JPH11329918A

JPH11329918A - 軟ｘ線投影露光装置

Info

Publication number: JPH11329918A
Application number: JP10140404A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Murakami; 勝彦村上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】高解像力と高スループットとを両立させるこ
とができる軟Ｘ線投影露光装置を提供する。【解決手段】Ｘ線源１から放射された光束は、２枚の
Ｘ線多層膜ミラー２，３からなる照明光学系で集光さ
れ、マスクステージ４上に保持された反射マスク５を照
明する。反射マスク５で反射した光束は、４枚のＸ線多
層膜ミラー６〜９で構成される投影光学系を通り、ウェ
ハステージ１０上に保持されたウェハ１１上に到達す
る。投影光学系は、反射マスク５上に形成されている回
路パターンを、１／４に縮小した像をウェハ１１上に転
写する。特に熱変形の大きいミラー１８に、金属製基板
と、前記基板の表面に形成され、表面が光学的に平滑に
研磨された非晶質物質の薄膜と、前記薄膜の表面に形成
され、所定波長のＸ線を反射する多層膜とを有してなる
ミラーを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスな
どの製造に用いられる、軟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、従来の紫外線に代わってこれより波
長の短いＸ線を使用した投影リソグラフィー技術が開発
されている。この技術に使用されるＸ線投影露光装置
は、主としてＸ線源、照明光学系、マスク、結像光学
系、ウェファーステージ等により構成される。

【０００３】Ｘ線源には、放射光光源またはレーザープ
ラズマＸ線源が使用される。照明光学系は、斜入射ミラ
ー、多層膜ミラー、および所定の波長のＸ線のみを反射
または透過させるフィルター等により構成され、マスク
上を所望の波長の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の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。

【０００４】一方、反射型マスクは、例えばＸ線を反射
する多層膜上に反射率の低い部分を所定の形状に設ける
ことによってパターンを形成したものである。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
ーで構成された投影結像光学系により、フォトレジスト
が塗布されたウェファー上に結像して前記フォトレジス
トに転写される。なお、Ｘ線は大気に吸収されて減衰す
るため、その光路は全て所定の真空度に維持されてい
る。

【０００５】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
よって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。

【０００６】斜入射光学系は収差が大きいために回折限
界の解像力を得ることはできない。一方、多層膜ミラー
はＸ線を垂直に反射することが可能であり、回折限界の
Ｘ線光学系を構成することが可能である。従って、軟Ｘ
線投影露光装置の結像光学系は、すべて多層膜ミラーで
構成される。

【０００７】このようなＸ線多層膜ミラーは、シリコン
のＬ吸収端（12.3nm）の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、シリコンによる吸収
が少なくなるので最も高い反射率が得られるが、それで
も波長13〜15nm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％
以上の反射率が得られる多層膜は殆ど開発されていな
い。多層膜ミラーの基板材料には、形状精度が高く表面
粗さの小さい加工が可能な、石英等のガラス材料が用い
られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなＸ線投影
露光装置において、実用的なスループット（例えば、８
インチウェファーで30枚／１時間程度）を得るために
は、結像光学系を構成する多層膜ミラーの表面には、あ
る程度の強度のＸ線（例えば、10 [mW/cm²]程度）を照
射する必要がある。一方、前述したように、多層膜ミラ
ーの反射率は最も高くても70％程度であり、残りは多層
膜で反射されずに吸収、透過、散乱される。散乱による
損失はわずかであり、多層膜を透過したＸ線はミラー基
板によりほぼ完全に吸収される。

【０００９】即ち、多層膜ミラーで反射されなかったＸ
線の大部分は多層膜ミラーに吸収されて、そのエネルギ
ーは熱に変換される。この熱によって多層膜ミラーの温
度が上昇して熱変形を生じることになる。

【００１０】一般に、光学系で回折限界の解像力を得る
ためには、使用する光の波長と比較して光学系を構成す
るミラーやレンズの形状誤差を充分小さくする必要があ
る。そして、Ｘ線を用いた光学系では、可視光や紫外線
を用いた光学系よりも、波長が短い分だけ形状誤差の許
容範囲は狭くなる。そうしてみると、前述したＸ線照射
による多層膜ミラーの熱変形は、多層膜ミラーの結像特
性に大きな影響を与えることになり、設計通りの解像力
が得られなくなる恐れがある。

【００１１】そこで、このような熱変形による結像特性
への影響を防ぐために、基板の裏面からミラーを冷却す
ることが行われているが、充分な効果を得ることはでき
ないという問題がある。（なお、Ｘ線光学系は真空中で
使用されるので、ミラーの表面からの放熱はほとんど無
い。）

【００１２】従って、熱変形による結像特性への影響を
防ぐためには、ミラーへ入射するＸ線の強度を抑制する
他はなく、そうすると当該ミラーを用いた軟Ｘ線投影露
光装置のスループットが低下するという問題があった。
即ち、従来のミラーでは、軟Ｘ線投影露光装置の高解像
力と高スループットとを両立させることができないとい
う問題があった。

【００１３】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、高解像力と高スループットとを両立させる
ことができる軟Ｘ線投影露光装置を提供することをを課
題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、照明光学系又は投影光学系を構成する
ミラーの一部又は全てに、金属製ミラーが用いられ、前
記金属製ミラーは、金属製基板と、前記金属製基板の表
面に形成され、表面が光学的に平滑に研磨された非晶質
物質の薄膜と、前記薄膜の表面に形成され、所定波長の
Ｘ線を反射する多層膜とを有してなることを特徴とする
軟Ｘ線投影露光装置（請求項１）である。

【００１５】ここに、「表面が光学的に平滑に研磨され
た」とは、少なくとも完全平坦面における反射率の80％
以上の反射率を有するような平滑さに研磨されているこ
とをいう。

【００１６】本手段において照明光学系又は投影光学系
を構成するミラーの一部又は全てに用いられるミラー
は、ミラーに入射するＸ線によって発生する熱をミラー
の裏面に設けられた冷却装置側に効率よく逃すために、
基板として金属性基板（合金製基板を含む）を使用して
いる。よって、熱変形によって生じる形状誤差が小さく
なる。また、金属性基板は加工が容易であり、よって、
製作の際の形状誤差を小さくすることができる。

【００１７】しかしながら、金属製基板はその表面粗さ
を小さくすることが困難であり、そのため、その上に直
接、所定波長のＸ線を反射する多層膜を形成すると反射
率が低くなってしまい、本発明の目的とする軟Ｘ線投影
露光装置用のミラーとして使用できない。よって、本手
段のミラーおいては、これらの基板の上に表面が光学的
に平滑に研磨された非晶質物質を形成する。非晶質物質
は、表面を平滑に研磨することができるので、平滑に研
磨した上に所定波長のＸ線を反射する多層膜を形成し、
それを反射面として使用することにより、反射率の高い
ミラーとすることができ、本発明の目的を達することが
できる。

【００１８】すなわち、このようなミラーは、形状誤差
及び表面粗さを小さくし、かつ照射光による熱変形を充
分小さく押さえることができる。本手段においてはこの
ようなミラーが投影光学系を構成するミラーの一部又は
全てに使用されているので、強度の強いＸ線を使用する
ことができ、高解像力と高スループットとを両立させる
ことができる。

【００１９】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、前記金属製ミラーを構成する
金属製基板の熱伝導率をη [W/m・K]、線膨張係数をα
[1/K]、光線又はＸ線からミラーへの熱流束をＱ [W/
m²]、ミラーの平均厚さをｄ [m]とするとき、 α・Ｑ・ｄ²／(２η)≦１０^-9 [m] …(1) が成立することを特徴とするもの（請求項２）である。

【００２０】(1)式は、熱変形によるミラーの変形が１n
m以下に収まることを意味する式である。(1)式につい
て、図３を用いて説明する。実際のミラーの変形は、ミ
ラーの寸法形状により大きく異なるので、正確にミラー
変形を計算するためには有限要素法等による計算が必要
であるが、ここでは以下のように単純化して、変形の概
略値を計算することとする。

【００２１】図３は厚さｄ [m]のミラー（簡略化のため
に平面と仮定）の裏面を一定温度Ｔ[K]に保ち、その表
面にＸ線を照射した場合の熱変形Δｘ [m]を示すもので
あり、基板の表面の一部に定常的な熱流束Ｑ [W/m²]
（照射されたＸ線のうち、反射せずに基板に吸収される
分のエネルギー）が投入されたときの、投入部分におけ
る基板に垂直な方向（ｘ方向）の伸び（または縮み）Δ
ｘを考える。

【００２２】ここでは、横方向の熱伝導は考えないこと
として単純化する。このとき基板の内部には、図３
（ｂ）に示すように、ｘ方向に一様な温度勾配が生じる
ので、位置ｘにおける温度（熱浴との温度差）Ｔ（ｘ）
は、熱伝達率をη [W/m・K]として、Ｔ(ｘ) = Ｑｘ／η …(2) となる。

【００２３】そして、基板内の薄い層（厚さδｘ）の伸
びΔ（δｘ）は、 Δ(δｘ) = α・Ｔ(ｘ)・δｘ …(3) で与えられる。ここで、αは基板材料の熱膨張係数（線
膨張率 [1/K]）である。

【００２４】従って、基板全体の伸びΔｘは、

【００２５】

【数１】となる。

【００２６】よって、(1)式を満足すれば、熱変形によ
るミラーの変形（伸び量）が１nm以下に収まるので、Ｘ
線を使用した投影露光装置のミラーとして十分な精度の
ものが得られる。

【００２７】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第１の手段であって、前記金属製ミラーを構成する
金属製基板がインバー型合金であることを特徴とするも
の（請求項３）である。

【００２８】インバー型合金は特に熱膨張率が低い金属
であるので、これをミラーの金属製基板として用いるこ
とにより、熱変形の小さいミラーを得ることができる。

【００２９】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第１の手段であって、前記金属製ミラーを構成する
金属製基板が、アルミニウム、銅、ベリリウム、銀、金
又はこれらのうち少なくとも一つの材料を含む合金であ
ることを特徴とするもの（請求項４）である。

【００３０】これらの金属は、熱伝導率が200 [W/m・K]
以上であり、熱放散の面から好ましい材料である。

【００３１】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第１の手段から第４の手段のうちのいずれかであっ
て、前記金属製ミラーを構成する非晶質物質の表面粗さ
が0.5nm(ｒｍｓ)以下とされていることを特徴とするも
の（請求項５）である。

【００３２】後に述べるように、非晶質物質の表面粗さ
が0.5nm(ｒｍｓ)以下とすることにより、実用的なＸ線
に対して、反射率を完全平坦面における反射率の80％以
上の反射率を有するようにすることができる。なお、非
晶質物質を表面粗さを0.5nm(ｒｍｓ)以下としているの
で、その上に形成される多層膜の凹凸も同程度になり、
光学的に平坦な反射体とすることができる。

【００３３】前記課題を解決するための第６の手段は、
前記第１の手段から第５の手段のいずれかであって、前
記金属製ミラーを構成する前記非晶質物質又は前記非晶
質物質の主成分をニッケル又はニッケル合金としたこと
を特徴とするもの（請求項６）である。

【００３４】ニッケル合金はメッキにより金属製基板又
は合金製基板上に容易に成膜することができ、かつ、加
工によりその表面粗さを0.4nm（ｒｍｓ）程度にするこ
とができるので、前記非晶質物質として採用することが
好ましい。

【００３５】前記課題を解決するための第７の手段は、
前記第１の手段から第５の手段のいずれかであって、前
記金属製ミラーを構成する非晶質物質が、酸化珪素、炭
化珪素、ＰＳＧ（Phospho Silicate Glass）、窒化珪
素、シリコン、炭素又はこれらを主成分とした物質から
なる群のうち、いずれか１つからなることを特徴とする
もの（請求項７）である。

【００３６】これらの物質においても、表面粗さを0.4n
m（ｒｍｓ）程度にすることができるので、前記非晶質
物質として採用することが好ましい。これらの物質は、
通常の真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティン
グ、ＣＶＤ（Chemical VaporDeposition）等の薄膜形成
技術により形成することができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の例を示
す概略図である。図１において、１はＸ線源、２、３は
Ｘ線多層膜ミラー（照明系）、４はマスクステージ、５
は反射マスク、６〜９はＸ線多層膜ミラー（投影系）、
１０はウェハステージ、１１はウェハである。

【００３８】Ｘ線源１にはレーザープラズマ光源が使用
されている。Ｘ線源１から放射された光束は、２枚のＸ
線多層膜ミラー２，３からなる照明光学系で集光され、
マスクステージ４上に保持された反射マスク５を照明す
る。反射マスク５で反射した光束は、４枚のＸ線多層膜
ミラー６〜９で構成される投影光学系を通り、ウェハス
テージ１０上に保持されたウェハ１１上に到達する。投
影光学系は、反射マスク５上に形成されている回路パタ
ーンを、１／４に縮小した像をウェハ１１上に転写す
る。

【００３９】照明系および投影系を構成するＸ線多層膜
ミラー２、３、６〜９及び反射マスク５には、波長13nm
付近の軟Ｘ線を反射するモリブデン（Mo）／シリコン
（Si）多層膜が使用されている。

【００４０】Ｘ線多層膜ミラーの反射率は70％程度であ
り、残りの30％はミラーに吸収されて熱になる。Ｘ線の
強度は、Ｘ線多層膜ミラーを反射する毎に、吸収による
損失分だけ低下していく。従って、それぞれのＸ線多層
膜ミラーへ入射するＸ線の強度は、Ｘ線源１１に近い上
流側のミラーほど大きい。吸収した熱を逃がすために、
各ミラーは水冷等の手段により冷却されている。

【００４１】投影光学系を構成する４枚のミラー６〜９
の反射面の形状は、いずれも光軸ｌの周りに回転対称で
ある。ミラー８は光軸ｌ上に配置され、ミラー８の有効
径が投影光学系の絞りとなっている。ミラー８は、投影
系の中でも下流（４枚中３番目）にあるので入射するＸ
線強度はあまり強くはないが、Ｘ線の照射される面積が
小さいために、単位面積あたりの照射Ｘ線強度は、投影
系を構成する４枚のミラーの中で一番大きい。

【００４２】そこで、投影系の中で最も熱負荷の大きい
ミラー８に、金属製基板と、前記基板の表面に形成さ
れ、表面が光学的に平滑に研磨された非晶質物質の薄膜
と、前記薄膜の表面に形成され、所定波長のＸ線を反射
する多層膜とを有してなるミラーを使用している。

【００４３】また、特に、Ｘ線源１の直後に配置される
照明系のＸ線多層膜ミラー２、３へ入射するＸ線強度は
大きく、これが熱負荷となりミラーの変形や多層膜の劣
化の原因となる。よって、これらのミラーにも、前記本
発明の特徴部であるミラーを使用することが好ましい。
どのミラーを前記本発明の特徴部であるミラーとするか
は、適宜選択して決定することができる。

【００４４】以下、本発明の特徴部であるミラーの実施
の形態について説明する。図２は、本発明に係るミラー
の実施の形態の例を示す図である。図２において、２１
は金属製基板、２２は非晶質薄膜、２３は多層膜であ
る。金属製基板１の上に非晶質２の薄膜が形成され、そ
の上に所定波長のＸ線を反射する多層膜２３が形成され
ている。

【００４５】金属製基板２１は、合金製のものであって
もよく、熱伝導率が高く、熱膨張係数の低いものが望ま
しいが、一般に金属、合金は熱膨張係数が大きいので、
通常の軟Ｘ線投影露光装置において、熱変形量を１nm以
下に抑えるためには、熱伝導率が200 [W/m・K]以上であ
ることが好ましい。熱伝導率が200 [W/m・K]以上の基板
材料としては、熱伝導率が非常に大きいアルミニウム、
銅、ベリリウム、銀、金、もしくはこれらの少なくとも
一つの材料を含む合金がある。

【００４６】光学系の波面収差を波長の四分の一以内と
するレイリーの条件を用いると、光学系を構成するミラ
ー一枚あたりの形状精度は、（λ/４×１/２）×１／ｎ^1/2 …(4) 以内に抑えなければならない。ここで、ｎは光学系を構
成するミラーの枚数であり、１／２を掛けてあるのは反
射系であるためである。

【００４７】(5)式によれば、例えば４枚のミラーによ
りで構成された光学系を波長13nmで使用する場合、１枚
のミラーに許容される形状誤差（許容形状誤差）は0.81
nmとなる。

【００４８】紫外光を用いた投影露光装置の屈折光学系
に広く用いられている溶融石英（ＳｉＯ₂）の熱伝導率
は1.38 [W/m・K]、熱膨張係数は0.5×10^-6 [1/K]であ
る。ここでは、基板へ投入される熱流束Ｑは10 [mW/c
m²]とする。Ｘ線投影露光装置において実用的な露光領
域の寸法を確保するためには、ミラーの直径は50mm程度
は必要である。そして、ミラーの形状を精度良く維持す
るためには一般に厚さは直径の四分の一程度必要である
で、基板の厚さｄは12.5mm程度とする。

【００４９】これらの数値を(1)式に代入して溶融石英
の熱変形量を計算すると2.83nmとなる。このように、溶
融石英を基板に用いた場合には、熱変形量は、許容誤差
である0.81nmからはかけはなれた大きな値になるので、
溶融石英を基板に用いたミラーにより構成したＸ線光学
系では回折限界の解像力を得ることはできない。

【００５０】よって、基板としては、前記のような金属
性基板を用いることが好ましいが、特に熱膨張率の低い
インバー（Invar）型合金を用いることが好ましい。

【００５１】インバー型合金は磁歪の影響により著しく
小さな熱膨張係数を示す材料として知られている。イン
バー型合金には、Fe-Ni合金、Fe-Ni-Co合金、Fe-Co-Cr
合金、Fe-Pt合金、Fe-Pd合金、Zr-Nb-Fe合金、Cr-Fe-Sn
合金、Mn-Ge-Fe合金、Fe-B非晶質合金およびFe-Ni-Zr非
晶質合金等がある。以下ではインバー型合金をインバー
と称する。インバーの熱伝導率は12.9 [W/m・K]、熱膨張
係数は0.01×10^-6である。この数値から(1)式によりイ
ンバーの熱変形量を計算すると0.097nmとなり、上記の
許容形状誤差と比べて充分小さく抑えることが可能であ
る。

【００５２】しかしながら、一般に金属には微細な結晶
粒界が存在するので、その表面をナノメートルオーダー
の平滑な表面に研磨することは困難である。Alan G.Mic
hette著のOptical Systems for X Rays （1986 Plenum
Press, New York）の74頁に、Ｘ線用のミラー材料の候
補となる物質について、研磨加工により得ることできる
表面粗さが記されている。それによると、各材料で得ら
れた最小の表面粗さのｒｍｓ値（二乗平均値）は、溶融
石英とＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で作製
したSiＣで最も小さく0.4nmである。これらの材料は、
微細構造を持たない非晶質物質なので平滑な表面を得る
ことができる。

【００５３】しかし、金属であるインバーの場合には、
2.8nm（ｒｍｓ）程度の表面粗さまでにしか加工するこ
とができない。その他の金属についても、これらと同程
度以下の表面粗さまでにしか加工することができない。

【００５４】Ｘ線用の多層膜ミラーの基板に必要な表面
粗さの大きさは次式により計算することができる。Ｒ／Ｒ₀ ＝ exp{-(４πσsinθ／λ)²} …(5) ただし、Ｒ₀：表面粗さが無いときの反射率Ｒ：表面粗さによる散乱損失があるときの反射率 σ：表面粗さのｒｍｓ値 λ：Ｘ線の波長 θ：斜入射角ここで、λ＝13nm、θ＝90゜（垂直入射）としたとき
の、表面粗さσに対するＲ／Ｒ₀の値を図３に示す。

【００５５】この図より明らかなように、表面粗さ0.4n
m（ｒｍｓ）のSiＣや溶融石英を多層膜ミラーの基板に
使用すれば、粗さが無い理想的な場合の９割近い反射率
が得られるが、表面粗さ2.8nm（ｒｍｓ）程度インバー
を基板に使用した場合には、Ｘ線はまったく反射しなく
なってしまう。

【００５６】そこで本発明者らは、鋭意検討の結果、熱
変形の小さいインバー等の金属の表面に、表面粗さを小
さくできる非晶質物質層を形成すれば、熱変形と表面粗
さのいずれも充分に小さいミラー基板を製造できること
を見い出した。

【００５７】即ち、図２に示すように、インバー等の金
属の上に非晶質物質の薄膜層（例えば、ニッケル合金の
非晶質薄膜層またはニッケル合金を主成分とする非晶質
薄膜層）を形成し、この表面に加工（例えば、切削、研
削、研磨）を施して光学的に平坦な表面とし、加工を施
した非晶質物質の薄膜層上にさらにＸ線反射多層膜を形
成して多層膜ミラーをとすれば、熱変形と表面粗さのい
ずれも充分に小さいミラーを製造できる。

【００５８】このような金属製ミラーは、熱変形が小さ
く、なおかつ、放熱性に優れるので、金属製ミラーを用
いて構成された投影光学性は、強い軟Ｘ線を照射しても
光学特性が劣化することが無い。従って、金属ミラーを
用いた投影系を有する軟Ｘ線投影露光装置は、従来より
も高いスループットを実現することができる。

【００５９】そして、図３から明らかなように、前記非
晶質物質の薄膜層の表面粗さ（ｒｍｓ）を0.5nm以下と
すれば、反射率の低下を20％以下に抑えることができる
ので好ましい。表面粗さがこれを超えると反射率は急激
に低下する。

【００６０】前記Michetteの書物には、無電解メッキに
より形成したニッケルの表面粗さは1.1nmとされている
が、最近の加工（例えば、切削、研削、研磨）技術の進
歩によりSiＣや溶融石英に匹敵する表面粗さの小さい加
工が可能になってきた。そこで、本実施の形態では、前
記非晶質物質の薄膜層として、ニッケル合金の非晶質薄
膜層またはニッケル合金を主成分とする非晶質薄膜層を
採用する。これらの非晶質薄膜層の表面粗さは、前述の
ように0.4nm（ｒｍｓ）とすることができるので、図３
からわかるように、表面粗さによる多層膜ミラーの反射
率の低下は10％以内となり、充分に高い反射率を得るこ
とができる。

【００６１】前記非晶質物質の薄膜層として、酸化珪素
（SiＯ₂）、炭化珪素（SiＣ）等を用いることができ
る。前記Michetteの書物によれば、SiＯ₂、SiＣ等の表
面粗さは0.4nm（ｒｍｓ）とすることができるので、図
３から分かるように、多層膜ミラーの反射率の低下を10
％以内に抑えることができ、十分に反射率の高いミラー
を得ることができる。

【００６２】SiＯ₂、SiＣ等非晶質薄膜は、通常の真空
蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition）等の薄膜形成技術によ
り形成することができる。インバー等の金属製基板上に
薄膜を形成する場合に、成膜時の基板温度が高すぎる
と、金属製基板表面の酸化や結晶化による表面粗さの増
加が生じてしまうために好ましくない。真空蒸、スパッ
タリングやイオンプレーティングでは室温での成膜が可
能である。また、ＣＶＤを用いる場合には、1000℃以上
の高温で形成する熱ＣＶＤではなく、室温から300℃程
度までの低温で成膜できるプラズマＣＶＤや光ＣＶＤを
用いることが好ましい。

【００６３】また、金属製基板の表面に形成する非晶質
薄膜の材料は、表面を平滑に研磨することのできる材料
であれば特に限定されない。厚さが数μmと薄いので、
熱伝導率、熱膨張係数によっては制約を受けない。例え
ば、上記のニッケル合金、酸化珪素（SiＯ₂）、炭化珪
素（SiＣ）以外には、ＰＳＧ（Phospho Silicate Glas
s）、窒化珪素（Si₃Ｎ₄）、シリコン（Si）、炭素
（Ｃ）等を用いることができる。

【００６４】また、(1)式から明らかなように、変形量
Δｘはα（熱膨張係数）／η（熱伝導率）に比例する。
よって、熱変形を小さくするためには、インバーのよう
に熱膨張係数の小さな金属の他に、前述のように熱伝導
率の大きな金属を使用するのも有効な方法である。

【００６５】溶融石英では、α／ηは3.62×10^-7 [m/W]
である。アルミニウムの熱膨張係数は25×10^-6／K、熱
伝導率は237 [W/m・K]なので、α／ηは1.05×10^-7 [m/
W]となる。銅の熱膨張係数は16.6×10^-6／K、熱伝導率
は401 [W/m・K]なので、α／ηは4.14×10^-8 [m/W]とな
る。ベリリウムの熱膨張係数は12×10^-6／K、熱伝導率
は201 [W/m・K]なので、α／ηは5.95×10^-8 [m/W]とな
る。銀の熱膨張係数は19×10^-6／K、熱伝導率は429 [W/
m・K]なので、α／ηは4.43×10^-8となる。金の熱膨張係
数は14.2×10^-6／K、熱伝導率は318 [W/m・K]なので、α
／ηは4.47×10^-8 [m/W]となる。

【００６６】以上のように、アルミニウム、銅、銀、ベ
リリウム、金などの金属を用いると、溶融石英の場合と
比較してα（熱膨張係数）／η（熱伝導率）の値を、1/
3〜1/9に低減することができ、従って、変形量Δｘもそ
れだけ小さく抑えることができる。一般的な熱膨張係数
を有する金属においては、熱伝導率が熱伝導率が200[W/
m・K]以上のものを用いると、ミラーの変形量を１nm以下
に抑えることができる。

【００６７】

【実施例】以下、本発明に係るミラーの実施例について
さらに詳細に説明する。

【００６８】（実施例１）インバーの表面に無電解メッ
キによりニッケル合金（Ni90wt％−Ｐ10wt％）の非晶質
薄膜を形成し、その表面を加工（切削、研削、研磨）し
て必要な表面粗さとし、さらに加工した非晶質薄膜の表
面にＸ線反射多層膜を形成して、直径50mm、曲率半径50
0mm、中心厚さ12.5mmのＸ線多層膜反射ミラーを製造し
た。図２を参照して、その製造工程を順に説明する。

【００６９】まず、インバー素材を切削加工して直径50
mm、中心厚さ12mm、表面が曲率半径500mmの凹面で裏面
が平面のインバー製基板２１を作製した。

【００７０】そして、基板表面（薄膜を形成する面）を
電解研磨加工により表面粗さ10nm（ｒｍｓ）以下の鏡面
に仕上げてから、この表面に無電解メッキ法によりニッ
ケル合金（Ni90wt％−Ｐ10wt％）からなる非晶質薄膜２
２を厚さ500μｍとなるように形成した。

【００７１】次に、非晶質薄膜２２の表面を研削および
研磨して、表面粗さが0.4nm（ｒｍｓ）になるまで平滑
にした。このようにして、インバー製基板２１上にニッ
ケル合金からなる非晶質薄膜２２を形成したＸ線ミラー
用の基板を作製した。

【００７２】最後に、イオンビームスパッタリングによ
り、モリブデン（Mo）とシリコン（Si）からなる周期長
6.7nm、積層数50層のＸ線反射多層膜２３を基板の表面
に形成してＸ線多層膜ミラーを完成した。

【００７３】この多層膜ミラーは、裏面を冷却して一定
温度に保っておけば、10 [mW/cm²]の熱流束がその全面
あるいは一部に入射しても、熱変形は0.1nm以下とな
り、波長13nmのＸ線を用いた回折限界の光学系を構成す
ることができる。

【００７４】そこで、図１に示す軟Ｘ線投影投影露光装
置の投影系の中で最も熱負荷の大きいミラー８に、この
反射ミラーを採用した。30枚／時間のスループットを得
る条件では、ミラー８へ入射するＸ線強度は約30 [mW/c
m²]であった。ミラー１８へ入射したＸ線の内30％の約
９ [mW/cm²]が吸収されて熱負荷となるが、熱変形は0.1
nm以下となり、波長13nmのＸ線を用いた高スループット
の軟Ｘ線投影投影露光装置用のミラーとして十分に使用
可能であった。

【００７５】（実施例２）インバーの表面にスパッタリ
ングにより酸化珪素（SiＯ₂）の非晶質薄膜を形成し、
その表面を加工（切削、研削、研磨）して必要な表面粗
さとし、さらに加工した非晶質薄膜の表面にＸ線反射多
層膜を形成して、直径50mm、曲率半径500mm、中心厚さ1
2mmのＸ線多層膜反射ミラーを製造した。図２を参照し
て、その製造工程を順に説明する。

【００７６】まず、インバー素材を切削加工して直径50
mm、中心厚さ12mm、表面が曲率半径500mmの凹面で裏面
が平面のインバー製基板２１を作製した。そして、基板
表面（薄膜を形成する面）を電解研磨加工により表面粗
さ10nm（ｒｍｓ）以下の鏡面に仕上げてから、この表面
に高周波マグネトロンスパッタリングにより、SiＯ₂か
らなる非晶質薄膜２２を厚さ５μｍとなるように形成し
た。

【００７７】次に、非晶質薄膜２２の表面を研削および
研磨して、表面粗さが0.4nm（ｒｍｓ）になるまで平滑
にした。このようにして、インバー製基板１上にSiＯ₂
からなる非晶質薄膜２２を形成したＸ線ミラー用の基板
を作製した。

【００７８】最後に、イオンビームスパッタリングによ
り、モリブデン（Mo）とシリコン（Si）からなる周期長
6.7nm、積層数50層のＸ線反射多層膜２３を基板の表面
に形成してＸ線多層膜ミラーを完成した。

【００７９】この多層膜ミラーは、裏面を冷却して一定
温度に保っておけば、10 [mW/cm²]の熱流束がその全面
あるいは一部に入射しても、熱変形は0.1nm以下とな
り、波長13nmのＸ線を用いた回折限界の光学系を構成す
ることができる。

【００８０】そこで、図１に示す軟Ｘ線投影投影露光装
置の投影系の中で最も熱負荷の大きいミラー８に、この
反射ミラーを採用した。30枚／時間のスループットを得
る条件では、ミラー８へ入射するＸ線強度は約30 [mW/c
m²]であった。ミラー１８へ入射したＸ線の内30％の約
９ [mW/cm²]が吸収されて熱負荷となるが、熱変形は0.1
nm以下となり、波長13nmのＸ線を用いた高スループット
の軟Ｘ線投影投影露光装置用のミラーとして十分に使用
可能であった。

【００８１】（実施例３）インバーの表面にプラズマＣ
ＶＤによる炭化珪素（SiＣ）の非晶質薄膜を形成し、そ
の表面を加工（切削、研削、研磨）して必要な表面粗さ
とし、さらに加工した非晶質薄膜の表面にＸ線反射多層
膜を形成して、直径50mm、曲率半径500mm、中心厚さ12m
mのＸ線多層膜反射ミラーを製造した。図２を参照し
て、その製造工程を順に説明する。

【００８２】まず、インバー素材を切削加工して直径50
mm、中心厚さ12mm、表面が曲率半径500mmの凹面で裏面
が平面のインバー製基板２１を作製した。そして、基板
表面（薄膜を形成する面）を電解研磨加工により表面粗
さ10nm（ｒｍｓ）以下の鏡面に仕上げてから、この表面
にSiCl₄とＣＨ₄ガスを原料に用いたプラズマＣＶＤによ
りSiＣからなる非晶質薄膜２２を厚さ50μｍとなるよう
に形成した。

【００８３】次に、非晶質薄膜２２の表面を研削および
研磨して、表面粗さが0.4nm（ｒｍｓ）になるまで平滑
にした。このようにして、インバー製基板２１上にSiＣ
からなる非晶質薄膜２２を形成したＸ線ミラー用の基板
を作製した。

【００８４】最後に、高周波マグネトロンスパッタリン
グにより、モリブデン（Mo）とシリコン（Si）からなる
周期長6.7nm、積層数50層のＸ線反射多層膜２３を基板
の表面に形成してＸ線多層膜ミラーを完成した。

【００８５】この多層膜ミラーは、裏面を冷却して一定
温度に保っておけば、10 [mW/cm²]の熱流束がその全面
あるいは一部に入射しても、熱変形は0.1nm以下とな
り、波長13nmのＸ線を用いた回折限界の光学系を構成す
ることができる。

【００８６】そこで、図１に示す軟Ｘ線投影投影露光装
置の投影系の中で最も熱負荷の大きいミラー８に、この
反射ミラーを採用した。30枚／時間のスループットを得
る条件では、ミラー８へ入射するＸ線強度は約30 [mW/c
m²]であった。ミラー１８へ入射したＸ線の内30％の約
９ [mW/cm²]が吸収されて熱負荷となるが、熱変形は0.1
nm以下となり、波長13nmのＸ線を用いた高スループット
の軟Ｘ線投影投影露光装置用のミラーとして十分に使用
可能であった。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる軟
Ｘ線投影露光装置においては、その投影光学系に、形状
誤差および表面粗さを小さくし、かつＸ線などの照射光
による熱変形を充分小さく抑えることができるＸ線多層
膜ミラーを用いたので、スループットを上げるために強
い軟Ｘ線を照射しても、熱変形によって結像特性が劣化
することがない。そのため、本発明にかかる軟Ｘ線投影
露光装置は、高解像力と高スループットを両立させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の例を示す概略図である。

【図２】本発明に係るミラーの実施の形態の例を示す図
である。

【図３】ミラーを構成する基板の熱変形を説明する図で
ある。

【図４】ミラーを構成する基板の表面粗さによる多層膜
ミラーの反射率の差異を示す図である。

【符号の説明】

１Ｘ線源２、３Ｘ線多層膜ミラー（照明系）４マスクステージ５反射マスク６〜９Ｘ線多層膜ミラー（投影系）１０ウェハステージ１１ウェハ２１金属製基板２２非晶質薄膜２３Ｘ線反射多層膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光学系又は投影光学系を構成するミ
ラーの一部又は全てに金属製ミラーが用いられ、前記金
属製ミラーは、金属製基板と、前記金属製基板の表面に
形成され、表面が光学的に平滑に研磨された非晶質物質
の薄膜と、前記薄膜の表面に形成され、所定波長のＸ線
を反射する多層膜とを有してなることを特徴とする軟Ｘ
線投影露光装置。
【請求項２】前記金属製ミラーを構成する金属製基板
の熱伝導率をη [W/m・K]、線膨張係数をα [1/K]、光線
又はＸ線からミラーへの熱流束をＱ [W/m²]、ミラーの
平均厚さをｄ [m]とするとき、 α・Ｑ・ｄ²／(２η)≦１０^-9 [m] が成立することを特徴とする請求項１に記載の軟Ｘ線投
影露光装置。
【請求項３】前記金属製ミラーを構成する金属製基板
がインバー型合金であることを特徴とする請求項１に記
載の軟Ｘ線投影露光装置。
【請求項４】前記金属製ミラーを構成する金属製基板
が、アルミニウム、銅、ベリリウム、銀、金又はこれら
のうち少なくとも一つの材料を含む合金であることを特
徴とする請求項１に記載の軟Ｘ線投影露光装置。
【請求項５】前記金属製ミラーを構成する非晶質物質
の表面粗さが0.5nm(ｒｍｓ)以下とされていることを特
徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記
載の軟Ｘ線投影露光装置。
【請求項６】前記金属製ミラーを構成する前記非晶質
物質又は前記非晶質物質の主成分をニッケル又はニッケ
ル合金としたことを特徴とする請求項１から請求項５の
うちいずれか１項に記載の軟Ｘ線投影露光装置。
【請求項７】前記金属製ミラーを構成する非晶質物質
が、酸化珪素、炭化珪素、ＰＳＧ（Phospho Silicate G
lass）、窒化珪素、シリコン、炭素又はこれらを主成分
とした物質からなる群のうち、いずれか１つからなるこ
とを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１
項に記載の軟Ｘ線投影露光装置。