(57)【特許請求の範囲】
【請求項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１、第２、第４、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３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。
【請求項２】
請求の範囲１記載の鏡投写システムであって、システムの映像側における開口数が０．２０ｎｍ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１，５ｍｍであることを特徴とする鏡投写システム。
【請求項３】
請求の範囲１記載の鏡投写システムであって、全ての鏡が非球面表面を持つことを特徴とする鏡投写システム。
【請求項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。
【請求項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２の鏡と第３の鏡との間に物理的にアクセス可能なダイアフラムが配置されていることを特徴とする鏡投写システム。
【請求項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パターンのステップおよび走査映像形成のためのリソグラフィック装置。
【請求項７】
請求の範囲６記載のリソグラフィック装置であって、マスクが反射マスクであり、照明器がマスクホルダーの投写システムが配置されている側と同じ側に配置されることを特徴とするリソグラフィック装置。
【発明の詳細な説明】
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１、第２、第４、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、極紫外線、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、これまでの従来通常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大きな利益を得ることができる。
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５０ｎｍ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。投写システムの第３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の鏡対へ送られ、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、第２の鏡の上にダイアフラムが配置されている。
既知の投写システムでは、第３の鏡と第４の鏡を構成する鏡部はシステムの光軸から比較的大きい距離に配置しなければならない。これは位置合わせの問題と安定性の問題をひき起こすことがある。更に、既知のシステムの自由動作距離は１７ｍｍのオーダーと小さい。実際には、たとえば、組込み型測定システムに関連してより大きい動作距離がしばしば求められる。
本発明の目的は、比較的大きい自由動作距離を持ち、かつ安定である、初めの節で述べた種類の投写システムを得ることである。そのために、本発明の投写システムは第３の鏡が凸面であることを特徴とするものである。
この新規な概念の投写システムでは、ただ１枚の鏡要素、第４の鏡、が光軸から比較的大きい距離に配置される。自由動作距離は、たとえば、ヨーロッパ特許出願公開第０７７９５２８号公報に記載されているシステムの自由動作距離よりも、たとえば、６倍大きい。そこで、中間映像は初めの４枚の鏡により形成される。その中間映像は第４の鏡と第５の鏡との間の位置に呈示される。この中間映像は第５の鏡と第６の鏡により映像面内に映像が直接形成される。この新規な投写システムでは、第１の鏡が第３の鏡の近くに置かれるのに、ヨーロッパ特許出願公開第０７７９５２８号公報のシステムでは第２の鏡が第４の鏡の近くに置かれている。
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ことに注目されたい。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。米国特許第５，６８６，７２８号公報では、そのような鏡投写システムはＥＵＶ放射には適さないことが注目される。米国特許第５，６８６，７２８号公報に記載されている投写システムの６枚の鏡を用いる実施例では、第１の鏡は凸面である。
投写システムの上記新規な設計内では、開口数、倍率および映像場のパラメータの選択にいぜんとしていくらかの自由が存在する。
この投写システムの実施例は、システムの映像側における開口数が０．２０ｎｍのオーダーで、倍率Ｍ＝＋０．２５、円形の一部の形の映像場の幅が１，５ｍｍである。
この投写システムは５０ｎｍ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。
この投写システムは全ての鏡が非球面表面を持つことを特徴とすることが更に好ましい。
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意味することと理解される。
全ての鏡を非球面にすることにより、システムをより広い映像場に対して修正でき、開口数を大きくできる。
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倍率誤差は避けることができる。
この投写システムは、物理的にアクセス可能なダイアフラムが第２の鏡と第３の鏡の間に配置されていることを更に特徴とするものである。
このシステムは反対側へ伸びるビームの間のこの位置にダイアフラムを置くのに十分なスペースが存在するように設計される。
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。
鏡投写システムは透過マスクとの組合わせで使用できる。そうすると、照明システムはマスクホルダーの一方の側に配置され、投写システムは他方の側に配置される。
しかし、より短い組み込み長さを持つリソグラフィック装置は、マスクが反射マスクであり、照明器がマスクホルダーの投写システムと同じ側に配置されることを更に特徴とするものである。
ＥＵＶ放射に適する反射マスクは、この放射のための透過マスクよりも一層容易に製作できる。
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実施例を示す。
図２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。マスクが反射性であれば、そのマスクは放射源（図示せず）により放出されて右から来るビームｂで照明される。反射マスクより反射されたビームｂ１はシステムの第１の鏡５に入射する。その鏡は凹面である。この鏡はそのビームを収束ビームｂ２として第２の鏡６へ反射する。鏡６は僅かに凹面である。鏡６はそのビームをより強く収束するビームｂ３として第３の鏡７へ反射する。鏡７は凸面鏡であって、ビームを僅かに発散するビームｂ４として第４の鏡８へ反射する。この鏡８は凹面鏡であって、ビームを収束ビームｂ５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ｂ６として第６の鏡１０へ反射する。この鏡１０は凹面鏡であって、そのビームをビームｂ７として映像面２中に焦点を結ぶ。鏡５、６、７および８はマスクの中間映像を平面３に一緒に結び、鏡９と１０は、この中間映像から、所望のテレセントリック映像を映像面２に、すなわち、基板の面に結ぶ。
投写システムの絞りが軸線方向の位置１２に配置されている。この位置では、ダイアフラム１３をこの位置に置くことができるように、ビームｂ２、ｂ３およびｂ４は相互に十分隔てて分離される。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で映像形成ビームに到達することを阻止するので、平面２内に形成された映像のコントラストを低下させることができる。更に、照明のパワーと映像場における解像力が一定であるように、ダイアフラムは全ての映像形成ビームに対して同じビーム横断面および同じＮＡであるようにする。
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：
ｄ１：対物面１と鏡５の間の距離、
ｄ２：鏡５と鏡６の間の距離、
ｄ３：鏡６と鏡７の間の距離、
ｄ４：鏡７と鏡８の間の距離、
ｄ５：鏡８と鏡９の間の距離、
ｄ６：鏡９と鏡１０の間の距離、
ｄ７：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：
Ｒ１：鏡５の曲率半径、
Ｒ２：鏡６の曲率半径、
Ｒ３：鏡７の曲率半径、
Ｒ４：鏡８の曲率半径、
Ｒ５：鏡９の曲率半径、
Ｒ６：鏡１０の曲率半径、
−既知数列展開の偶数項ａ２、ａ４、ａ６、ａ８、ａ１０、ａ１２
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が非球面の変化を記述する。
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このシステムの倍率Ｍは＋０．２５で、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２７．５ｍｍ、外径は２９ｍｍであるので、この平面は円形の部分の形をした、幅が１．５ｍｍ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２５ｍｍのオーダーである。このシステムの全長、図１では約１０５７ｍｍ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、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。この図に示されているように、照明器３０は投写システムの基板台９と映像部１０との近くに置くことができ、したがって、照明ビームｂはそれらの要素の近くに沿って投写カラムに入ることができる。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内に配置される。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。
光学的な自由動作距離、すなわち、第５の鏡９と基板の面との間の距離は投写システムにより決定され、可能な機械的備えは別にして、その距離は比較的長く、たとえば、９０ｍｍである。したがって、第５の鏡と基板の間のスペースに光センサを配置できる。ステッピング装置、または投写システムとしてレンズ系が用いられているステップおよび走査装置に既に用いられているそれらのセンサは、たとえば、米国特許第５，１９１，２００（ＰＨＱ９１．００７）号公報に記載されている高さおよびレベルセンサ、およびたとえば、米国特許第５，１４４，３６３（ＰＨＱ９０．００３）号公報に記載されている映像センサである。
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。
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。
【図１】
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【図２】
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