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発明の名称 投影露光装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−140303
公開日 平成6年(1994)5月20日
出願番号 特願平4−285623
出願日 平成4年(1992)10月23日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】薄田 利幸
発明者 伊東 昌昭 / 老泉 博昭 / 武田 英次
要約 目的
露光強度の低下を避けながら、マスク寿命が長いX線投影露光装置を提供する。

構成
反射型マスク2のパターンを、反射鏡3、4からなる結像光学系により基板5に転写するX線投影露光装置において、反射型マスク2の反射面6が反射鏡3、4の反射面7を構成する多層膜より耐熱性のよい第1の多層膜で形成され、反射鏡3、4の反射面7が第1の多層膜より反射率の高い第2の多層膜で構成される。
特許請求の範囲
【請求項1】X線又は真空紫外線で照明された反射型マスク上のパターンを、反射鏡で構成される結像光学系により基板に転写する投影露光装置において、上記反射型マスクの反射面が上記反射鏡の反射面を形成する物質より耐熱性のよい第1の物質で形成され、上記反射鏡の反射面を形成する物質が上記第1の物質物質より反射率の高い第2の物質で形成されたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項2】X線又は真空紫外線で照明された多層膜反射型マスク上のパターンを、多層膜反射鏡で構成される結像光学系により基板に転写する投影露光装置において、上記反射型マスクの多層膜が上記反射鏡の多層膜より耐熱性のよい第1の多層膜で形成され、上記反射鏡の多層膜が上記第1の多層膜より反射率の高い第2の多層膜で形成されたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項3】請求項2記載の投影露光装置において、上記第1の多層膜を構成する少なくとも1つの物質が上記第2の1つの物質の融点より高い融点を持つことを特徴とする投影露光装置。
【請求項4】請求項2又は3記載の投影露光装置において、上記第1の多層膜が炭化物、窒化物、ホウ化物のいずれかを含むことを特徴とする投影露光装置。
【請求項5】請求項2記載の投影露光装置において、上記反射型マスクの多層膜がMoとB4Cを交互に積層した多層膜であり、上記反射鏡の多層膜がMoとSiを交互に積層した多層膜であることを特徴とする投影露光装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、投影露光装置、更に詳しく言えば、半導体集積回路等の製造工程におけるリソグラフィ技術に使用するX線又は真空紫外線と反射型光学系を用いる投影露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】リソグラフィ技術に使用するマスク上に描かれた半導体集積回路等のパターンを半導体集積回路の基板に転写する投影露光装置においては、解像度と焦点深度が重要である。一般に、結像光学系の開口数をNA、露光波長をλとすると、解像度Rと焦点深度DOFは次式で与えられる。
【0003】
R=k1λ/NA (1)
DOF=k2λ/NA2 (2)
ただし、k1、k2は定数である。現在、波長365nmの水銀i線とNA0.5程度のレンズ光学系を用いて、解像度0.35μm、焦点深度1μmが実現されている。
【0004】半導体集積回路を高密度化するために、さらに高解像度の投影露光装置が要求されている。式(1)から判るように、開口数NAが大きいほど、あるいは露光波長λが短いほど解像度Rは向上する。しかし開口数NAを大きくすると、式(2)にしたがって焦点深度DOFが低下するので、この方法による高解像度化は限界がある。一方、露光波長を十数nmないし数nmのX線領域まで短波長化すると、焦点深度1μmを確保しながら解像度0.1μm以下を達成することが可能である。しかし、X線領域では物質の屈折率が1に極めて近いので、屈折型光学系の適用は困難であり、反射型光学系を使用する必要がある。近年、屈折率の異なる2種類の物質の薄膜を交互に多数積層した多層膜鏡が実用化され、高反射率のX線反射が可能となってきた。そこで、多層膜反射型光学系を用いるX線投影露光装置の検討が盛んに行なわれている。
【0005】従来のX線投影露光装置は、例えばJ.Vac.Sci.Technol. B7, 第1648頁〜第1651頁 1989年に開示されている。図4は、従来のX線投影露光装置における光学系の構成を示す。電子蓄積リングから放射されるX線41は、コンデンサミラー(図示しない)で反射型マスク42に集光される。反射型マスク42は、非反射性の基板上に反射面46のパターンを形成したものである。照明された反射型マスク40上のパターンは、反射鏡43、44で構成される結像光学系により基板45上に縮小投影される。ここで、反射型マスク42と反射鏡43、44の反射面46は全て、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)を交互に積層したMo/Si多層膜46で形成され、露光波長は13nmである。また他のX線投影露光装置が文献、オー・エス・エー プロシーディング・オブ・ソフト・エックス・レイ プロジェクション リソグラフィー (OSA Proceedings of Soft-X-RayProjection Lithography)第11頁〜第15頁 オプティカル ソサエティ オブアメリカ(Optica1 Society of America)12巻、1991年に開示されている。これは、前記従来例と同一露光装置において、反射型マスクと反射鏡の反射面をすべて、モリブデン(Mo)と炭化ホウ素(B4C)を交互に積層したMo/B4C多層膜で形成したものであり、露光波長は13nmである。上記各従来技術のX線投影露光装置では、反射型マスクと反射鏡は同じ構成物質の多層膜で形成されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】X線投影露光装置において露光強度を高めるためには、高反射率の多層膜を使用する必要がある。図2は、上記の従来例で使用される多層膜の反射率計算値を示す。Mo/Si多層膜とMo/B4C多層膜のピーク反射率はそれぞれ70%、60%である。多層膜反射面は3枚あるので、ウェハへの入射X線強度とマスクへの入射X線強度との比は、Mo/Si多層膜では34.3%、Mo/B4C多層膜で21.6%となる。したがって、露光強度に関しては、Mo/Si多層膜はMo/B4C多層膜よりも有利である。
【0007】ところで、電子蓄積リングから放射されるビームすなわちシンクロトロン放射光は、X線から可視光にわたる連続波長光である。また、多層膜反射は干渉効果を利用するので、図2に示したように反射波長帯域が狭い。特に、反射型マスクはビームが最初に入射する多層膜反射面であるので、入射ビームの大部分は吸収されて熱に変換する。多層膜が加熱されると、層間で拡散が生じたり界面の粗さが増加するので、反射率が低下する。多層膜の耐熱性は構成物質に依存するが、図3に示すように、Mo/B4C多層膜はMo/Si多層膜よりも高温に耐えられる。したがって、反射型マスクの寿命に関しては、Mo/B4C多層膜はMo/Si多層膜よりも有利である。上記のように従来のX線投影露光装置では、露光強度とマスク寿命を両立させることが困難であった。本発明の目的は、露光強度の低下をできるだけ避けながら、マスク寿命が長いX線投影露光装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明は、X線又は真空紫外線で照明された反射型マスク上のパターンを反射鏡で構成される結像光学系により基板に転写する投影露光装置において、上記反射型マスクの反射面を上記反射鏡の反射面を形成する物質より耐熱性のよい第1の物質で形成し、上記反射鏡の反射面を上記第1の物質物質より反射率の高い第2の物質で形成した。好ましい実施形態として、上記反射型マスク及び反射鏡の反射面は多層膜で形成し、反射率の優れた多層膜として、Mo、Ru、Rh、W、Re等の重元素とBe、B、C、Si等の軽元素を交互に積層したもの、耐熱性のよい多層膜として上記重元素と炭化物、窒化物、ホウ化物のいずれかの化合物を交互に積層したものが使用される。
【0009】
【作用】反射型マスクの反射面は耐熱性に優れた多層膜で形成されるので、寿命が向上する。一方、反射鏡の反射面は高反射率の多層膜で形成されるので、高い露光強度が得られる。
【0010】
【実施例】以下本発明の実施例を詳細に説明する。図1は本発明によるX線投影露光装置の一実施例の要部構成を示す図である。電子蓄積リングから放射されるX線1は、コンデンサミラー(図示しない)で反射型マスク2に集光される。照明された反射型マスク2上の反射面6のパターンは、反射鏡3、4で構成される結像光学系により半導体集積回路の基板5上に縮小投影される。反射型マスク2は、非反射性のガラス基板上にMo/B4C多層膜6のパターンを形成したものである。Mo/B4C多層膜は、厚さ2.5nmのMo薄膜と厚さ4.2nmのB4C薄膜を各50層交互に形成したものである。また、反射鏡3、4の反射面としてMo/Si多層膜7が形成されている。Mo/Si多層膜は、厚さ2.5nmのMo薄膜と厚さ4.2nmのSi薄膜の各50層から構成される。露光波長は13nmである。
【0011】図2及び図3はそれぞれMo/B4C多層膜及びMo/Si多層膜の反射率の温度及び波長に対する依存性を示す。図3に示すように、Mo/B4C多層膜はMo/Si多層膜よりも耐熱性が高いので、反射型マスクの寿命が長くなる。露光に不要な波長成分はほとんど反射型マスクで吸収されるので、反射鏡に関しては耐熱性の問題はない。また、図2に示したように、Mo/Si多層膜とMo/B4C多層膜のピーク反射率はそれぞれ70%、60%である。多層膜反射面は、Mo/B4C多層膜1枚とMo/Si多層膜2枚であるので、ウェハへの入射X線強度とマスクへの入射X線強度との比は、29.4%となる。この数値は、すべての反射面にMo/Si多層膜を使用する場合の34.3%より小さいが、すべての反射面にMo/B4C多層膜を使用する場合の21.6%より大きい。
【0012】このように本実施例では、露光強度の低下をできるだけ避けながら、反射型マスクの寿命向上が可能である。
【0013】なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではない。結像光学系の中に特に熱負荷の大きい反射鏡があるならば、その反射面を耐熱性の優れた多層膜で形成してもよい。また、多層膜の構成物質としては、Mo、Ru、Rh、W、Reなどの重元素とBe、B、C、Siなどの軽元素を組み合わせてもよい。特に反射型マスクの多層膜を、炭化物、窒化物、ホウ化物等の化合物で形成することが耐熱性の点で望ましい。多層膜の形成法としては、マグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、電子ビーム蒸着法、CVD法などを使用することができる。
【0014】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によると、露光強度の低下をできるだけ避けながら、寿命が長い反射型マスクを使用することが可能であり、リソグラフィコスト低減の効果が大きい。




 

 


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