JP3336514B2

JP3336514B2 - Ｘ線反射型マスク及びｘ線投影露光装置

Info

Publication number: JP3336514B2
Application number: JP6874394A
Authority: JP
Inventors: 勝彦村上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-04-06
Filing date: 1994-04-06
Publication date: 2002-10-21
Anticipated expiration: 2017-10-21
Also published as: JPH07283105A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線リソグラーフィー
技術において用いられるＸ線反射型マスク及び該マスク
を備えたＸ線投影露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路素子の微細化に伴
い、光の回折限界によって制限される光学系の解像力を
向上させるために、従来の紫外線（波長１９３〜４３６
ｎｍ）に代わって、これより波長の短い軟Ｘ線（波長５
〜２０ｎｍ）を使用した投影リソグラフィー技術が開発
されている。

【０００３】この技術に使用されるＸ線投影露光装置
は、図１２に示すように、主としてＸ線源３２、照明光
学系３３、マスク３４およびマスクステージ３５、投影
結像光学系３６、ウェファーステージ３８等により構成
される。Ｘ線の波長域では、透明な物質は存在せず、ま
た物質表面での反射率も非常に低いため、レンズやミラ
ーなどの通常の光学素子が使用できない。そのためＸ線
用の光学系は、反射面に斜め方向から入射したＸ線を全
反射を利用して反射させる斜入射ミラーや、多層膜の各
界面での反射光の位相を一致させて干渉効果により高い
反射率を得る多層膜ミラー等により構成されている。

【０００４】斜入射ミラーは、１００％に近い反射率を
得ることも可能だが、斜入射角（反射面から測った入射
角）が１０度以下の斜入射でしか使用できないので、収
差を補正した光学系を構成することは困難である。多層
膜ミラーは、Ｘ線を垂直に反射することも可能だが、１
００％に近い反射率は得られない。シリコンのＬ吸収端
（12.3ｎｍ）より長波長側で、モリブデンとシリコンか
らなる多層膜を用いたときに最も高い反射率が得られる
が、波長１３から１５ｎｍでは、入射角によらず７０％
程度である。シリコンのＬ吸収端よりも短波長側では、
垂直入射で３０％以上の反射率の得られる多層膜は開発
されていない。

【０００５】Ｘ線源には、放射光光源（Synchrotron Ra
diation Source）又はレーザープラズマＸ線源等の、強
力な軟Ｘ線の得られる光源が使用される。放射光光源
は、光速に近い速度で運動する電子が磁場によって進行
方向を偏向されるときに、電子軌道の接線方向に放射さ
れる電磁波を利用するものである。レーザープラズマＸ
線源は、ターゲットに強力なレーザーパルスを照射する
と、蒸発したターゲット物質がプラズマ化し、そこから
Ｘ線を含む電磁波が放射されるものである。

【０００６】照明光学系は、斜入射ミラー、多層膜ミラ
ー、所定波長のＸ線だけを透過又は反射させるフィルタ
ー等により構成され、マスクを所定波長のＸ線で照明す
る。マスクには透過型マスクと反射型マスクとがある。
透過型マスクは、Ｘ線を良く透過する物質からなる薄い
メンブレンの上に、Ｘ線を吸収する物質を所定形状に設
けることによってパターンを形成したものである。一
方、反射型マスクは、Ｘ線を反射する多層膜上に、反射
率の低い部分を所定形状に設けることによってパターン
を形成したものである。

【０００７】透過型マスクは、Ｘ線の吸収を抑えるため
に、0.1 μｍ程度以下の厚さの非常に脆弱なメンブレン
を使用しなければならないので、実用的な寸法（例えば
１２０×１２０ｍｍ程度以上）のマスクを作製すること
ができない。一方、反射型マスクは、充分な機械的強度
を持つ厚い基板を用いることができるので、Ｘ線投影露
光技術を実際の半導体製造に適用する際には、反射型マ
スクが使用される。

【０００８】このようなマスク上に形成されたパターン
は、複数の多層膜ミラー等で構成された投影結像光学系
によりウェファー上に結像されて、ウェファー上に塗布
したフォトレジストに転写される。投影結像光学系は全
て、多層膜ミラーを用いた反射系で構成する必要があ
る。また、多層膜ミラーの反射率は、あまり高くない。
そのため、実用的なスループットを得るためには、多層
膜ミラーの枚数を極力少なくする必要があり、広い露光
領域全体で収差を補正することは容易ではない。

【０００９】そこで、例えば、米国特許５２１２５８８
号に記載されているように、必要な露光領域（例えば３
０×３０ｍｍ程度）を一度に露光する光学系の他に、例
えば特開平４−３３３０１１に記載されているように、
輪帯状の領域（例えば３０×0.5 ｍｍ程度）を露光しな
がら、マスクとウェファーを同期走査して必要な寸法の
露光領域を確保する光学系も考案されている。

【００１０】なお、Ｘ線は大気に吸収されて減衰するの
で、Ｘ線の光路は全て所定の真空度に維持されている。
一般に、光学系の収差が充分に小さくて収差の影響が無
視できるような回折限界の結像においては、光学系の解
像力は結像系の性能だけでなく、物体（リソグラフィー
の場合はマスク）の照明の仕方に左右される。

【００１１】結像系の入射側開口数に対する照明光の開
口数の比をコヒーレンスファクターσと云う。σ＝０の
場合をコヒーレント照明による結像と云い、この場合に
は、物体は単一な方向から入射する平行光束で照明され
る。このとき、光学系の伝達関数（ＯＴＦ）は、図３に
示すように、ＮＡ／λ（ＮＡは結像系の出射側開口数、
λは照明光の波長）で決まる空間周波数までは一定の値
を示すが、この空間周波数を越えると０になってしまい
解像しない。

【００１２】一方、σ＝１の場合をインコヒーレント照
明による結像と云い、この場合には物体は結像系の入射
側開口全体を満たすような発散角を持つ光線で照明され
る。このとき、ＯＴＦは空間周波数が高くなるに従い徐
々に低下するが、２ＮＡ／λの空間周波数までは０には
ならない。従って、像のコントラストは低下するもの
の、インコヒーレント照明の方が高い空間周波数のパタ
ーンまで解像することができる。回折限界の解像力が要
求される露光装置の照明光学系には、解像力とコントラ
ストとを勘案して０＜σ＜１の部分コヒーレント照明が
用いられている。

【００１３】実際の露光装置においては、マスク上の、
例えば１２０×１２０ｍｍ程度の、広い領域において、
前述のような部分コヒーレント照明の条件を満たすこと
と、照度が均一であることが要求される。そのような条
件を満たす照明光学系として、図２に示すようなケーラ
ー照明光学系が広く一般に使用されている。以下にケー
ラー照明系の機能を簡単に説明する。

【００１４】光源２０から放射した光線は、まず第１の
レンズ２１により平行光束に変換された後、オプティカ
ルインテグレーター２２へ入射する。オプティカルイン
テグレーター２２は平行光束を空間的に分割して、分割
されたそれぞれの光束を集束させるので、光源２０の多
重化された像２３が形成される。紫外光を用いた露光装
置においては、オプティカルインテグレーター２２とし
てフライアイレンズが一般に用いられている。

【００１５】次に、個々の光源像２３から発散する光線
は、第２のレンズ２４により平行光束に変換された後、
物体２５を照明する。異なる光源像２３から発した光線
束は異なる方向から物体２５へ入射する。このとき、途
中の（第１のレンズ２１とオプティカルインテグレータ
ー２２の間の）平行光束の太さが照明光のＮＡ（開口
数）を決め、多重化された光源像２３からの発散角が照
明領域の大きさを決めることになる。点光源から発した
光線を平行光に変換して物体を照明するので、照度ムラ
は小さい。また、照明の開口数の変更も容易である。

【００１６】Ｘ線投影露光装置において、以上のような
ケーラー照明系を実現するためには図２に示したものと
等価な光学系を全て多層膜ミラーを用いた反射光学系で
構成する必要がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】Ｘ線に対して用いるこ
とのできるオプティカルインテグレータとしては、特願
平５−２１５７７に記載されたフライアイミラーがあ
る。これは、多数の微細な凸部又は凹部を設けた基板上
に多層膜を形成したミラーである。このようなフライア
イミラーを用いた照明光学系として、例えば特願平５−
２３７６５４には、放射光光源、フライアイミラー、及
び回転するミラー群を用いて輪帯状の領域をケーラー照
明するための光学系が記載されている。

【００１８】しかし、このようなフライアイミラーを用
いたケーラー照明光学系では、複雑な光学系が必要とな
るので、多層膜ミラーの枚数が増加してしまう。また、
フライアイミラーで光線を発散させるので、光量の損失
が大きくなってしまう。そののために、Ｘ線投影露光装
置のスループットが実用上必要な値（例えば、８インチ
ウェファーで３０枚／１時間程度）よりも、かなり低く
なってしまうという問題点があった。

【００１９】本発明は、前記のような従来の問題点に鑑
みてなされたものであり、複雑な照明光学系やフライア
イミラーのような効率の低いオプティカルインテグレー
ターを用いる必要がなく、そのためスループットを向上
することができる新規なＸ線反射型マスク及び該マスク
を備えたＸ線投影露光装置を提供することを目的とす
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「基板上に、Ｘ線を反射する複数の反射部と、Ｘ線を
反射しない複数の非反射部とからなるパターンが形成さ
れてなるＸ線反射型マスクにおいて、前記各反射部の表
面を、断面が円弧状の短冊が有する凸面又は凹面であっ
て、前記マスクからの反射光をウェファー上に結像させ
る投影結像光学系の入射側開口数Ａ、前記各反射部の幅
Ｄ、前記円弧の曲率半径Ｒとの間で、Ｄ／Ｒ＜Ａの関係
を満たす凸面又は凹面としたことを特徴とするＸ線反射
型マスク（請求項１）」を提供する。

【００２１】また、本発明は第二に「基板上に、Ｘ線を
反射する複数の反射部と、Ｘ線を反射しない複数の非反
射部とからなるパターンが形成されてなるＸ線反射型マ
スクにおいて、前記各反射部の表面を、断面が円弧状の
短冊が有する凸面又は凹面であって、前記マスクからの
反射光をウェファー上に結像させる投影結像光学系の入
射側開口数Ａ、前記各反射部の幅Ｄ、前記円弧の曲率半
径Ｒとの間で、0.3 Ａ＜Ｄ／Ｒ＜Ａの関係を満たす凸面
又は凹面としたことを特徴とするＸ線反射型マスク（請
求項２）」を提供する。

【００２２】また、本発明は第三に「基板上に、Ｘ線を
反射する複数の反射部と、Ｘ線を反射しない複数の非反
射部とからなるパターンが形成されてなるＸ線反射型マ
スクにおいて、前記各反射部の表面を、断面が円弧状の
短冊が有する凸面又は凹面であって、前記マスクからの
反射光をウェファー上に結像させる投影結像光学系の入
射側開口数Ａ、前記各反射部の幅Ｄ、前記円弧の曲率半
径Ｒとの間で、 0.5 Ａ≦Ｄ／Ｒ≦0.7 Ａの関係を満た
す凸面又は凹面としたことを特徴とするＸ線反射型マス
ク（請求項３）」を提供する。

【００２３】また、本発明は第四に「基板上に、Ｘ線を
反射する幅Ｄ１の複数の反射部と、Ｘ線を反射しない幅
Ｄ２の複数の非反射部とからなるパターンが形成されて
なるＸ線反射型マスクにおいて、前記マスクからの反射
光をウェファー上に結像させる投影結像光学系の出射側
開口数ＮＡ、前記各反射部の幅Ｄ１、前記各非反射部の
幅Ｄ２、使用するＸ線の波長λとの間で、Ｄ１＋Ｄ２＜
σ×λ／ＮＡ（０＜σ＜１）の関係を満たす反射部の表
面を、断面が円弧状の短冊が有する凸面又は凹面であっ
て、前記マスクからの反射光をウェファー上に結像させ
る投影結像光学系の入射側開口数Ａ、前記各反射部の幅
Ｄ１、前記円弧の曲率半径Ｒとの間で、Ｄ１／Ｒ＜Ａの
関係を満たす凸面又は凹面とし、前記関係を満たさない
反射部の表面を平面としたことを特徴とするＸ線反射型
マスク（請求項４）」を提供する。

【００２４】また、本発明は第五に「基板上に、Ｘ線を
反射する幅Ｄ１の複数の反射部と、Ｘ線を反射しない幅
Ｄ２の複数の非反射部とからなるパターンが形成されて
なるＸ線反射型マスクにおいて、前記マスクからの反射
光をウェファー上に結像させる投影結像光学系の出射側
開口数ＮＡ、前記各反射部の幅Ｄ１、前記各非反射部の
幅Ｄ２、使用するＸ線の波長λとの間で、Ｄ１＋Ｄ２＜
σ×λ／ＮＡ（0.3 ＜σ＜１）の関係を満たす反射部の
表面を、断面が円弧状の短冊が有する凸面又は凹面であ
って、前記マスクからの反射光をウェファー上に結像さ
せる投影結像光学系の入射側開口数Ａ、前記各反射部の
幅Ｄ１、前記円弧の曲率半径Ｒとの間で、0.3 Ａ＜Ｄ１
／Ｒ＜Ａの関係を満たす凸面又は凹面とし、前記関係を
満たさない反射部の表面を平面としたことを特徴とする
Ｘ線反射型マスク（請求項５）」を提供する。

【００２５】また、本発明は第六に「基板上に、Ｘ線を
反射する幅Ｄ１の複数の反射部と、Ｘ線を反射しない幅
Ｄ２の複数の非反射部とからなるパターンが形成されて
なるＸ線反射型マスクにおいて、前記マスクからの反射
光をウェファー上に結像させる投影結像光学系の出射側
開口数ＮＡ、前記各反射部の幅Ｄ１、前記各非反射部の
幅Ｄ２、使用するＸ線の波長λとの間で、Ｄ１＋Ｄ２＜
σ×λ／ＮＡ（0.5 ≦σ≦0.7)の関係を満たす反射部の
表面を、断面が円弧状の短冊が有する凸面又は凹面であ
って、前記マスクからの反射光をウェファー上に結像さ
せる投影結像光学系の入射側開口数Ａ、前記各反射部の
幅Ｄ１、前記円弧の曲率半径Ｒとの間で、0.5 Ａ≦Ｄ／
Ｒ≦0.7 Ａの関係を満たす凸面又は凹面とし、前記関係
を満たさない反射部の表面を平面としたことを特徴とす
るＸ線反射型マスク（請求項６）」を提供する。

【００２６】また、本発明は第七に「前記各反射部には
所定波長のＸ線を反射する多層膜を形成してなり、前記
各非反射部には該多層膜及びその上のＸ線吸収膜を積層
して形成してなることを特徴とする請求項１〜６記載の
Ｘ線反射型マスク（請求項７）」を提供する。また、本
発明は第八に「前記各反射部には所定波長のＸ線を反射
する多層膜を形成してなり、前記各非反射部には該多層
膜の周期構造を破壊した多層膜を形成してなることを特
徴とする請求項１〜６記載のＸ線反射型マスク（請求項
８）」を提供する。

【００２７】また、本発明は第九に「前記各反射部にの
み所定波長のＸ線を反射する多層膜を形成してなること
を特徴とする請求項１〜６記載のＸ線反射型マスク（請
求項９）」を提供する。また、本発明は第十に「少なく
とも、Ｘ線源と、請求項１〜９記載のＸ線反射型マスク
と、前記マスク上に形成されたパターンの像をウェファ
ー上に投影結像する投影結像光学系と、を備えたＸ線投
影露光装置（請求項10）」を提供する。

【００２８】また、本発明は第十一に「少なくとも、Ｘ
線源と、請求項１〜９記載のＸ線反射型マスクと、前記
Ｘ線源から放射されるＸ線を前記マスク上に平行光束に
て照明する照明光学系と、前記マスク上に形成されたパ
ターンの像をウェファー上に投影結像する投影結像光学
系と、を備えたＸ線投影露光装置（請求項11）」を提供
する。

【００２９】

【作用】従来のＸ線反射型マスクでは、入射光線（Ｘ
線）は鏡面反射をするので、部分コヒーレント結像を行
うためには、ケーラー照明のような複雑な照明系が必要
であった。これに対して、本発明では、例えば、図１に
示すように、反射型マスクの各反射部１を曲面（断面が
円弧状の短冊が有する凸面又は凹面）とすることによっ
てマスク自体に入射光線を発散させる機能を設けたの
で、マスクを平行光束で照明しても、部分コヒーレント
照明と等価な結像を実現することができる。そのため従
来のような複雑な照明系を必要としない。その原理を以
下に説明する。

【００３０】例えば、図７及び図８に示すように、平行
光束が前記断面が円弧状の短冊が有する凸面又は凹面で
ある反射部１へ入射すると、反射光はその入射位置によ
って反射方向が異なるので、発散するように反射する。
前記円弧の中心をＯ、半径をＲとして、入射角が充分小
さい、即ち垂直入射に近い、として近軸光線の近似を用
いると、反射面の焦点Ｆは円の中心Ｏから入射光線の方
向へＲ／２の位置にある。

【００３１】このような反射部１へ平行光束が入射する
と、反射光は焦点Ｆから発散する光線束となる。反射部
１の幅をＤとし、中心Ｏからこの反射部１に張る角度の
半分をθとすると、θは充分小さいので、Ｄ＝２Ｒθが
成り立つ。焦点Ｆから発散する光線の広がり角度は、片
側で２θであるので、これはＤ／Ｒに等しい。即ち、マ
スクを平行光束で照明したにもかかわらず、その反射光
束はＤ／Ｒの発散角を有することになり、これは開口数
がＤ／Ｒに等しい照明光によって通常の反射マスクを照
明した場合と等価である。

【００３２】従って、投影結像光学系の入射側開口数を
Ａとして、σＡ＝Ｄ／Ｒ（０＜σ＜１）を満たすように
前記円弧の曲率半径Ｒを設定すれば、平行光束による照
明によって、コヒーレンスファクターσの部分コヒーレ
ント結像を実現することができる（請求項１）。良好な
像のコントラスト及び高い解像度を両立させるために
は、コヒーレンスファクターσは、0.3 ＜σ＜１の範囲
に設定することが好ましく（請求項２）特に、0.5 ≦σ
≦0.7 の範囲に設定することが好ましい（請求項３）。

【００３３】また、前記マスクからの反射光をウェファ
ー上に結像させる投影結像光学系の出射側開口数ＮＡ、
前記各反射部の幅Ｄ１、前記各非反射部の幅Ｄ２、使用
するＸ線の波長λとの間で、Ｄ１＋Ｄ２＜σ×λ／ＮＡ
（０＜σ＜１）の関係を満たす反射部の表面を、断面が
円弧状の短冊が有する凸面又は凹面であって、前記マス
クからの反射光をウェファー上に結像させる投影結像光
学系の入射側開口数Ａ、前記各反射部の幅Ｄ１、前記円
弧の曲率半径Ｒとの間で、Ｄ１／Ｒ＜Ａの関係を満たす
凸面又は凹面とし、前記関係を満たさない反射部の表面
を平面とすることが好ましい（請求項４）図３から明らかなように、空間周波数がＮＡ／λより低
いパターンは、σ＝０のコヒーレント照明による結像の
方が高コントラストの像が得られる。そこで、そのよう
なパターンに対しては、反射部を平面とすることが好ま
しい。

【００３４】一方、空間周波数がＮＡ／λよりも高いパ
ターンはσ＝０では解像しない。そこで、そのようなパ
ターンに対しては、反射部を前記凸面又は凹面にするこ
とが好ましく、これによって、０＜σ＜１の部分コヒー
レント照明による結像を実現することができるので、高
い空間周波数まで像を得ることができる。ここで、良好
な像のコントラスト及び高い解像度を両立させるために
は、コヒーレンスファクターσは、0.3 ＜σ＜１の範囲
に設定し、かつ前記関係を0.3 Ａ＜Ｄ１／Ｒ＜Ａとする
ことが好ましく（請求項５）特に、コヒーレンスファク
ターσは、0.5 ≦σ≦0.7 の範囲に設定し、かつ前記関
係を0.5 Ａ≦Ｄ／Ｒ≦0.7Ａとすることが好ましい（請
求項６）。

【００３５】前記各反射部には所定波長のＸ線を反射す
る多層膜を形成し、前記各非反射部には該多層膜及びそ
の上のＸ線吸収膜を積層して形成することが好ましい
（請求項７）。或いは、前記各反射部には所定波長のＸ
線を反射する多層膜を形成し、前記各非反射部には該多
層膜の周期構造を破壊した多層膜を形成することが好ま
しい（請求項８）。

【００３６】或いは、前記各反射部にのみ所定波長のＸ
線を反射する多層膜を形成することが好ましい（請求項
９）。また、請求項１〜９記載のＸ線反射型マスクを、
少なくとも、Ｘ線源と、マスク上に形成されたパターン
の像をウェファー上に投影結像する投影結像光学系とを
有するＸ線投影露光装置に設けることが好ましい（請求
項10）。

【００３７】また、請求項１〜９記載のＸ線反射型マス
クを、少なくとも、Ｘ線源と、該Ｘ線源から放射される
Ｘ線をマスク上に平行光束にて照明する照明光学系と、
マスク上に形成されたパターンの像をウェファー上に投
影結像する投影結像光学系とを有するＸ線投影露光装置
に設けることが好ましい（請求項11）。本発明にかかる
Ｘ線反射多層膜としては、例えば、モリブデン／ケイ
素、モリブデン／ケイ素化合物、ルテニウム／ケイ素、
ルテニウム／ケイ素化合物、ロジウム／ケイ素、ロジウ
ム／ケイ素化合物、等の組み合わせで交互に複数回積層
したものが好ましい。

【００３８】また、本発明にかかるＸ線吸収膜として
は、例えば、金、タングステン、タンタル、ニッケル等
の薄膜が好ましい。以上のように、本発明にかかるＸ線
反射型マスクによれば、部分コヒーレント結像を行うた
めに、ケーラー照明系のような複雑な照明系を必要とせ
ず、照明光学系を大幅に簡略化することができる。その
ため、多層膜ミラーで何度も反射を繰り返すことによる
光量の損失を避けることができ、露光装置のスループッ
トが向上する。

【００３９】従来のＸ線投影露光装置における、フライ
アイミラーを用いたケーラー照明系では、マスク上のど
のパターンも広がり角のある光線束で照明されるが、本
発明にかかるＸ線反射型マスクを平行光で照明した場合
は、微細な、即ち空間周波数の高いパターン部分で反射
した光線のみが角度広がりを持つ。また、前記従来の照
明系では、光線束は光軸に対して対称的に、あらゆる方
向に広がるが、本発明にかかるＸ線反射型マスクを用い
た光学系では、ラインアンドスペースパターンに対して
垂直な方向、即ちパターンの空間周波数が高い方向のみ
に光線は広がる。

【００４０】以上の理由（２点）から、本発明において
は、必要なパターンに対する光線束のみが発散角を有す
ることになるので、従来のようなフライアイミラーを用
いた照明系のような発散による光量の損失がほとんど無
くなり、この点からも光学系全体の効率が向上して露光
装置のスループットが向上する。また、反射型マスクは
平行光束で照明されるので、照度ムラは小さい。

【００４１】以下、実施例により本発明をさらに具体的
に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるもので
はない。

【００４２】

【実施例】まず、本発明にかかるＸ線反射型マスクの構
成について説明する。図４は本発明の第１実施例である
Ｘ線反射型マスクの概略断面図である。石英、シリコン
等からなる基板３上において、反射部１となる部分の表
面を、断面が円弧状の短冊が有する凸面（図４ａ）又は
凹面（図４ｂ）とした。

【００４３】前記凸面又は凹面（断面が円弧状）の曲率
半径は、作用の項で説明したように適宜（請求項１〜６
の内容にて）設定した。本実施例では、基板３の表面全
体にＸ線を反射する多層膜（Ｘ線反射多層膜）４を形成
した。多層膜を構成する物質は、使用するＸ線の波長に
合わせて適宜選択するが、例えば、波長１３ｎｍ付近の
Ｘ線に対しては、モリブデンとシリコン（ケイ素）から
なる多層膜４を用いた。多層膜４は、スパッタリングや
真空蒸着等の方法により形成した。

【００４４】非反射部２となる部分には、前記多層膜４
上に更にＸ線を吸収する物質からなる吸収体層５を形成
した。吸収体には、例えば、金、タングステン、タンタ
ル、ニッケル等の物質を用いた。吸収体層５は、スパッ
タリング、真空蒸着等の方法により、前記多層膜４の表
面全体に吸収体層を形成した後、反応性イオンエッチン
グ等の方法により、反射部１上の吸収体層だけを除去す
ることによって形成した。

【００４５】或いは、吸収体層５は、予め反射部１上の
多層膜だけをフォトレジストで被覆しておき、その上及
びフォトレジストで被覆しない多層膜の上に、スパッタ
リング、真空蒸着等の方法により吸収体層を形成した
後、フォトレジストと一緒に反射部１上の吸収体層だけ
を除去する、いわゆるリフトオフ法により形成した。図
５は本発明の第２実施例であるＸ線反射型マスクの概略
断面図である。石英、シリコン等からなる基板３上にお
いて、反射部１となる部分の表面を、断面が円弧状の短
冊が有する凸面（図５ａ）又は凹面（図５ｂ）とした。

【００４６】前記凸面又は凹面（断面が円弧状）の曲率
半径は、作用の項で説明したように適宜設定（請求項１
〜６の内容にて）した。本実施例では、基板３の反射部
１だけにＸ線反射多層膜４を形成した。Ｘ線反射多層膜
４は、基板３の表面全体に、スパッタリングや真空蒸着
等の方法により多層膜を形成した後、反応性イオンエッ
チング等の方法により、非反射部２の多層膜だけを除去
することによって形成した。

【００４７】或いは、Ｘ線反射多層膜４は、予め非反射
部２の基板面だけをフォトレジスト等で被覆しておき、
その上及びフォトレジストで被覆しない基板面の上に、
スパッタリング、真空蒸着等の方法により多層膜を形成
した後、フォトレジストと一緒に非反射部２上の多層膜
だけを除去する、いわゆるリフトオフ法により形成し
た。なお、多層膜を構成する物質は、第１実施例と同一
のものを使用した。

【００４８】図６は本発明の第３実施例であるＸ線反射
型マスクの概略断面図である。石英、シリコン等からな
る基板３上において、反射部１となる部分の表面を、断
面が円弧状の短冊が有する凸面（図５ａ）又は凹面（図
５ｂ）とした。前記凸面又は凹面（断面が円弧状）の曲
率半径は、作用の項で説明したように適宜（請求項１〜
６の内容にて）設定した。

【００４９】本実施例では、基板３の表面全体にＸ線を
反射する多層膜４を形成した。多層膜を構成する物質
は、第１実施例と同一のものを使用した。また、多層膜
４は、スパッタリングや真空蒸着等の方法により形成し
た。非反射部２は、該非反射部を形成する部分の多層膜
４だけ、その周期構造を破壊して反射率を低下させるこ
とで形成した。

【００５０】多層膜４の周期構造を選択的に破壊するた
めに、予め反射部１の多層膜だけをフォトレジスト等で
被覆して保護しておき、カウフマンイオン源等の口径の
大きな（数ｍｍ〜数十ｍｍ）イオン源を用いて、アルゴ
ン等のイオンを数〜数百キロボルトで加速して、基板表
面全体に照射した後、フォトレジストを除去する方法を
用いた。

【００５１】或いは、多層膜４の周期構造を選択的に破
壊するために、ガリウム等の液体金属イオン源を用いて
数百キロボルトに加速した集束イオンビーム（ビーム径
0.1μｍ以下）を、非反射部を形成する部分の多層膜へ
選択的に照射する方法を用いた。次に、本発明にかかる
Ｘ線反射型マスクを備えたＸ線投影露光装置の実施例を
以下に説明する。

【００５２】図９に、本発明の第４実施例であるＸ線投
影露光装置の概略構成図を示す。Ｘ線源には放射光光源
を用い、照明光学系は特に設けておらず、放射光光源か
らの略平行なＸ線光束３０でＸ線反射型マスク３４を照
明する。投影結像光学系３６には、２枚の球面による４
回反射の光学系を用いた。この光学系は、３０×３０ｍ
ｍの領域を一括露光する光学系であり、縮小倍率Ｍ＝１
／４、出射側開口数ＮＡ＝0.06で、反射面には波長λ＝
１３ｎｍのＸ線を反射するモリブデン／シリコン多層膜
が形成されている。この光学系のコヒーレント照明によ
る結像における回折限界は、空間周波数がＮＡ／λ＝４
６００周期／ｍｍ、即ち0.11μｍラインアンドスペース
である。

【００５３】Ｘ線反射型マスク３４は、コヒーレント照
明による結像での回折限界に対応するラインアンドスペ
ース0.44μｍ以上の寸法のパターンにおける反射部を従
来通りに平面とし、0.44μｍ以下の寸法のパターンにお
ける反射部を断面が円弧状の短冊が有する凸面又は凹面
とした。前記凸面又は凹面（断面が円弧状）の曲率半径
Ｒは、コヒーレンスファクターをσ、投影結像光学系３
６の入射側開口数をＡ、マスク上の反射部の幅をＤとし
て、前述のようにσＡ＝Ｄ／Ｒの条件を満たせば良い。
Ａ＝ＮＡ×Ｍであるから、幅Ｄのパターンに対して曲率
半径Ｒは、Ｒ＝Ｄ／（σ×ＮＡ×Ｍ）で与えられる。

【００５４】本実施例では、コヒーレンスファクターσ
＝0.5 としたので、Ｒ＝１３３×Ｄである。即ち、Ｘ線
反射型マスク３４上の0.44μｍ以下のラインアンドスペ
ースパターンの反射部は、断面が円弧状の短冊が有する
凸面又は凹面に形成されている（前記円弧は、この式で
与えられるような曲率半径をもつ）。本実施例のＸ線投
影露光装置において、従来のＸ線反射型マスクを用いた
場合には、0.11μｍラインアンドスペースまでしか解像
することができないが、本発明にかかるＸ線反射型マス
クを用いることにより、0.08μｍラインアンドスペース
まで解像することが可能になった。また、照明光学系を
全く用いていないので、光量の損失がなくなり、スルー
プットは従来のケーラー照明光学系を用いた場合と比べ
て２０倍以上に増大した。

【００５５】図１０に、本発明の第５実施例であるＸ線
投影露光装置の概略構成図を示す。Ｘ線源には放射光光
源を用い、同一の回転軸ＡＸをもつ円筒ミラー４０と円
錐ミラー４１からなる照明光学系を用いた。この照明光
学系により、放射光光源からの略平行なＸ線光束３０で
反射型マスク３４上の円弧状領域４２を照明する。投影
結像光学系３６には、２枚の非球面からなる光学系を用
いた。この光学系は半径３０ｍｍ、幅0.5 ｍｍの輪帯状
の領域を露光する光学系であり、縮小倍率Ｍ＝１／４、
出射側開口数ＮＡ＝0.08で、反射面には波長λ＝１３ｎ
ｍのＸ線を反射するモリブデン／シリコン多層膜が形成
されている。この光学系のコヒーレント照明による結像
における回折限界は、空間周波数がＮＡ／λ＝６１５０
周期／ｍｍ、即ち0.08μｍラインアンドスペースであ
る。

【００５６】Ｘ線反射型マスク３４は、コヒーレント照
明による結像での回折限界に対応するラインアンドスペ
ース0.32μｍ以上の寸法のパターンにおける反射部を従
来通りに平面とし、0.32μｍ以下の寸法のパターンにお
ける反射部を断面が円弧状の短冊が有する凸面又は凹面
とした。前記凸面又は凹面（断面が円弧状）の曲率半径
Ｒは、コヒーレンスファクターをσ、投影結像光学系３
６の入射側開口数をＡ、マスク上の反射部の幅をＤとし
て、前述のようにσＡ＝Ｄ／Ｒの条件を満たせば良い。
Ａ＝ＮＡ×Ｍであるから、幅Ｄのパターンに対して曲率
半径Ｒは、Ｒ＝Ｄ／（σ×ＮＡ×Ｍ）で与えられる。

【００５７】本実施例では、コヒーレンスファクターσ
＝0.5 としたので、Ｒ＝１００×Ｄである。即ち、Ｘ線
反射型マスク３４上の0.32μｍ以下のラインアンドスペ
ースパターンの反射部は、断面が円弧状の短冊が有する
凸面又は凹面に形成されている（前記円弧は、この式で
与えられるような曲率半径をもつ）。本実施例のＸ線投
影露光装置において、従来のＸ線反射型マスクを用いた
場合には、0.08μｍラインアンドスペースまでしか解像
することができないが、本発明にかかるＸ線反射型マス
クを用いることにより、0.06μｍラインアンドスペース
まで解像することが可能になった。また、照明光学系が
簡単であり、散乱による損失の大きいフライアイミラー
を用いていないので、光量の損失がなくなり、スループ
ットは従来のようなケーラー照明光学系を用いた場合と
比べて５倍以上に増大した。

【００５８】図１１に、本発明の第６実施例であるＸ線
投影露光装置の概略構成図を示す。Ｘ線源にはレーザー
プラズマ光源４３を用い、一枚の回転放物ミラー４４か
らなる照明光学系を用いた。レーザープラズマ光源４３
は、回転放物ミラー４４の焦点に配置されており、光源
４３から発散するＸ線は、回転放物ミラー４４で反射し
た後に平行光束となり、反射型マスク３４上の円弧上領
域４２を照明する。

【００５９】投影結像光学系３６には、４枚の非球面か
らなる光学系を用いた。この光学系は半径３０ｍｍ、幅
0.5 ｍｍの輪帯状の領域を露光する光学系であり、縮小
倍率Ｍ＝１／４、出射側開口数ＮＡ＝0.1 で、反射面に
は波長λ＝１３ｎｍのＸ線を反射するモリブデン／シリ
コン多層膜が形成されている。この光学系のコヒーレン
ト照明による結像における回折限界は、空間周波数がＮ
Ａ／λ＝７７００周期／ｍｍ、即ち0.065 μｍラインア
ンドスペースである。

【００６０】Ｘ線反射型マスク３４は、コヒーレント照
明による結像での回折限界に対応するラインアンドスペ
ース0.26μｍ以上の寸法のパターンにおける反射部を従
来通りに平面とし、0.26μｍ以下の寸法のパターンにお
ける反射部を断面が円弧状の短冊が有する凸面又は凹面
とした。前記凸面又は凹面（断面が円弧状）の曲率半径
Ｒは、コヒーレンスファクターをσ、投影結像光学系３
６の入射側開口数をＡ、マスク上の反射部の幅をＤとし
て、前述のようにσＡ＝Ｄ／Ｒの条件を満たせば良い。
Ａ＝ＮＡ×Ｍであるから、幅Ｄのパターンに対して曲率
半径Ｒは、Ｒ＝Ｄ／（σ×ＮＡ×Ｍ）で与えられる。

【００６１】本実施例では、コヒーレンスファクターσ
＝0.5 としたので、Ｒ＝８０×Ｄである。即ち、Ｘ線反
射型マスク３４上の0.26μｍ以下のラインアンドスペー
スパターンの反射部は、断面が円弧状の短冊が有する凸
面又は凹面に形成されている（前記円弧は、この式で与
えられるような曲率半径をもつ）。本実施例のＸ線投影
露光装置において、従来のＸ線反射型マスクを用いた場
合には、0.065 μｍラインアンドスペースまでしか解像
することができないが、本発明にかかるＸ線反射型マス
クを用いることにより、0.05μｍラインアンドスペース
まで解像することが可能になった。また、照明光学系が
簡単であり、散乱による損失の大きいフライアイミラー
を用いていないので、光量の損失がなくなりスループッ
トは従来のようなケーラー照明光学系を用いた場合と比
べて４倍以上に増大した。

【００６２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来のよ
うな複雑な照明光学系を用いなくても部分コヒーレント
照明による結像と等価な結像を実現することができ、投
影結像光学系の性能を最大限に発揮させることができ
る。また、照明光学系が簡略化されることにより、照明
光学系による光量の損失を大幅に低減することが可能と
なり、それだけＸ線投影露光装置のスループットを向上
することができる。

【００６３】また、複雑な照明光学系が不要となること
から、Ｘ線露光装置の製造コストが低減するという効果
もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射型マスクの構成を説明する図であ
る。ａは断面図、ｂは斜視図を示す。

【図２】従来のケーラー照明光学系の概念を説明する図
である。

【図３】光学系の伝達関数（ＯＴＦ）を説明する図であ
る。

【図４】本発明による第１実施例のＸ線反射型マスクの
構成を示す図である。

【図５】本発明による第２実施例のＸ線反射型マスクの
構成を示す図である。

【図６】本発明による第３実施例のＸ線反射型マスクの
構成を示す図である。

【図７】本発明によるＸ線反射型マスク（凸の反射面）
の機能を説明する図である。

【図８】本発明によるＸ線反射型マスク（凹の反射面）
の機能を説明する図である。

【図９】本発明による第４実施例のＸ線縮小投影露光装
置の構成を示す図である。

【図１０】本発明による第５実施例のＸ線縮小投影露光
装置の構成を示す図である。

【図１１】本発明による第６実施例のＸ線縮小投影露光
装置の構成を示す図である。

【図１２】従来のＸ線縮小投影露光装置の構成を示す図
である。

【主要部分の符号の説明】

１・・・反射部分２・・・非反射部３・・・基板４・・・Ｘ線反射多層膜５・・・Ｘ線吸収体層２０・・・光源２１・・・第１のレンズ２２・・・オプティカルインテグレーター２３・・・多重化された光源像２４・・・第２のレンズ２５・・・照明される物体３０・・・平行Ｘ線光束３２・・・Ｘ線源３３・・・照明光学系３４・・・Ｘ線反射型マスク３５・・・マスクステージ３６・・・投影結像光学系３７・・・ウェファー３８・・・ウェファーステージ４０・・・円筒ミラー４１・・・円錐ミラー４２・・・円弧状の照明領域４３・・・レーザープラズマＸ線源４４・・・回転楕円ミラー以上

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、Ｘ線を反射する複数の反射部
と、Ｘ線を反射しない複数の非反射部とからなるパター
ンが形成されてなるＸ線反射型マスクにおいて、前記各反射部の表面を、断面が円弧状の短冊が有する凸
面又は凹面であって、前記マスクからの反射光をウェフ
ァー上に結像させる投影結像光学系の入射側開口数Ａ、
前記各反射部の幅Ｄ、前記円弧の曲率半径Ｒとの間で、
Ｄ／Ｒ＜Ａの関係を満たす凸面又は凹面としたことを特
徴とするＸ線反射型マスク。
【請求項２】基板上に、Ｘ線を反射する複数の反射部
と、Ｘ線を反射しない複数の非反射部とからなるパター
ンが形成されてなるＸ線反射型マスクにおいて、前記各反射部の表面を、断面が円弧状の短冊が有する凸
面又は凹面であって、前記マスクからの反射光をウェフ
ァー上に結像させる投影結像光学系の入射側開口数Ａ、
前記各反射部の幅Ｄ、前記円弧の曲率半径Ｒとの間で、
0.3 Ａ＜Ｄ／Ｒ＜Ａの関係を満たす凸面又は凹面とした
ことを特徴とするＸ線反射型マスク。
【請求項３】基板上に、Ｘ線を反射する複数の反射部
と、Ｘ線を反射しない複数の非反射部とからなるパター
ンが形成されてなるＸ線反射型マスクにおいて、前記各反射部の表面を、断面が円弧状の短冊が有する凸
面又は凹面であって、前記マスクからの反射光をウェフ
ァー上に結像させる投影結像光学系の入射側開口数Ａ、
前記各反射部の幅Ｄ、前記円弧の曲率半径Ｒとの間で、
0.5 Ａ≦Ｄ／Ｒ≦0.7 Ａの関係を満たす凸面又は凹面
としたことを特徴とするＸ線反射型マスク。
【請求項４】基板上に、Ｘ線を反射する幅Ｄ１の複数
の反射部と、Ｘ線を反射しない幅Ｄ２の複数の非反射部
とからなるパターンが形成されてなるＸ線反射型マスク
において、前記マスクからの反射光をウェファー上に結像させる投
影結像光学系の出射側開口数ＮＡ、前記各反射部の幅Ｄ
１、前記各非反射部の幅Ｄ２、使用するＸ線の波長λと
の間で、Ｄ１＋Ｄ２＜σ×λ／ＮＡ（０＜σ＜１）の関
係を満たす反射部の表面を、断面が円弧状の短冊が有す
る凸面又は凹面であって、前記マスクからの反射光をウ
ェファー上に結像させる投影結像光学系の入射側開口数
Ａ、前記各反射部の幅Ｄ１、前記円弧の曲率半径Ｒとの
間で、Ｄ１／Ｒ＜Ａの関係を満たす凸面又は凹面とし、
前記関係を満たさない反射部の表面を平面としたことを
特徴とするＸ線反射型マスク。
【請求項５】基板上に、Ｘ線を反射する幅Ｄ１の複数
の反射部と、Ｘ線を反射しない幅Ｄ２の複数の非反射部
とからなるパターンが形成されてなるＸ線反射型マスク
において、前記マスクからの反射光をウェファー上に結像させる投
影結像光学系の出射側開口数ＮＡ、前記各反射部の幅Ｄ
１、前記各非反射部の幅Ｄ２、使用するＸ線の波長λと
の間で、Ｄ１＋Ｄ２＜σ×λ／ＮＡ（0.3 ＜σ＜１）の
関係を満たす反射部の表面を、断面が円弧状の短冊が有
する凸面又は凹面であって、前記マスクからの反射光を
ウェファー上に結像させる投影結像光学系の入射側開口
数Ａ、前記各反射部の幅Ｄ１、前記円弧の曲率半径Ｒと
の間で、0.3 Ａ＜Ｄ１／Ｒ＜Ａの関係を満たす凸面又は
凹面とし、前記関係を満たさない反射部の表面を平面と
したことを特徴とするＸ線反射型マスク。
【請求項６】基板上に、Ｘ線を反射する幅Ｄ１の複数
の反射部と、Ｘ線を反射しない幅Ｄ２の複数の非反射部
とからなるパターンが形成されてなるＸ線反射型マスク
において、前記マスクからの反射光をウェファー上に結像させる投
影結像光学系の出射側開口数ＮＡ、前記各反射部の幅Ｄ
１、前記各非反射部の幅Ｄ２、使用するＸ線の波長λと
の間で、Ｄ１＋Ｄ２＜σ×λ／ＮＡ（0.5 ≦σ≦0.7)の
関係を満たす反射部の表面を、断面が円弧状の短冊が有
する凸面又は凹面であって、前記マスクからの反射光を
ウェファー上に結像させる投影結像光学系の入射側開口
数Ａ、前記各反射部の幅Ｄ１、前記円弧の曲率半径Ｒと
の間で、0.5 Ａ≦Ｄ／Ｒ≦0.7 Ａの関係を満たす凸面又
は凹面とし、前記関係を満たさない反射部の表面を平面
としたことを特徴とするＸ線反射型マスク。
【請求項７】前記各反射部には所定波長のＸ線を反射
する多層膜を形成してなり、前記各非反射部には該多層
膜及びその上のＸ線吸収膜を積層して形成してなること
を特徴とする請求項１〜６記載のＸ線反射型マスク。
【請求項８】前記各反射部には所定波長のＸ線を反射
する多層膜を形成してなり、前記各非反射部には該多層
膜の周期構造を破壊した多層膜を形成してなることを特
徴とする請求項１〜６記載のＸ線反射型マスク。
【請求項９】前記各反射部にのみ所定波長のＸ線を反
射する多層膜を形成してなることを特徴とする請求項１
〜６記載のＸ線反射型マスク。
【請求項10】少なくとも、Ｘ線源と、請求項１〜９記
載のＸ線反射型マスクと、前記マスク上に形成されたパ
ターンの像をウェファー上に投影結像する投影結像光学
系と、を備えたＸ線投影露光装置。
【請求項11】少なくとも、Ｘ線源と、請求項１〜９記
載のＸ線反射型マスクと、前記Ｘ線源から放射されるＸ
線を前記マスク上に平行光束にて照明する照明光学系
と、前記マスク上に形成されたパターンの像をウェファ
ー上に投影結像する投影結像光学系と、を備えたＸ線投
影露光装置。