는 것에 의해 달성된다.
노출용 빔의 광원위치와 마스크에 대해서 결상광학계의 입사동공과 미러상의 관계에 있는 위치를 2개의 초점으로 하는 타원면경은 마스크를 조명하는 반사형 조명광학계로써 작용한다. 타원면경의 형상을 적절하게 선택하는 것에 의해 특히 광원으로 부터 하나의 면내로 확장해서 방사되는 편평한 빔을 마스크에 대해서 결상광학계의 입사동공과 미러상의 관계에 있는 위치를 정점으로 하는 원추의 측면을 따라서 접속하는 빔으로 할수가 있다. 이때, 마스크가 놓여지는 면과 반사형 결상광학계를 회전축 대칭으로 배치하고, 이 대칭축과 상기 원추의 중심축을 일키시키면, 접속빔은 마스크상의 원호영역을 조명하고, 마스크로 부터 반사하는 주 광선은 전부 결상광학계의 입사동공을 향한다. 따라서, 마스크상의 원호영역내에 있는 패턴은 결상광학계를 거쳐서 웨이퍼상에 전사된다. 마스크상에 그려져 있는 모든 패턴을 전사하기 위해서는 마스크와 웨이퍼를 동기시켜서 주사하면 좋다.
입사각을 약 45°로 해서 X 선을 대략 90°굴곡하는 반사경은 반사형 결상광학계를 사용해서 제 1 의 기판상의 패턴을 제 2 의 기판상에 전사할때에 제 1 의 기판 또는 제 2 의 기판이 결상광학계의 광로를 차단하지 않도록 하기 위해서 필요하다. 노출용 빔이 X 선영역 또는 진공자외영역이므로, 반사경은 다층막경이다. 입사각이 45°인 경우, 다층막경의 입사면과 상기 X 선영역의 빔의 편광면이 평행한 때는 반사율은 극히 작지만, 양자의 면이 직행하고 있을 때는 실용적인 반사율이 얻어진다. 따라서, 패턴전사에 기여하는 빔이 45°의 입사각으로 반사경에 입사할때에 빔의 편광면 또는 가장 강한 전장의 진동면을 입사면과 직교하도록 구성하는 것에 의해 반사경에서 최대의 반사율이 얻어지고, 빔 이용율이 높은 패턴전사가 실행된다.
결상광학계의 조리개위치에 배치된 반사경은 상기 제 1 의 기판측에서 보면 상기 결상광학계의 입사동공에 대응하므로, 이 반사경은 결상광학계의 공간주파수 필터로써 작용한다. 일반적으로 결상광학계의 동공위치에 투과율이나 위상의 변화를 부여하는 필터를 놓고 투영상을 바라는 것으로 변화시키는 상의 개량법에 대해서는 이와나미서점 발행의 파동광학 (구보다 히로시 저)이라는 서적의 p.439이후에 개시되어 있다. 그곳에는 고차회절상을 약하게 해서 확장이 작은 상을 얻고자 하는 어포디제이션 필터(apodization filter)가 기재되어 있다. 본 발명의 결상광학계의 입사동공에 대응하는 조리개의 위치에 배치하는 반사경 또는 투과필터는 그 반사율 또는 투과율의 분포에서 어포디제이션 필터로써 작용하므로, 패턴전사시에 근접효과에 의한 투영상의 저하를 방지한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 제 1 도는 X 선원(1)로써 전자축적링을 사용하고, 그곳에서 방사되는 X 선 (싱크로트론방사선)을 노출광으로써 이용하는 본 발명의 미세패턴전사장치를 도시한 도면이다. X 선원 (1)에서 방사된 X 선은 조명광학계로써 작용하는 1개의 타원면경 (2)에서 반사해서 제 1 의 기판인 마스크 (3)을 조명한다. 마스크 (3)에서의 반사광은 오목면경 (6), 볼록면경 (7), 오목면경 (8)및 평면경 (9)로 구성되는 반사형 결상광학계 (10)을 통해서 제 2 의 기판인 웨이퍼 (11)에 도달한다. 그 결과, 마스크 (3)상의 조명된 영역에 그려져 있는 패턴이 웨이퍼 (11)상에 전사된다. 마스크 (3)을 탑재한 스테이지 (4)와 웨이퍼 (11)을 탑재한 스테이지 (12)를 반사형 결상광학계 (10)의 축소배율에 맞추어서 동기주사시키는 것에 의해 마스크 (3)상의 패턴을 모두 웨이퍼 (11)상에 전사할수 있다.
여기서, 반사면은 모두 MO (몰리브덴)과 Si( 실리콘)을 교대로 적층시킨 다층막 구조체로 하고, 파장 14nm의 X 선에 대해서 입사각 0도∼10도에서 40%이상의 반사율이 얻어지도록 하였다. 또, 오목면경 (6), 볼록면경 (7), 오목면경 (8)의 면은 모두 하나의 중심축의 주위에 회전축 대칭으로 배치된 면 또는 그 일부를 잘라낸 면으로 하였다.
제 7 도는 제 1 도에 도시한 미세패턴전사장치중, 오목면경 (6), 볼록면경 (7), 오목면경 (8)에 의한 결상관계만을 도시한 부분을 추출해서 도시한 도면이다. 평면경 (9)는 X 선의 진행방향을 변경하는 것만으로 결상성능을 지배하는 것은 아니므로, 제 7 도에서는 생략하고 있다. 여기서, 각 광학소자의 사이의 거리는 광학계의 중심축상의 거리로 나타내는 것으로 한다. 제 7 도에 도시한 바와같이 마스크 (3)에 상당하는 물체면 (300)과 오목면경 (6)사이의 거리를 t1, 오목면경 (6)에서 볼록면경 (7)까지의 거리를 t2, 볼록면경 (7)에서 오목면경 (8)까지의 거리를 t3, 오목면경 (8)에서 웨이퍼 (11)의 표면에 상당하는 위면 (110)까지의 거리를 t4로 하고, 오목면경 (6), 볼록면경 (7), 오목면경 (8)의 면정점의 곡률반경을 각각 r1, r2, r3, 또 각각의 면의 비구면량을 나타내는 원추정수를 c1, c2, c3이라 하면, 본 실시예에서는 상기 파라미터의 값을 다음과 같이 선택하였다.
t1= 1000.0 mm, t2= -149.863 mm, t3= 70.003 mm
t4= -120.951 mm
r1= -393.970 mm, r2= 108.6567 mm r3= -149.640 mm
c1= -0.94301, c2= -0.09193 c3= 0.14273
여기서, 노출광으로써 사용하는 싱크로트론 방사광은 제 2 도에 도시한 바와 같이 한점 (20)에서 수평면내의 확장각 Φ1및 연직면내의 확장각 Φ2를 갖는 X선 (21)로써 방사된다. 실제, X 선 (21)의 연직면내의 확장각 Φ2는 1mrad정도이고, 수십mrad의 확장각 Φ1에 비해서는 충분히 작으므로, X 선은 수평면내에 설정한 z 축 (22)를 따라서 수평면내의 화살표 (23)으로 나타내는 방향으로 진행한다. 결상광학계 (10)은 평면경 (9)를 제외하면 회전축대칭인 형상이었기때문에 반사경 (2)에 요구되는 기능은 제 3 도에 도시한 바와같이 편평한 형으로 방사되는 X 선 (21)을 (24)로 나타내는 위치에서 편향해서 마스크 (3)상에서 원호영역 (26)을 조명하며, 또한 결상광학계의 입사동공 (27)로 접속하는 X 선 (25)로 변환하는 것이다. 제 3 도에서는 조명광학계의 기능을 알기쉽게 설명하기 위해 마스크 (3)을 투과형으로 하였지만, 반사형마스크의 경우는 광원 (20), X 선 (21)등은 마스크 (3)의 우측에 배치된다.
상기 기능을 갖는 반사경 (2)를 도입하였을때의 노출광학계의 기본구성과 마스크 (3)상의 대표점을 조명하는 X 선과 마스크 (3)에서 반사하는 0차 회절광의 진행경로를 제 4 도에 도시한다. X 광원 (1)로 부터 방사되는 X 선은 수평면내 (지면과 수직인 면)로 확장해서 진행하는 것으로 하지만, 제 4 도에서는 편의상 결상광학계의 축을 수평방향으로 표시하고 있다. 오목면경 (6), 볼록면경 (7), 오목면경 (8)의 면은 모두 하나의 축 (29)의 주위에 회전축 대칭인 면 또는 그 일부를 잘라낸 면으로 되어 있으므로, 상기 입사동공위치 (27)의 마스크 (3)에 대해서 미러상의 위치를 (28)로 하면, 점 (28)도 축 (29)상에 존재한다. 여기서, X 선원(1)에서 방사되는 X 선은 광원점 (20)으로 부터 발사되는 것으로 간주하고, 점 (20)과 점 (28)을 초점으로 하는 회전타원면을 고려한다. 이 타원면의 일부를 잘라낸 면을 조명광학계로써 작용하는 타원면경 (2)의 형상으로 하였다. 본 실시예에서는 회전타원면의 회전축을 포함하는 면상에서의 타원의 방정식을 표준형
X2/ a2+ Y2/ b2= 1
로 표시하였을때, a, b 의 값을 각각 2791.351mm, 189.812mm 로 선택하였다. 그 결과, X 선원 (1)의 한점 (20)에서 수평면내로 방사되는 X 선은 타원면경 (2)에서 반사되어 축 (29)를 중심축으로하여 점 (28)을 정점으로 하는 원추의 측면을 따라서 진행하고, 마스크 (3)을 원호형상으로 조명하였다. 또, 마스크 (3)에서 반사한 0차 회절광은 결상광학계의 입사동공위치 (27)을 향해서 진행하는 빔으로 되었다. 이 때, 타원면경 (2)를 정의하는 회전타원체의 긴축의 길이는 5582.702mm, 짧은축의 길이는 379.623mm 이다. 또한, 상기 타원면경을 토로이달 면경에 의해 근사시켜도 대략 마찬가지의 작용이 얻어진다.
여기서, 결상광학계의 축 (29)는 점 (28)을 통과하고, 또한 X 선원 (1)과 타원면경 (2)에 있어서의 X 선의 반사점과의 사이를 통과하므로, 축 (29)는 수평면에서 기울어져 있다. 본 실시예에서는 약 5.7도 기울어져 있다. 따라서, 마스크 (3)도 연직면에 대해서 약 5.7도 기울어질 필요가 있다. 또, 타원면경 (2)를 정의하는 회전타원체의 긴축과 결상광학계의 중심축 (29)는 서로 2.1도 기울어져 있다. 웨이퍼 (11)은 평면경 (9)의 자세를 조정하는 것에 의해 수평면내에 설치할수가 있다. 결상광학계의 축 (29)의 경사를 피하기 위해서는 타원면경 (2)로 입사하는 X 선을 경사시키면 좋다. 제 5 도는 X 선원 (1)과 타원면경 (2)사이에 평면경 (30)을 배치한 예로써, X 선원 (1)의 광원위치 (20)은 마치 점 (31)의 위치에 있는 것 같이 보여진다. 평면경 (30)은 타원면경 (2)와 마스크 (3)사이에 배치하여도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 그러나, 여기서 사용하는 반사경은 거의 다층막경으로 하므로, 반사효율의 면을 고려해서 이상적으로는 타원면경 (2)만으로 이루어지는 조명광학계가 바람직하다. 또한 타원면경 (2)나 평면경 (30), 마스크 (3)또는 결상광학계 (10)을 구성하는 반사경은 X 선의 일부를 열로써 흡수하므로, 열변형에 기인하는 패턴전사 오차를 피하기 위해서, 냉각수단을 마련해 두는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 다층막을 갖는 타원면경 (2)에 냉각수단을 마련함과 동시에, 이것을 대역필터로써 이용하고, 노출파장이외의 X 선을 흡수하도록 하였다.
제 1 도에서, 웨이퍼 (11)은 2차원 또는 3차원 방향으로 이동할 수 있는 스테이지 (12)상에 탑재되어 있다. 웨이퍼 (11)의 이면에는 마크가 형성되어 있다. 이 마크의 위치를 스테이지 (12)측에 마련하고 있는 검출광학계 (15)와 그 하측의 베이스 (18)상에 마련하고 있는 검출기 (16)으로 검출하는 것에 의해 웨이퍼 (11)의 탑재위치를 정확하게 검출한다. 이 검출결과에 따라서 제어계 (17)은 마스크 (3)과 웨이퍼 (11)의 주사개시의 위치 또는 타이밍을 판단한다. 그리고, 결상광학계 (10)의 축소배율에 따라서 마스크 (3)과 웨이퍼 (11)이 동기주사하도록 마스크 (3)을 탑재하는 스테이지 (4)의 구동수단 (5)와 스테이지 (12)의 구동수단 (13)을 구동시킨다. 웨이퍼 (11)의 이면에 마련하고 있는 마크의 위치검출은 스테이지 (12)를 정지하고 실행하여도 좋고, 또 마크를 다수 배치해서 스테이지 (12)를 주사하면서 마크의 상이 검출기 (16)상의 소정의 위치를 통과하는 타이밍을 검출해서 실행하여도 좋다. 또, 본 실시예에서는 검출광으로써 가시영역의 레이저광을 사용하였지만, 검출광의 파장영역은 이것에 한정되는 것은 아니고, X 선, 자외광, 적외광등을 사용하는 것도 가능하다.
또, 웨이퍼 (11)을 탑재하는 스테이지 (12)의 표면에는 적어도 1개의 X 선 조사량 검출기 (14)를 마련하였다. 이 검출기 (14)의 검출결과를 제어계 (17)로 전송해서 웨이퍼 (11)상의 조도를 산출하고, 소정의 X 선조사량이 얻어지도록 마스크 (3)과 웨이퍼 (11)의 동기주사의 속도를 제어하도록 하였다.
제 6 도는 X 선원 (1)로써 전자축적링을 사용하고, 그곳에서 방사되는 X 선 (싱크로토론 방사광)을 노출광으로써 사용하는 본 발명의 미세패턴전사장치를 도시한 도면이다. X 선원 (1)에서 방사된 X 선은 조명광학계로써 작용하는 타원면경 (2)에서 반사해서 제 1 의 기판인 마스크 (3)을 조명한다. 타원면경 (2)는 토로이달 면경이어도 좋다. 마스크 (3)에서의 반사광은 오목면경 (6), 볼록면경 (7), 오목변경 (8)및 평면경 (9)로 구성되는 반사형 결상광학계 (10)을 통해서 제 2 의 기판인 웨이퍼 (11)에 도달한다. 그 결과, 마스크 (3)상의 조명된 영역에 그려져 있는 패턴이 웨이퍼 (11)상에 전사된다. 마스크 (3)상의 조명영역이 좁은 경우는 마스크 (3)을 탑재한 스테이지 (4)와 웨이퍼 (11)을 탑재한 웨이퍼탑재대 (12)를 반사형 결상광학계 (10)의 축소배율에 맞추어서 동기주사시키는 것에 의해 마스크 (3)상의 패턴을 모두 웨이퍼 (11)상에 전사할수 있다.
웨이퍼탑재대 (12)는 웨이퍼 (11)의 면과 직각방향으로 이동할 수 있는 z스테이지 (45)상에 고정되고, z 스테이지 (45)는 웨이퍼 (11)의 면방향으로 이동가능한 x, y 스테이지 (46)상에 탑재되어 있다. 웨이퍼 (11)의 탑재위치오차는 이면에 형성되어 있는 마크를 검출광학계 (15)를 거쳐서 위치검출기 (16)으로 검출되고, 그 검출결과는 제어계 (50)으로 보내진다. 한편, 웨이퍼 (11)의 이동위치의 계측은 레이저측정기 (43)에 의해 스테이지 (45)상에 고정된 미러 (44)의 위치를 측정하는 것에 의해 실행되고, 그 결과는 항상 제어계 (50)으로 보내진다. 제어계 (50)은 마스크구동수단 (5), z 스테이지 구동수단 (47)및 x, y 스테이지 구동수단 (48)을 제어하는 것에 의해 마스크 (3)과 웨이퍼 (11)을 바라는 위치관계로 유지한다.
여기서, 반사면은 모두 Mo (몰리브덴)과 Si (실리콘)을 교대로 적층시킨 다층막 구조체로 하고, 파장 14nm의 X 선에 대해서 40%이상의 반사율이 얻어지도록 하였다. 결상에 기여하는 오목면경 (6), 블록면경 (7), 오목면경 (8)의 배치는 제 1 의 실시예와 마찬가지로 제 7 도에서 나타내고, 면간격 t1, t2, t3, t4등의 파라미터도 제 1 의 실시예와 동일한 값이다.
여기서, 노출광으로써 사용하는 싱크로트론방사광은 제 8 도에 도시한 바와같이 한점 (20)에서 수평면내의 확장각 Φ1및 연직면내의 확장각 Φ2를 갖는 X 선으로써 화살표 (23)으로 나타내는 방향으로 방사된다. 실제로 X 선의 연직면내의 확장각 Φ2는 1mrad정도이고, 수십mrad의 확장각 Φ1에 비해서는 충분히 작으므로, X 선은 수평면내에 설정한 z 축을 따라서 진행한다. 이 X 선의 전장은 수평면내 (xz면내)에 진동하는 성분 (51)이 연직면내 (yz면내)에 진동하는 성분 (52)에 비해서 한자리수이상 크므로, 실질상 X 선은 그 전장의 진동면이 수평면내인 편광으로서도 보여진다. 상기의 편광면을 갖는 X 선이 제 6 도에 도시하는 경로를 거쳐서 다층막으로 이루어지는 평면경 (9)에서 굴곡되어 패턴상 (56)을 형성하는 부분을 제 9 도에 도시한다. X 선속의 주광선 (53)은 평면경 (9)로 입사하기 직전에 전장의 벡터 (54), (55)를 갖고 있다. 여기서, 본 발명의 실시예에서 사용한 것과같은 X 선의 다층막경에 있어서의 반사특성은 제 10 도에서 나타내는 것이 알려져 있다. 즉, 전장의 벡터가 입사면과 직교하는 편광의 반사율은 곡선 (57)로 나타낸 바와같이 단조롭게 변화하는 것에 대해서 전장의 벡터가 입사면내에 있는 편광의 반사율은 입사각 45°부근에서 격감한다. 따라서 제 9 도에서 벡터 (54)로 표시되는 성분은 거의 반사하지 않고, 벡터 (55)로 나타내는 성분만이 반사한다. 본 실시예에서는 패턴전사용의 X 선은 타원면경 (2)에는 80°이상의 입사각으로 입사하고, 마스크 (3)이나 반사경 (6), (7), (8)에 대해서는 10°이하의 입사각으로 입사하므로, 제 10 도에 도시하는 반사특성에서 반사경 (9)로 입사하는 X 선 (53)의 편광면은 광원 (20)으로 부터 발사되는 X 선과 거의 동일한 것을 알수 있다. 즉, 제 9 도에서 벡터 (55)로 나타내는 성분은 벡터 (54)로 나타내는 성분보다 한자리수 이상 크다. 따라서, 제 9 도에 도시하는 반사경 (9)는 벡터 (55)로 표시되는 강한 전장성분을 반사한다. 만약, 평면경 (9)의 방향을 변화시켜서 주광선 (53)을 벡터 (55)와 동일면내로 90°굴곡시키도록 구성하면, (55)로 표시되는 강한 전장성분이 거의 반사되지 않으므로, X 선의 이용효율이 격감한다.
본 실시예에서는 X 선원 (1)로써 전자축적링을 사용하였으므로, 그곳에서 방사되는 X 선은 제 8 도에 도시한 바와같이 편광면이 수평면내인 평광으로써 취급하였다. 다른 X 선원을 이용하거나 또는 다른 결상광학계를 사용해서 편광면이 변화한 경우에서도 평면경을 사용해서 X 선을 대략 90°굴곡시킬때에는 입사면과 편광면이 평행하게 되는 것은 피하고, 오히려 직교시킬 필요가 있는 것은 물론이다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 대해서 기술한다. 제 2 의 실시예에서 기술한 제 6 도에 도시하는 미세패턴전사장치에서, 볼록면경 (7)은 제 11 도에 있어서의 곡선 (60)으로 나타내는 바와같이 주변부의 반사율이 중심부의 반사율보다 낮게 되도록 다층막의 주기를 연속적으로 변화시키고 있다. 반사율을 변화시키는 방법은 상기 방법에 한정되지 않고, 예를들면 다층막의 층대수를 변화시키고, 다층막 형성후, 이온주입등을 실행하고, 다층막상에 적당한 막두께분포를 갖는 흡수체를 마련하는 등의 방법을 사용하여도 좋다. 이 볼록면경 (7)은 결상광학계 (10)의 조리개위치에 상당하므로, 제 11 도에 도시하는 반사율의 분포는 공간주파수필터로써 작용한다.
다음에, 본 발명을 실시하였을때의 패턴투영상에 대해서 설명한다. 제 12 도는 마스크 (3)상의 패턴의 일예를 도시한 도면이다. 제 12 도에서, 영역 (65)는 X 선을 반사하지 않은 영역, 영역 (61), (62), (63), (64)는 X 선을 반사해서 패턴을 정의하는 영역이다. 볼록면경 (7)의 주변부의 반사율이 중심부의 반사율의 1/2일때의 투영상의 X 선강도분포의 등고선도를 제 13 도에 도시한다. 한편, 본 발명을 실시하지 않을때에 얻어지는 투영상을 제 14 도에 도시한다. 본 실시예에서는 다층막경으로 구성된 결상광학계를 사용하므로, 패턴형성에 기여하는 X 선의 파장영역은 좁다. 또, 광원 (1)도 실질상 점광원으로 보여지므로, 제 6 도에 도시하는 계는 공간적으로는 그히 코히어런트에 가까운 결상계이다. 따라서, 제 14 도에 도시하는 투영상은 간섭효과가 크게 나타나고 있으며, 강도분포나 형상정밀도의 면에서 상이 저하하고 있다. 그러나, 본 발명을 실시하였을때에 얻어지는 상은 제 13 도에 도시하는 바와같이 제 14 도에 비해서 상의 저하가 작다. 즉, 인접패턴과의 간섭의 영향이 적어 형상정밀도도 향상하고 있다.
볼록면경 (7)의 반사율분포는 제 11 도에 도시한 바와같은 반경방향으로 단조롭게 감소하는 분포에 한정되는 것은 아니다. 또, 위상을 변화시키도록 다층막에 분포를 부여하여도 좋다. 반사율분포나 위상분포를 적절하게 부여한 반사경을 사용하면, 투영상의 초점심도 또는 해상력을 향상시키는 것도 가능하다. 본 실시예에서는 결상광학계의 조리개의 위치에 볼록면경 (7)을 배치하고, 반사율 분포를 부여하였지만, 결상광학계의 조리개의 위치에 반사면이 존재하지 않는 계에서는 그 조리개위치의 근방에 X 선의 투과율분포를 갖는 박막필터를 배치하여도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또, 상기 필터특성을 갖는 볼록면경 (7)또는 X 선투과필터에는 빔이 집중하므로, 온도가 상승할 가능성이 있다. 이 경우, 적당하게 냉각하는 수단을 마련하여도 좋다.
또한, 패턴전사라 함은 통상 웨이퍼상에 도포된 레지스트에 X 선등의 빔을 조사해서 감광시켜서 잠상을 만드는 것이지만, 본 발명은 X 선을 사용해서 마스크패턴의 상을 웨이퍼상에 형성하는 광학계에 관한 것이므로, 레지스트의 사용에 한정되는 것은 아니고, 예를들면 X 선조사에 의한 시료표면의 직접가공이나 X 선을 여기광으로 하는 가공등에서 적용할수 있다.
본 발명에 의하면, 소정의 형상을 갖는 1개의 타원면경의 도입에 의해서 X 선 영역 또는 진공자외영역의 편평한 형상의 빔을 원호형상으로 정형해서 마스크를 조명할수 있다. 그 결과, 회전축 대칭으로 배치된 결상광학계의 결상성능을 충분하게 끌어낼수가 있고, 아울러서 마스크와 웨이퍼의 동기주사수단의 도입에 의해서 정밀도가 높은 미세패턴의 전사가 가능하게 되는 효과가 있다. 또, 조명광학계에 다층막으로 이루어지는 반사형 대역필터를 도입해서 파장영역을 제한하였으므로, 마스크나 결상광학계의 온도상승에 의한 정밀도의 저하를 방지할수 있다. 또, 빔강도에 따라서 마스크와 웨이퍼의 동기주사의 속도를 변경할수가 있으므로, 항상 조사량이 일정해서 안정한 패턴전사를 할수있게 되었다.
또, 본 발명에 의하면, X 선영역 또는 진공자외영역의 빔을 다층막경을 사용해서 패턴전사를 실행하는 장치에 있어서, 빔을 대략 90° 편향시키는 평면경을 삽입할때에 방사하는 광원을 사용해서 빔의 편광면 또는 가장 강한 전장의 진동면을 입사면과 직교하도록 구성하였으므로, 반사경에서 최대의 반사율이 얻어지고, 빔 이용효율이 높은 패턴전사가 실행되도록 되었다.
또, 본 발명에 의하면 X 선의 투영광학계가 공간적으로 코히어런트한 계이더라도 인접패턴의 간섭의 영향이 적어 형상정밀도가 높은 패턴전사를 실현할수 있다는 효과가 있다.
이상 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라서 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변경가능하다.

Claims (36)

  1. X선영역 또는 진공자외영역의 빔을 방사하는 패턴을 사용해서 마스크상에 그려져 있는 패턴을 결상광학계를 거쳐서 기판상에 축소전사하는 미세패턴전사방법으로서, 상기 빔을 상기 마스크상에 원호형상으로 인가하기 위해 광학소자를 상기 광원과 상기 마스크 사이에 배치하는 스텝 및 상기 마스크에서 0차 회절광의 방향이 상기 결상광학계의 입사동공 위치로 향하도록 상기 빔을 편향시키는 광학소자를 배치하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광원과 광학소자 사이의 위치에 평탄하고 폭이 좁은 직사각형의 단면결상을 갖는 빔을 마련하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 배치하는 스텝은 상기 평탄하고 폭이 좁은 직사각형의 단면형상을 폭이 좁은 원호형상으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 마련하는 스텝은 편광된 조명으로서 상기 직사각형 형상의 긴변의 면으로 연장하는 전장의 진동면을 갖는 상기 빔을 마련하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사방법.
  5. 제4항에 있어서, 평탄한 면상에 상기 마스크를 형성하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사방법.
  6. X선영역 또는 진공자외영역의 빔을 방사하는 광원, 마스크된 빔을 생성하기 위해 마스크상에 원호형상 조명영역을 형성하도록 상기 빔을 소정의 방향으로 편향시키는 수단, 기판상에 상기 마스크된 빔을 결상시키는 반사형 결상광학수단 및 상기 마스크와 상기 기판을 상기 광원, 편향시키는 수단 및 광학수단에 대하여 각각 면내에서 동기적으로 이동시키는 주사수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 편향시키는 수단은 타원면경을 포함하며, 상기 타원면경은 초점으로서 마스크에 대한 입사동공위치와 상기 광원의 위치를 구비한 회전의 타원 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광원에서 방사되는 빔은 주로 하나의 면내로 발산하는 발산빔이며, 상기 편향시키는 수단과 상기 마스크 사이의 상기 빔은 수렴하는 빔이고, 상기면은 상기 타원면경의 상기 광원과는 다른 초점을 정점으로서 갖는 원추의 표면을 따라 진행하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반사형 결상광학수단은 적어도 2개의 오목면경과 적어도 1개의 볼록면경을 구비하고, 상기 오목면경과 상기 볼록면경은 회전하는 대칭면의 형상의 일부이며, 회전 중심축의 대칭 중심은 상기 원추의 중심축과 일치하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 타원면경은 대역필터링을 위한 수단은 갖는 타원 다층막경의 반사면을 구비한 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 기판상의 상기 빔의 조사량을 검출하는 수단과 상기 검출하는 수단에 의해 얻어진 검출 결과에 따라 상기 주사 수단의 주사 속도를 제어하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  12. 제6항에 있어서, 상기 조사량을 검출하는 수단과 상기 기판을 탑재하고, 상기 광원, 편향시키는 수단과 광학수단에 대하여 2차원 또는 3차원으로 이동 가능한 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  13. 제6항에 있어서, 상기 빔의 반대측에 배치되고 상기 기판의 탑재위치를 검출하는 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  14. 제6항에 있어서, 상기 편향시키는 수단은 상기 빔을 반사하는 타원면경과 상기 타원면경을 위한 냉각수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  15. 제6항에 있어서, 상기 광원은 편광된 조명으로서 평탄한 팬형상으로 발산하는 전장의 진동면을 갖는 빔을 마련하고, 상기 편향시키는 수단은 상기 평탄한 팬형상의 빔을 수광하고, 상기 빔을 입사동공위치로 수렴하는 원추의 작은 원호 부분상에 있는 진동면내에 수렴하는 좁은 원호영역에 형성하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 편향시키는 수단은 오목면경 및 상기 광원과 상기 마스크 사이의 광학소자만으로 되는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 면경은 토로이달면경인 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 면경은 상기 입사동공위치와 상기 광원에서의 초점을 구비한 타원면경인 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 마스크는 평탄한 면내에 있는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  20. X선영역 또는 진공자외영역의 빔을 방사하는 패턴을 사용해서 마스크상에 그려져 있는 패턴을 결상광학계를 거쳐서 기판상에 축소전사하는 미세패턴 전사방법으로서, 상기 광원과 상기 기판 사이의 광로의 적어도 한 곳에 상기 빔을 마련하고, 상기 빔이 대략 90°로 굴곡되도록 상기 빔을 반사시키는 반사경을 마련하는 스텝 및 상기 빔의 강한 전장의 진동면이 상기 반사경으로서의 입사빔과 반사빔을 포함하는 평면에 평행하지 않도록 상기 반사경을 선택하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 마련하는 스텝은 편광된 조명으로서 진동면내에서 진동하는 전장을 갖는 상기 빔을 마련하고, 상기 선택하는 스텝은 입사 및 반사빔을 포함하는 면에 대략 수직인 진동면은 지향하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 광원과 상기 광학소자 사이의 위치에 평탄하고 폭이 좁은 직사각형의 단면결상을 갖는 빔을 마련하는 스텝은 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사방법.
  23. X선영역 또는 진공자외영역의 빔을 방사하는 광원, 상기 빔을 마스크상에 조사하는 수단, 상기 마스크로 부터의 상기빔을 기판상에 결상하는 결상광학수단과 원하는 위치로 상기 기판을 이동시키는 위치맞춤수단을 갖는 기판상의 미세패턴 전사장치로서, 상기 빔이 대략 90°로 굴곡되도록 상기 광원과 상기 기판 사이의 빔 경로의 적어도 한 곳에 마련되고, 상기 빔을 반사시키는 반사경 및 상기 반사경으로의 입사빔과 반사빔을 포함하는 평면에 평행하지 않게 되는 상기 빔의 강한 전장의 진동면을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 반사경은 다층막경을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  25. 제23항에 있어서, 상기 X선영역 또는 진공자외영역의 빔을 방사하는 상기 광원은 싱크로트론 방사광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  26. 제23항에 있어서, 상기 광원은 편광된 조명으로서 진동면내에서 진동하는 전장을 갖는 상기빔을 마련하고, 상기 반사경은 상기 진동면이 입사 및 반사빔을 포함하는 면에 대략 수직으로 되도록 지향되는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사장치.
  27. X선영역 또는 진공자외영역의 빔으로 마스크를 조사하여 상기 마스크상에 그려져 있는 패턴을 결상광학계를 거쳐서 기판상에 축소전사하는 미세패턴 전사방법으로서, 0차 회절상 및 고차 회절상을 갖는 상기 빔을 상기 기판상에 투영하는 스텝 및 0차 회절상보다 고차회절상을 약화시키는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 약화시키는 스텝은 상기 0차 회절상보다 2배 정도 고차회절상을 약화시키는 광학소자로 약화시키는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 빔의 입사동공위치에 상기 광학소자를 위치시키는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 전사방법.
  30. X선영역 또는 진공자외영역의 빔을 방사하는 광원, 마스크상에 그려져 있는 패턴을 기판상에 축소전사하는 결상광학수단, 상기 기판을 소정의 위치에 우치맞춤시키는 위치맞춤수단을 갖는 X선투영 노출장치로서, 다수의 반사경을 구비하는 상기 결상광학수단 및 상기 기판에 투영되는 상기 빔의 주변부의 강도를 중심부의 강도보다 저하시키는 광학수단을 포함하고, 상기 광학수단은 상기 결상광학수단의 입사동공위치 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 X선투영 노출장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 광학수단 반사경은 다층막경을 포함하는 것을 특징으로 하는 X선투영 노출장치.
  32. 제30항에 있어서, 상기 광학수단은 상기 주변부의 투과율이 중심부의 투과율에 비해 보다 낮은 X선투과필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 X선투영 노출장치.
  33. 제30항에 있어서, 상기 X선영역 또는 진공자외영역의 빔을 방사하는 상기 광원은 싱크로트론 방사광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 X선투영 노출장치.
  34. 제30항에 있어서, 상기 광학수단은 상기 주변부의 반사율이 중심부의 반사율에 비해 보다 낮은 반사경을 포함하는 것을 특징으로 하는 X선투영 노출장치.
  35. 제34항에 있어서, 상기 반사경은 중심부에서의 반사율의 약 1/2인 주변부에서의 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 X선투영 노출장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 광학수단 반사경은 상기 빔의 입사동공위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 X선투영 노출장치.
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