(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３００Åから４０Åまでの波長範囲内のＸ線放射を用いて最大０．４μｍまでの設計ルールでつくられるデバイスを生産するための、デバイス製造中に弧状スリット内に実質的に含まれた像領域を走査することによりマスクのリソグラフィパターニングを行う装置であって、
該装置の光学構成は、各々が反射型のブラッグ反射体（ＤＢＲ）からなりそしてマスクから像の方に放射線の進む向きの順に１つの軸に同軸的に配置された凹反射面、凸反射面、凹反射面上の第１、第２及び第３の光学要素からなる三面構造を含み、該第１、第２及び第３の光学要素の少なくとも１つは非球面項により変形されており、
前記スリットは、前記軸上に同心的に配置され、前記軸からの半径距離にある領域を含むものである走査リングフィールド縮小投影装置において、
前記第２の光学要素と前記第３の光学要素との間に第４の光学要素を具備し、該第４の光学要素は像における非点収差の補正をするため４次の非球面項により変形された反射面であり、
これにより、像を前記光学構成に関してマスクとは反対の側に位置させること、及び前記領域の非点収差に対する半径依存性を減少させており、
そして像投影面上の前記像領域の走査方向の寸法は少なくとも１ｍｍである走査リングフィールド縮小投影装置。
【請求項２】
前記第４の光学要素は開口絞りの位置に置かれている請求項１記載の装置。
【請求項３】
像投影面上の前記像領域の走査方向に垂直な方向に計った直線寸法は少なくとも２５ｍｍである請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記第４の光学要素の表面は、前記非球面項により変形された凹面である請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記像領域の半径方向の寸法が中心の最大値から減少し、曲率により引き起こされる露出の増加を補償している請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記スリットは弧状であり、そして前記リングフィールドの６０°の弦に対応する長さである請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記第４の光学要素の表面は、前記非球面項により変形された凸面であり、かつ、前記諸光学要素の半径の絶対値は物体側から像側に、システムの焦点距離に対する割合で表わして±５％でそれぞれ１．１７、０．６９、１．２７および０．７２である請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は集積回路などの製造に広く用いられる、サブミクロンの設計ルールのリングフィールド投影パターン描写、およびこのような製造時に用いられる装置に関わる。反射光学系を利用することによってＸ線スペクトル領域、とりわけ３００Å程度以下の長い波長領域から数十Åの領域における操業が可能になった。このような製造時の可能な処理量は走査リングフィールドスリットの実質的な幅および実質的な直線長さ（これらのファクターは大型ＬＳＩチップを一回の走査でパターン描写する能力を決定するものでもあるが）を左右するレンズの設計に依存する。０．２５ミクロン以下の設計ルールのＶＬＳＩ（電気的なもの、光学的なもの、ハイブリッド型を問わず）の製造が望まれている。
【０００２】
【従来の技術】
最初期から現在に至るＬＳＩ製造の歴史はよく知られている。１ミクロンないしそれよりわずかに小さい設計ルールで作られた現在の１−２メガビットチップの発展は最終的なものであるわけではない。リソグラフィーの解像度はこれまで重要な役割を演じてきた、そしてこれからもそうであろう。今のところデバイスの製造は近紫外線の波長（即ちλ＝３６５０Å）を用いている。より短い波長ないし深紫外線（即ちλ＝２４８０Å）を用いた次世代のデバイスへの開発努力がなされている。更に小さい設計ルールはより短い波長を要請するので、パターニングに用いられる電磁波は必然的にＸ線スペクトルとなることだろう。
【０００３】
来たるべき世代のデバイスのＸ線による製造に係わる研究開発活動は、波長１０−１５ÅのＸ線を中心に行なわれて来た。素材の特性、即ち劣悪な反射率、透過／吸収、を考慮すると有用な光学系は用いることができない。したがってＸ線に対する研究開発努力はほとんど近接印刷（proximity printing) に向けられて来た。この近接印刷は、防護マスクと小さな透き間で接触させて行なう印刷であり、必然的に対象と像の比率は１：１に限られる。
【０００４】
上記問題に拘らず、数多くの考察が投影Ｘ線リソグラフィーに関する連続し並行的になされた努力を支えている。この努力は対象と像との比率の縮少に関する希望のために広くなされている。１：１のマスクの製造、特に０．２５ミクロン以下の設計ルールでの製造は問題を示す一方、比率縮少システムでの使用に適した高集積の拡大マスクが現在の技術を用いてつくられる。加えて、近接印刷では用いることのできない厚く丈夫な反射マスクが投影に使用される。
【０００５】投影Ｘ線リソグラフィーについての初期の努力は２つの球面ミラーシュワルツシルトシステムを用いていた。（木下らによる「多層膜ミラーを用いた軟Ｘ線縮小リソグラフィー」，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｂ６巻，１６４８頁、１９８９年，及びハウリラックとセッペラによる「Ｘ線縮小カメラを用いた軟Ｘ線投影リソグラフィー」，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｂ６巻，２１６１頁、１９８８年，参照のこと。）実際のリソグラフィーにおいてシュワルツシルト設計の使用を制限する３つの主な要因がある。それは像面湾曲、テレセントリシティ達成における困難、及び中心の曇りによる減損である。
【０００６】
将来有望な研究はリングフィールド走査システムの使用に関係する。すべてのリングフィールド光学構成は、収差の半径依存性、および低次の（すなわち３次の）収差を高次の収差に釣り合わせてシステムの光軸から離れた狭い環状修正領域（すなわち、その軸に関して回転対称な一定半径の領域）をつくる．技術の使用に基く。したがって、その修正された領域の形状は一直線のストリップというよりはむしろ弓形状のストリップである。ストリップの幅は設計ルールの関数であり、設計半径よりも大きくなるまたは小さくなるにつれて増加する残留非点収差を有する。この設計半径は分解能を高めるためにはそれだけ大きなものとなる。
【０００７】
この原理に基く関連した装置は、より長い波長で用いるものであるが、パーキン−エルマーコーポレーションから販売されているオフナー１：１リングフィールドシステムである。有用な記載は１９７３年７月２４日発行の米国特許第３、７４８、０１５号明細書にある。それは単一の倍率で用いられるゼロ歪曲のテレセントリックシステムである。このシステムの対称性のために（ここで光学システム及びビーム路は絞りから像までと対象物から絞りまでとで実際上同一である。この「絞り」は主光線のクロスオーバーの点、または開口が一般に配置されたシステム中の位置を意味する。）、コマ及び歪曲収差が本質的に補正される。低次と高次の収差の釣り合いは狭い円形の補正領域を与える。オフナー１：１システムの顕著な効果はリングフィールドの補正が球面ミラーで達成されることである。このシステムの欠点は縮小できないことであり、処理量が補正ゾーンの狭さに対応する小さなリング幅により制限されることである。
【０００８】
Ｘ線投影リソグラフィーに対する主な動機付けは、近接印刷及びオフナーリングフィールドシステムの両方において要求される１：１マスク製造における困難性である。全ての反射三要素対物レンズを用いたシステムを記載した関連の刊行物には、１９８０年１２月２３日発行の米国特許第４、２４０、７０７号明細書及び１９８８年３月２９日発行の米国特許第４、７３３、９５５号明細書がある。これらの両方の設計は２つの正の（凸の）ミラーに挟まれた１つの負の（凹の）ミラーを備える構成に基づき、共にスペクトルの可視−赤外領域について設計されている。これらのシステムは、二次元のあるいは高アスペクトレシオの（直線スリットの）どちらかの視界に遠い（無限遠）対象物の像をつくるのに適する。しかし、これらのシステムは像空間でテレセントリックでもなく像歪曲を補正するものでもない。手近かな目的のための三ミラー面設計の他の欠点は対象物と像の両方がシステムの同一サイドに配置されることである。この結果、この光学システムの障害を避けるためにウエーハの動きに厳密な制限が加わる。
【０００９】
他の関連した刊行物には１９８８年３月３１日発行の米国特許第４、７４７、６７８号明細書がある。これは深ＵＶリソグラフィーに関する４：１縮小システムを記載し、四ミラー面反射システムと屈折レンズの三群との組み合わせを用いている。これはリングフィールドシステムであって、テレセントリックで低歪曲を持つ。この設計における基本的な合意事項は屈折レンズが縮小構成において球面ミラーの使用を見込んでおくことである。このシステムは２５００Åの波長で０．５μｍの分解能を達成しているが、軟Ｘ線波長領域には適さない。屈折レンズによるかなりの吸収がありそのため反射レンズでの集中に至るからである。
【００１０】
走査モードで用いられる際の１：１リングフィールド方式の固有の効果にもかかわらず、この方式はＬＳＩ製造において価値ある役割を演じるには信頼性が少ない。１：１マスク製造の問題は別として、その一般的な要旨はそのような操作システムの処理量が、リングフィールドの幅の全域での収差の最小化にかけられる過剰な要求のため本来的に小さいことである。その結果、狭いリング形状のスリットは非常に低い処理量をもたらす。
【００１１】
縮小式のリングフィールドシステムでは、コマ及び歪曲収差はもはや構成の対称性により解消されない。その結果、より多くの設計変数がこれらの収差に加えて球面収差、非点収差及び像面湾曲について要求される。米国特許第４、７４７、６７８号明細書に記載された設計においてその変数は屈折レンズの付加として現れる。Ｘ線設計ではその付加的変数は各ミラーが球面から非球面へはずれるという形態をとる。三次収差補正（しばしば円錐定数と呼ばれる）及びより高次の補正についての非球面係数は収差を制御するための非常に効果的な手段であり、そして一般的に各係数は１つの収差の１つの次数を制御しまたは補正する。非球面ミラーの使用は最近、投影Ｘ線システムには避けられないと考えられている。収差補正を見込んだ全て球面ミラーを用いた設計が開発されてきているが、これらのシステムは１０個のミラーまで含む。利用可能な多層ミラーに関する正常入射近く（〜６０％）での軟Ｘ線の低反射性は十分に光学−紫外線の波長の反射性（典型的には９８％以上）以下であり、このことは投影システムにおいて用いることのできるミラーの数に対して厳密な制限を加える。
【００１２】
他の困難性はおそらくさらにより重大であろう。近接印刷で用いられる１０〜１５Åの波長のＸ線放射線は、上述のように現在利用可能なＸ線光学の範囲外である。
【００１３】
このことは約１３０Åを中心とする、すなわち１００〜１５０Åの範囲のより長い波長の放射線を考慮させる。そのようなより長い波長である程度大きめな屈折率を持つ適当な材料は入手可能ではあるが、スリットの幅Ｗに基づく処理量の限界、すなわち放射線の波長ではなく装置の設計ルールに関係する限界は引き続き問題である。（ウッドらの「１／１０ミクロン構成の結像のための短波長環状フィールド光学システム」，Ｐｒｏｃ．ｏｆ  ３３ｒｄ  Ｉｎｔ．  Ｓｙｍｐ．ｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎ，Ｉｏｎ，ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｂｅａｍｓ，１９８９年、を参照）
【００１４】
〜１００Åでの利用可能な屈折率は、なお全く低いが、多層反射光学構成（分布ブラッグ反射体（ＤＢＲ））の製造には十分である。１４０Åの放射線を用いる〜４５％の方向反射率をもたらすＤＢＲ反射光学構成が組み立てられてきており、１／１０μｍの構成サイズを得るのに用いられてきた。ボルクホルムらの「多層被膜光学構成を用いた解像度が０．１以上の１４ｎｍでの縮小結像」，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｂ，（１９９０年１２月）を参照のこと。このアプローチは全構成（非走査性）、縮小投影を提供するものであるが、像面湾曲により厳しく制限される。必要な分解能は得られるものの、フィールドサイズは非常に小さく、例えば０．１μｍの構成サイズで２５μｍｘ５０μｍである。リングフィールド走査での使用に適用可能なものの、同じフィールド制限が適用されて数ミクロンのオーダーのスリット幅Ｗ（所望の数ｍｍのスリット長さＬに対応する）となる。
【００１５】
要するに、マスク安全性及び対象物対像の縮小の可能性による例えば０．２５μｍ以下のリングフィールド投影印刷の魅力は、まだ実行できる処理方法をもたらしていない。処理量の制限による非常に高いカメラ／光源コストは責任あるものと考えられている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
処理方法の見地から、本発明の核心はリングフィールド投影特性の観測であり、このアプローチに伴う優秀性を保持しつつ製造における装置の処理量を増大させることである。本発明の主な側面は、広い走査領域を可能とする単一走査の間に像の幅をどちらも収容するスリットの大きさを達成し得ることに関する。特に、十分な観測は、ある原理の収差は光学中心からの曲率による依存性に関して反対の勾配からなるという事実にある。これよって光学構成の設計において収差を実質的に解消することができ、これによりスリット長さＬを少なくとも単一パターン全体の大きさと等しくしつつスリットの幅Ｗを増大させることができる。
【００１７】
Ｘ線リングフィールド製造に向けられた活動は期待されるコストにより促されてきた。上記の研究に内在する考察から推定すると、非常に低い装置処理量となり、大きな装置への投資の非効率的使用に至る。パーキン−エルマー装置のアプローチに関する有用な生産の割合は、許容できる走査率のため大きな部分を占め、その走査率は次には広いスリット幅（特性上、約２ｍｍ）になる。スリット幅を横切り必要となる収差限界（設計の基礎とされる一定の半径の包含された弧のいずれかの側までの）はより小さい設計ルールの限界となる。１．０μｍから現在企図される０．１μｍｍまでの設計ルールの大まかに近似される縮小は、幅において同時に必要とされる縮小（０．２ｍｍあるいは２０ｎｍまでの）に帰結する。他の研究はまだ狭いスリットの必要性を提案する。必要となる高アスペクト比のスリットの照射における実際上の困難は、特に相対的に高価なＸ線源が必要となることである。更に、所定の収差についてのスリット幅は、収差制御を続けるため曲率が大きくなるにつれて減少しなければならないから、実際上、曲率における限界を考慮するに至る。しかし、曲率が小さくなると、スリットの弧の必要な直線寸法もまた小さくなる。その結果、重要なことは走査領域の結果的な縮小は間接費（走査間において装置を再配置するのに要する時間）を増大させることであって、許容された走査長さは、所望の像のパターン幅よりも小さく減らされ、そのためスリットの突き合わせ端で非常に高い精度が必要になる。
【００１８】
効率的にコリメート化されたシンクロトン光源はかなり容易に小さな走査幅Ｗを照射するのに用いられる（恐らく、近コヒーレンス性、あるいはしばしばコヒーレンス性を減ずるための意図的な変更の効果により、フリンジによりされるように）。一般的に、コリメート化された光源と同様にランバート光源のような小光源領域が望ましい。より大きな領域の光源、例えばプラズマ光源からのパワーは小さな光源からできるだけ効率的に集めることが出来なく、比較的高価な、精度良く設計されたコンデンサーが必要となる。このコンデンサーは装置の原コストと処理コストとの両方を引き上げる（後者に関しては、コンデンサーの製作が不完全になるような程度まで）。
【００１９】
本発明の重要な一側面は、高処理量の特に適した設計からなる装置に向けられている。この本発明の側面は、約３００Åから４０Åまでの波長範囲（所謂「長」または「軟」Ｘ線スペクトラム内）における使用のために設計された、全ての反射、縮小、リングフィールド投影装置に向けられている。ここにおけるプロセスは装置設計のより広い範囲を使用するが、クレームされた装置は典型的なものである。本発明の設計は商業的製造に適すると考えられる処理量を供給する一方、分解能及び低処理量の従来技術の装置に以前から関連して結果的に生じる収差がないことに関する効果を維持する。
【００２０】
より特定的に言うと、本発明の装置は、初期の設計に関連する走査アーチ形スリット形状の像のフィールドを提供する。分解能と収差との要求が一致したスリットの大きさは、突き合わせの必要のないパターンの大きさを収容する長さとＸ線源を効果的に使用する幅との両方からなる。設計の選択には光軸からの実質的な放射距離が含まれ、大きなスリットの長さＬ（大きなチップの単一走査パターニングを可能とするに十分な長さ）を可能にする。好適な実施態様のためこの設計の柔軟性は、パターンの幅に合うスリットの長さＬ及び様々なＸ線源を効果的に使用できる実質的なスリットの幅Ｗに換えるので、高処理量がもたらされる。大きなスリットの幅は、スリット全体に均一に照明するための設計要求を容易にする。
【００２１】
本発明では反射三非球面ミラーシステムは、明瞭なリングフィールドの形態で縮小投影システムとしての使用について構成される（中央の不明瞭さを避けることは、全空間周波数範囲にわたって、すなわち、結像の線間隔の全範囲にわたって最大コントラストを可能にする。）。ミラーの基本的な円錐定数は各ミラー毎に選択され、球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲収差を補正しあるいは釣合いをとる。ミラーの半径は円錐定数と協力して機能するように各ミラー毎に選択され、最適な補正をし、像空間においてテレセントリックである明瞭なリングフィールドの形態を維持する。６次の非球面のずれはまた最適な回折の限定された性能を与えるのに用いられる。設計空間における好ましい構成は、小さな６次の非球面ずれを持つ基本の球体（すなわち、円錐定数ゼロ）として３つのミラーのうちの１つを有する。
【００２２】本発明のシステムは、三枚組反射ミラーの第２および第３のミラーの間に第４のミラー（プロトタイプのシステムでは、零ないし有限の光学的パワーを有する折曲げ用ミラー -folding mirror- ）を用いる。この第４のミラーは３つの重要な目的に役立つ、即ち（１）システムを折曲げて、ウエハを光学形の反対側に配置しそれによって障害なしに動きの柔軟性をもたらす、（２）付加的な設計の柔軟性をもたらし、三枚ミラーのその他の制約に打ち勝つ、（３）光学系とウエハの間の間隙を増加させる。スリット幅の増加は主にこの設計によるものである。第４次の非球面性がこのミラー（平面、曲面にかかわらず）に付加され、図５に示すように完全な非点収差の補正をもたらす。この結果、システムにおいて使用可能なフィールドを制限するものは歪曲のみになる。この設計形式の解像度に関する結像性能は（歪曲を無視すれば）第３および第４次のつりあいに起因する残留像面湾曲によって制限される。好適な構成においては、パッケージ式ミラーは球面である（その非点収差の完全な補正は保たれてはいるが）。
【００２３】
上の説明は商業的に販売されている装置に少なくともその初期の設計においては当てはまるであろう。実際、上述したことの細部は、最も有用な従来の例は平面の折曲げミラーによりモディファイされた三面形式であるという歴史的な意味で適切である。歴史的には正しいとはいえ、第４の要素の機能のうちのいくつかは三面のいずれかに担われていた場合もあるだろうことは明らかである。光学的に等価な或るシステムは、あるいは球面で非球面項を含まない折曲げミラーを用いているだろう。そのようなシステムでは補正は他の要素に適切な非球面補正を施すことによりなされる。実際、表５−７に示されている第２例は、本質的にそのようなシステムである。その例においては、折曲げミラーを介して導入される非球面的補正は三面組のミラーに対して等価なあるいは近似的に等価な非球面項を付加することによりなされる。この例では、折曲げミラーは適切な凹面曲率を有し、パターニングの実効的な非球面補正は、三面組のミラーの構成要素の非球面性を制限することによりもたらされる。
【００２４】
同様に、折曲げミラーを最も商業的な装置に用いることも考えられるとはいえ、単に三面組のシステムでも本発明の拡大されたＷを与えるように設計することができるかもしれない。吸収損失が少ないことが、折曲げミラーの便利さを補償するということも考えられる。
【００２５】
設計上、および操作上の両方の視点から、本発明のシステムの特許性のある特徴についての性質を列挙しておくことは意味のあることである。こうした特徴を列挙するに際して、経済的またはその他の状況によりいくつかの要素は省略されることもあるということに注意されたい。該特徴は以下のとおりである。
・後側のクリアランス。
・ミラーにおけるビームのクリアランス。
・曇りが起こらない。
・同軸性（すべてのミラーの曲率中心およびリング状の対象および像フィールドは共通の軸を有しており、それによりシステムの組み立てと調整が単純になる）。
・円錐のプラス６次のオーダー球面からのずれ（これにより非球面ミラーのスロープが引き下げられ、それにより製作の複雑さが減少する。
・非球面性のずれが小さい。
・使用するフィールド全体に渡る完全な非点収差の補正（それによりリング幅Ｗが増加する。
・非常に高度な歪曲補正。
・４つのミラーのうち１つあるいはしばしば２つは基本的な球面である。
・システム構成の広範囲に渡る非点収差の補正がパッケージングの自由度をもたらす。
【００２６】
【システムの一般的性格】
設計および操作の両方において４面式システムがその便利さの点で好まれるが、走査エリア／処理量に資する光学的目的は、３つのミラーの（３面式）システムででも達成できる。非点収差を零にするのに適切な非球面性は、他の収差の補正と両立可能に、３面式において可能である。一般的見地から言えば、革新的進歩はこのことに基づいて議論されるだろう。設計事項は主に媒介的像があるかどうか（再結像があるかどうか）、および最初のミラー（対象にもっとも近いミラー）が正（凹面）か負（凸面）かということである。一般に、再結像には高解像度（ここではデバイスに関して意図されたものとしての）を得ることが難しいという性能上の欠点がある。なぜなら、再結像は意図されているデバイス製造に必要なものではない、デバイス製造のためのものではないからである。
【００２７】
大フォーマットのシステムに対しては、第１のミラーはそれ以降のミラーの実効視野を引き下げるために負であることが多い。この設計が追及されていたが、しかしテレエントリック性の要請が満たされないことが見出された。その結果、本発明の好適なシステムでは正の第１のミラーを用いる。テレセントリック性はここでのシステムおよび方法に要請される性質であるが、焦点面に対する（即ちウエハに対する）結像光線の通常の入射について言っている。像の移動により像が領域外に出てしまうことなしに（入射角の異常により）、および／または、平行でない結像光線に対して像の倍率が変わってしまうことなしに、ウエハの焦点面のわずかに外への移動が許容されることは大変重要なことである。
【００２８】
上記の情報はレンズ設計プログラムを用いたコンピューターに入力されて、表Ｉ−ＩＶに示された例で述べられている設計情報をもたらした。ここで用いたプログラムは Optical Research Associates(ORA) の「Code V」（商標）であるが、同様の能力を持つその他のプログラムも入手可能であり、それらを用いてもよい
。
【００２９】
【実施例】
投影システムの一実施例は、物体平面から像平面の間に、凹面の第１、凸面の第２、凸面の第３および凹面の第４のミラーを含む。リングフィールド全体にわたるきわめて低い（〜１nm) 歪曲を実現するために、少なくともこれらのミラーのうち２つは非球面でなければならない。４つのミラーの半径絶対値は、同じく物体平面から像平面へ、システムの焦点距離に対して、1.17,0.69,1.27および0.72で、それぞれ±５％以内である。同様に４つのミラーの半径は、同様のオーダーで、1.00,0.59,1.09および0.61の割合であり、ぞれぞれ±５％以内である。ミラーの間の軸方向距離は、システムの焦点距離に対して、0.32( 第１の凹面ミラーから第２の凸面ミラーまで）、0.26（第２の凸面ミラーから第３の凸面ミラーまで）、0.35（第３の凸面ミラーから第４の凹面ミラーまで）、および 0.62 （第４の凹面ミラーから像まで）であり、それぞれ±１０％以内である。像におけるシステムの開口数は 0.1であり、0.08μm の高解像度が必要でないならもっと小さくすることも出来る。像の歪曲に対する要求が緩められれば、像の品質をそれほど低下させることなく（回折により制限されはするが）、開口数を〜 0.14 に増加させることができる。
【００３０】
好適ないくつかの実施例では、使用可能なイメージフィールド（結像性能に基づく、および歪曲を無視して）は、２つの寸法ＲおよびＷを持つ円弧形である。ここでＲおよびＷは、図４に示すように，Ｒは円弧の半径であり、Ｗは円弧の幅であり（Ｒ＞Ｗ）、Ｗ＞１ｍｍである。このシステムは小型であり、真空の環境下での必要により、後側のクリアランスが少なくとも２インチ（５ｃｍ）である。図５に示すように非点収差が任意の大きさのフィールドに対して完全に補正されているので、リングの幅は非点収差によっては制限されない。意図されている０．２５μｍ以下の設計ルールのＸ線リソグラフィーに使用可能なフィールドの幅は歪曲によって制限される。このシステムの歪曲は３次以上の歪曲のつりあいであり、本発明の普通の設計においては歪曲は制限的な収差である。Ｗの最大値は歪曲のトレランスに依存する。第６図において横軸はスリット幅、縦軸は一つの励磁的なスリットにおいてのスリット位置の関数である歪曲であり、歪曲は２ｍｍのスリットの両側の２つの中心位置で、最大で４ｎｍまで達する。
【００３１】
−いくつかの例−
本発明に係る一装置の解像度０．１μｍでの歪曲とフィールド幅の関係を表Ａに示す。
【表１】
0003544211.tif 000002
ここで量Ｗは、厳密に言えば、使用可能なイメージフィールドの幅である。適切に設計されたシステムでは、スリット幅の最大値（大抵の場合円弧長の中心で計った幅。均一幅のスリットでも、例えばスリットの湾曲に起因する露出の増加を補正するために幅を変化させたスリットでも。）に相当する。Ｗに関するスリットの一般的説明は便宜上のものである。
【００３２】
この表は像平面で計ったフィールド幅に基づくものである（普通、製造時のウエハの表面で計ったもの）。従来のリングフィールドシステムにおいては、これらの歪曲レベル（即ち１ｎｍ）ではほとんど作業されていないとはいえ、リング幅は大抵の場合歪曲よりも非点収差によって制限されていたと言える。このイメージフィールドでの解像度は０．０８μｍである。
【００３３】
次表Ｂは、スリットの幅に渡る解像度についての性能データを示す。該表は主光線の歪曲、エネルギー８４％で囲んだ回折スポット直径、回折スポット中心の移動、および波長１３ｎｍでのＲＭＳ波面誤差を示している。
【表２】
0003544211.tif 000003
本発明の特に好適な実施例においては、像の縮小率はすくなくとも２：１、Ｗは少なくとも１ｍｍ、Ｒは少なくとも２５ｍｍ，リングフィールドでの解像度は０．１μｍ以上（単にシステムの開口を小さくするだけで０．２〜０．５μｍに引き下げることができるが）である。本発明の好適な実施例では、開口絞りは第３のミラーに近い。
【００３４】
−いくつかの実施例の詳細な説明−
図１は本発明に係る半導体Ｘ線リソグラフィー装置を図式的に示す。この装置は、Ｘ線ビーム１２（典型的な例では多色ビーム）を射出する光源１１（例えばシンクロトロンあるいはプラズマ源を含む。オプションのフィルタシステム１３はビーム１２のスペクトル幅を狭め実質的に単色のビーム１２’とする。このビームは続いてコンデンサ１８に導かれ、該コンデンサはマスク１４の必要な箇所を一様に照射する形態のビーム１２”を射出する。射出されたパターン化されたビームは光学系１０に導かれる。該光学系は図示のようにマスクステージ１５にマウントされたマスク１４の像を、ステージ１７上にマウントされたウエハ１６上に投射する。１８はｘ−ｙスキャナであり所望のマスク−像縮小率に適合するような方向および相対速度でマスク１４とウエハ１６を走査する。後述するように本発明の投影装置は全−反射式であるので、フィルタシステムは常に必要なわけではない。しかし、最高の解像度は通常ビームの長波長要素を除去したときに得られる。更に、投影システムにおいて、入射光線のスペクトル幅をミラーの反射帯域にマッチさせると、システムの安定度は特に高められる。なぜなら、ミラーが所望でない光線を担う必要がないからである。
【００３５】
図２および３は同じ装置を９０度異なる方向からみた図である。この装置は作動状態で描かれており、ビーム２１を発生するＸ線源２０を含み、ビーム２１はマスク２２（図１のマスク１４に相当する）をスリット幅Ｗで照射する。図は単純化した図式的なものであり、例えば光源２０から出ている様に描かれているＸ線ビームは、通常は光源２０とマスク２２の間の不図示のコンデンサを通過している。拡散していくように描かれている反射光２４は、凹面ミラー２５により反射されて凸面ミラー２６を照射し、今度は収斂していく光２７になる。凸面ミラー２６からの反射光はビーム２８であり、折曲げミラー２９を照射する。該折曲げミラー２９は図示の例では凸面ミラーであり、拡散していく光３１で凹面ミラー３０を照射する。ミラー３０の曲率と位置とは反射光が像空間でテレセントリックとなるようになっている。ビーム３３によるウエハ３２の照射は収斂するように図示されておりマスクに対する像の縮小を示している。説明の便宜のためミラー２５、２６および３０を含む完全な同軸構造は破線で示された部分２５ａ，２６ａおよび３０であり、これらはすべて軸３４に関して同軸であるものとして示されている。折曲げミラー２９は軸３４に関して心合わせされているように描かれているが、これは実際に第１の例で採用されている構成である。リング状の物体および像（イメージ）フィールドは軸３４に関して同軸であり、それらの平面（即ち円弧形のフィールドを含む物体／像平面）は軸３４に垂直である。
【００３６】
図３は図２とは直角な方向から見た図２と同様の装置の図である。光源２０はここでもマスク２２を照射しているが、ここではスリットの主方向の寸法即ち長さＬを一様に照射するのに十分な主寸法の結像光線２３ａによってである。それ以外は図２と同じである、即ちビーム２４はミミラー２５で反射されてミラー２６をビーム２７で照射し、ビーム２８が折曲げミラー２９を照射する。そしてビーム３１となりミラー３０を照射してビーム３３によりウエハ３２上に結像する。
動作に際してはマスクの様々な点から発したビーム２４は凹面で非球面の第１のミラー２５で反射され収斂する光となり凸面で非球面の第２のミラーに入射する。第２のミラー２６に入射した光２７は凸面の第３のミラー２９へと反射される。現時点で好適な例では第３のミラーは擬平面で、弱い非球面であるが、選択的には他の例でそうであるように球面であっても良い。第３のミラーはシステムの開口絞りの位置、即ち主光線がクロスする位置に置かれ、折曲げを行なう、即ち像を光学系の反対側へと移動させる。他の光学要素と同様にそれは光軸３４に関して心合わせされている。このミラーに与えられるパワーは投影リソグラフィーに用いるのに必要な後側クリアランスにより要請される。第３のミラーから光線は反射されて拡散するパターンとなり、凹面で非球面の第４のミラーに入射する。このミラーの曲率と位置は、そこからの反射光が像空間でテレセントリックとなるように選択される。図に示されているように、本発明の露光システムでは開口およびリング状の物体および像（イメージ）フィールドが回転対称であり、物体および像平面は光軸３４に垂直である。更に、システムはすべて反射式であり、縮小方式で、曇りも起こらず有限の共役系であり、平らなマスクの平らで円弧形のＸ線像を形成するようになっている。像は歪曲が制限されイメージフィールド全体で高解像度が得られる。イメージフィールドは円弧形で円弧の幅Ｗと円弧の長さＬの２つの寸法を持つ。円弧の長さＬはリングの半径Ｒに依存するもので、図４に示されるとおりである。
【００３７】
図４は、半径Ｒのリングフィールド４３の一部として示した寸法Ｗおよび長さＬのスリット４０を図式的に示す図である。４４は光軸４５からスリット４０の中心４６までの距離である。Ｗは約２ｍｍでありＲは約２５ｍｍである。このときＬはおよそ２５ｍｍになる。しかしながら、長方形、正方形その他の軸を離れたフィールドの形状も可能であり企てられてもいる。円錐形および通常の非球面のミラー形状も本発明によって可能になった様々な実施例において利用可能である。本発明は様々なレベルの像品質を達成するであろう光学系も提供する。典型的な例では０．５〜０．０５μｍの範囲であり、また歪曲補正は１〜０．００１μｍである。
【００３８】
図５および図６は本発明に係る代表的なシステムの非点収差と歪曲を示すグラフである。
図５において、横軸はｍｍ単位で焦点（焦点距離）を示し、光軸に対する角度を「度」単位で表わして焦点距離をｘ（実線）、ｙ（破線）についてプロットしたグラフである。ここでは第１の装置例についてプロットしているが、プロットしたレンジ全体でほとんど完全な非点収差の消去がなされている。焦点距離は溝じっくに対する広がりの角につれて変化するので、焦点面はいくらか湾曲している。この中には（ここでプロットしたものについて）面がほぼ平らになっている領域もある、即ち５°〜５．６１°の部分である。これは名目上の半径２５ｍｍ（縁故径スリットの中心から幅方向に計った半径距離）、別の言い方をするとスリット幅２ｍｍに対応するものである。
【００３９】
図６はスリット幅を横軸に、歪曲をｎｍ単位で縦軸に表わしたグラフで、このデータは第２例の装置のものである。曲線からも見て取れるが、データは２ｍｍのスリット幅について取られており（スリットの中心が横軸の０に対応する）、したがって−１．００から＋１．００の範囲になる。縦軸の単位はｎｍ単位で表わした歪曲の単位である。ここでプロットしたデータはＷ方向の２つの極値での歪曲のピーク５．０ｎｍを示している。
本発明の投影システムでは、高いレベルの球面収差、コマおよびペツバル湾曲の補正を与えるようにミラーのパラメータを容易に選択することが出来る。第６次の非球面項を用いることにより、図５に示されているようにすべての次数における非点収差が全体に排除できる。投影リソグラフィーへの応用において、すべての次数の非点収差の排除は非点収差補正領域を明らかに拡張しており、また３次のペツバルが５次のペツバルによって釣り合わされているところに存在する平面領域を最大限に利用している。この設計の独自なあるいはより限定的な特徴として、低い歪曲収差（１ｍｍの弧幅に対して１ｎｍ、２ｍｍの弧幅に対して５ｎｍ，２．５ｍｍの弧幅に対して１０ｎｍ）、テレセントリックな像空間（非テレセントリック性の誤差は１μｍのデフォーカスあたり１ｎｍ）、およびパッケージング・フォールド（折り曲げ）の付加および付加されたミラーのパワーによりパッケージングクリアランスを制御することにより得られる大きな後ろ側クリアランス（２インチ、約５．１ｃｍ）がある。
典型的にはイメージフィールドにおける解像度は本発明のシステムでは０．２μｍ以上である。本発明のシステムの一つの例では、幅２．５ｍｍ半径２５ｍｍのリングフィールドでの解像度は０．０８μｍである。
【００４０】
表Ｂは本発明の投影システムの好適な実施例で、波長１３ｎｍについて算出した性能を示す。表Ｂは詳しくは主光線歪曲収差、エネルギー８４％で囲んだ回折スポット直径、回折スポット中心の移動および２ｍｍのリング幅を横切る２つの異なる点でのＲＭＳ波面誤差を示す。
【００４１】
表Ｉ−ＩＶは、図２および図３の投影システムの好適な実施例の構成データおよびその他の関連する情報を示す。このシステムは５：１，０．１ＮＡ，２．０ｍｍのリングフィールドシステムである。参照波長は１３ｎｍである。
表Ｉはミラーの半径と間隔を示し、表ＩＩ−ＩＶと共に第１例の装置を説明するものである。ここに示された諸量は、光学設計に通じた者にはよく知られたものであり、例えばＯＲＣ  Ｃｏｄｅ  Ｖ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｍａｎｕａｌ，Ｖｅｒｓｉｏｎ  ７．２０（Ｄｅｃ．１９８８），Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｃｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ  ，Ｐａｓａｄｅｎａ，Ｃａｌｉｆ．にあるものと同様である。
【００４２】
ここで、「ＩＮＦ」は平面すなわち半径無限大の円の周縁面を表わす。「ＡＩＲ」は屈折率、ｎ，単位量を表わす。「ＲＥＦＬ」はレフレクタ（反射器）を表わす、即ち先行するインデックスに対して負であるものを表わし、反射ビームの方向の転換を示す。例えば、Ｃ−１のＲＥＦＬは−１のｎを規定し、Ｃ−２のＲＥＦＬは＋１のｎを示す。「厚さ」は当業界で受け入れられている用語であり、表面から表面の距離を表わす。したがって例えば７００．００００は物体の表面とＣ−１の表面との距離が７００ｍｍであることを示す。
【表３】
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【００４３】
非球面の値Ａ(1)-Ａ(4),および開口のデータＣ-1〜Ｃ-3はそれぞれ表Ｉ、表ＩＩＩに示されている。
【表４】
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【表５】
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【００４４】
表ＩＩＩは像において、幅２ｍｍ、半径２５ｍｍ、長さ２５ｍｍのリング部分について、回転対称であるミラーの使用されている軸を外れた部分のサイズおよび偏心のデータを与えている。
表ＩＩは非球面係数の値を与えている。第１のミラーの表面は、６次の逸脱項を加えた楕円形上をしている。第２ミラーは６次の非球面項をもった球面ミラーである。第３ミミラーは準平面ミラーであり、４次と６次の非球面のずれを持っている。最後に第４ミラーの表面は６次の非球面のずれを含んだ扁平な回転だ円面の形状である。
【００４５】
表ＩＶは本例のシステムの１次データを与える。
【表６】
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ここで前方焦点距離は第１の表面から計っている。また、後方焦点距離は最終面から計っている。
その他の本発明の特定の例は、表Ｖ、ＶＩおよびＶＩＩに示されている。
【表７】
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【表８】
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【表９】
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ここで前方焦点距離は第１の表面から計っている。また、後方焦点距離は最終面から計っている。
【００４６】
このシステムもまた、波長１３ｎｍ用に設計された５：１，０．１ＮＡ，２．０ｍｍのテレセントリックリングフィールドシステムである。このシステムは同様に光軸に関して回転対称であり、図６に示されているように像平面においてスリット幅２．００ｍｍ、半径２５ｍｍのリングについて同様の性能を有する。このシステムは非球面のミラーを３つ含み、第４のミラーは純粋な球面である。この設計の特徴はかなり大きなパッケージ用後側クリアランスと、前の例と比較して、この設計でもっとも急激な非球面について、球面からの非球面のずれが、前の例の設計と比較してほぼ２．５倍小さいこととである。この設計の第２のミラーの表面は６次の非球面のずれを含む球面の形状を有する。第２および第４のミラーは６次の非球面のずれを含んだ扁平な回転だ円体の形状を有する。
【００４７】
表Ａ，Ｂおよび表Ｉ−ＶＩＩを含む以上の例の説明は、本発明の実際に動作している実施例に関するものであるが、これは説明の完全を期してのものであり、請求の範囲に述べられた本発明の内容を限定するものではない。
【００４８】
−方法についての考察−
これまでの詳細な説明は、方法に関する示唆がないわけではないにせよ、大部分装置に関するものであった。明らかにスリットの寸法の柔軟性はもっとも大きな価値を有するものである。収差が引き下げられたスリット幅の拡大はサブミクロンのデバイス製造における処理量を増加させる。またこのことはスリット長の拡大はより大きなチップの製造を可能にし、またオーバーヘッドを小さくすると言っても良い。ここで示した装置の設計は、幾分限定的なものである。ここで今確認されたより大きな幅での収差の引き下げは、他の設計アプローチを呼び起こす、ここで示したカテゴリーとは異なるアプローチをである。この方向は固有の方法の利点により呼び起こされるだろう。
【００４９】
Ｘ線リソグラフィ−によるパターニング（いくらか「軟らかい」Ｘ線は特に）企図されている２５μｍ以下の設計ルールに対して本質的な発展をもたらす。高解像度のレジストに関する進行中の発展は、第１にマルチレベルレジスト（最上部のみを露光し、その後そのパターンを下層の材料に転写するもの）、第２に表面活性化レジスト（これ自体は始めは「近−表面」活性化の形態であり、最終的に真−表面活性化となる。近−表面活性化においては、状態／材料は像を形成する光の上層部（およそ厚さ２０００ないし３０００  ）への侵入を妨げるように選択される。真の表面活性化（これは最近になって出現したものであるが）は、自由表面上の１つないしいくつかの単層分の厚さのみを活性化する。
【００５０】
近−表面および真−表面活性化について、ここでは、パターニング光の侵入を妨げる不透明性のかなりの増加が必要とされる。本開示で主に扱ってきた軟Ｘ線は本来このようなアプローチに適している。例えば、ここまで種々の考察で扱ってきた１３０Åの光線は多くの材料に対して本来限られた侵入深度しか持たない。その外に適したものとして、有機レジスト材料は数千Åのオーダーしか侵入されない。その他の重元素を含むレジスト材料もさらに侵入を引き下げる。
【００５１】
表面および近−表面活性化の発展（この発展は、ＵＶ波長領域で不透過性を増加させるための努力を誘発し、また企図されている小さい設計ルールに特に意義のあるものであるが）はすべて、高解像度の確実な達成に通じる。数千Åだけの深度は焦点深度が１μｍかそれ以下であろうＸ線処理におけるより大きな融通性をもたらす。表面活性内の像がその下の材料に転写される転写方法は、近−垂直パターニング、即ちアンダーカットを最小化する非等方性転写の見込を示している。
【００５２】
本発明の装置／方法は、例えば５５Åまでのより短い波長を目的とするが、最も顕著な商業的な使用方法は、実際、目的とされたのよりも長い波長の使用を伴う。必要とされる〜１μｍ厚さの均一な組成の単一材料のレジスト層を可能にする最初の使用方法は注目されると期待される。５５Åの放射線はレジスト層の全体（おそらく、０．５〜１．０μｍの厚さ範囲で）に侵入するが、その使用により、通常の商業的方法でのレジスト／現像が良く理解された経済的意味（必要な製造工程の減少、より高くに期待される生産高、その他）で可能となる。しかし、上述の考慮は表面活性化に重みを置くに至るであろう。詳細は次の文献を参照のこと。 Proceeding of SPIE, vol.1343, (1990年), "Resist Schemes ForSoftX-ray Lithography" （San Diego, Calif.,での1990年7 月9-12日のXUV リソグラフィシンポジウムに発表）。
【００５３】
本発明による進歩は、経済的に実行可能な処理量を提供して他のアプローチのものと競走しあるいは越えるという最も大きい意義を持つ。本発明の方法は、入手可能なＸ線源を用いるものであるが、１ｃｍ2 ／秒以上の速度でパターン露出できる。これは６インチのウェーハを３分で行うのに等しい。間接的な時間（ウェーハの運搬及び位置合せ）に１分を仮定すると、１時間で６インチ径のウェーハ１５枚の処理量となる。同じ間接時間で０．５ｃｍ2 ／秒の速度で露出すれば、１時間でウェーハ８枚の処理量となり、なお十分な処理量である。
【００５４】
今日の加工は、５〜１０ｍｊ／ｃｍ2 （ミリジュール／平方センチメータ）の範囲でレジストの感度を処理量と分解能との妥協として提案する。例えば１ｍｊ／ｃｍ2 以下のより大きい感度を持つレジストは、統計的変動により分解能の低下をこうむる。
【００５５】
１秒あたり１平方センチメートルを露光するには、その領域を１０ｍｊ／秒（即ち、ウエハへの入射パワーが１０ｍｗ）で露光する必要がある。４つのミラーと反射マスクを含む上述した諸投影システムでは、ぞれぞれの面が直角入射光に対して５０％の反射率を持つと仮定すると、光源から像までの伝達効率は約３％になる。これはつまりマスクに入射するパワーが３００ｍｗである必要があるということである。使用し得る帯域幅は主にコンデンサとミラーの反射率の帯域幅に依存する。これまで研究されてきたブラッグミラーとコンデンサの設計は、中心波長１３０Å（モリブデン−シリコン多層コーティング、即ちＤＢＲ構造、とともに使用するのに適した波長）でΔラムダ／ラムダ＝５％である。このような光線は大きなシンクロトロンのベンディングマグネットから得ることができる。（ブルックハーベン研究所のNational Synchrotron Light Source Vacuum Ultraviolet  Ringは帯域幅１％／ミリラジアン／１００ｍａで１．２６ｍｗを出すことができる。
【００５６】
実験作業は３００ｍａで作動し、今日のコンデンサ設計での必要とされるマスク照度３００ｍｗを越える１７００ｍｗまでのパワーでＸ線を放射するシンクロトロン貯蔵リングに依った。詳細は以下の文献を参照のこと：Proceedings of  the SPIE,vol.1343(1990),"Soft X-ray projection Lithography:Experiments  and Practicl printers"(1990 SPIE International Symposium on Optical and Optoelectronic Applied science and Engineering  発行予定）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線リソグラフィー装置の例の主要構成要素を図式的に示す図である。
【図２】本発明の投影システムの例の要部をマスクから像平面まで図式的に示す図であり、もともと回転対称であるミラーの軸を外れた部分を示している。
【図３】図２と同様の図であり、図２とは９０°異なる方向から見た図である。
【図４】本発明の投影システムの例のイメージフィールドの形状と大きさを示す図である。
【図５】本発明の投影システムの例の非点収差をプロットしたグラフ（すべての次数の非点収差が除去されていることが、ｘおよびｙ焦点曲線の一致により示されている。）
【図６】スリット幅に対する歪曲収差の一例をプロットしたグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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