JP2001027700A

JP2001027700A - 多層膜反射鏡、多層膜反射鏡の製造方法、多層膜反射鏡の応力の制御方法および露光装置

Info

Publication number: JP2001027700A
Application number: JP11200272A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Shiraishi; 雅之白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2001-01-30

Abstract

(57)【要約】【課題】多層膜の内部応力を低減した多層膜反射鏡の
提供。【解決手段】軟Ｘ線波長域における屈折率と真空の屈
折率との差が大きい物質で形成される層３１と、前記差
が小さい物質で形成される層３２とを基板２上に積層し
て成る多層膜反射鏡１において、層３１を物質Ａからな
る層３１１と物質Ｃからなる層３１２との多層構造とし
た。ここで、物質Ａおよび物質Ｃは軟Ｘ線波長域におけ
る複素屈折率の実部の大きさが同程度の物質としたの
で、２つの界面を内包する層３１は一つの重原子層と見
なすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線望遠鏡、Ｘ線
レーザー、Ｘ線リソグラフィー等のＸ線装置に用いられ
る多層膜反射鏡、多層膜反射鏡の製造方法、多層膜反射
鏡の応力の制御方法、および前記多層膜反射鏡を用いた
露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】物質の複素屈折率は次式（１）で表され
るが、Ｘ線領域においてはδ、ｋのいずれもが１に比べ
て非常に小さいため、Ｘ線を用いる装置の光学系には反
射光学系が用いられる。なお、式（１）において、ｉ²
＝−１であり、虚部ｋは物質によるＸ線の吸収を表す。

【数１】ｎ＝１−δ−ｉ・ｋ …（１）

【０００３】しかし、全反射を利用した斜入射光学系の
場合には、全反射臨界角θcよりも小であって垂直に近
い入射角では反射率が非常に小さい。そのため、Ｘ線領
域で使用される反射光学系では、多層膜反射鏡が用いら
れている。多層膜反射鏡は界面の振幅反射率の大きな２
種類の物質を交互に積層したものであって、各層の厚さ
は、光学干渉理論に基づいて、各界面で反射された反射
波の位相が一致するように設定される。このとき、積層
される物質の一方には、使用Ｘ線波長における屈折率と
真空の屈折率（＝１）との差が小さい物質が用いられ、
他方の物質には前記差の大きな物質が用いられる。

【０００４】また、多層膜反射鏡は垂直にＸ線を反射す
ることも可能なので、垂直反射を利用した光学系では、
全反射を利用した斜め入射光学系よりも収差を小さくす
ることができる。さらに、多層膜反射鏡は次式（２）で
表されるブラッグ条件を満たすときだけＸ線を強く反射
するので、波長選択性という性質を有している。なお、
式（２）において、ｄは多層膜の周期長、θは斜入射
角、λはＸ線の波長、ｍは次数である。

【数２】２ｄ・sinθ＝ｍ・λ …（２）

【０００５】多層膜反射鏡に用いられる多層膜の例とし
ては、Ｗ（タングステン）とＣ（炭素）とを交互に積層
したＷ／Ｃ多層膜や、Ｍｏ（モリブデン）とＣとを積層
したＭｏ／Ｃ多層膜などが従来から知られている。な
お、これらの多層膜はスパッタリングや真空蒸着やＣＶ
Ｄ（Chmical Vapor Deposition）等の薄膜形成技術によ
り形成される。

【０００６】このような多層膜反射鏡に用いられる多層
膜の中でも、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜はＳｉのＬ吸収端（波長
12.6nm）の長波長側で高い反射率を示し、13nm付近の波
長において６０％以上の反射率（直入射）を有する多層
膜を比較的容易に作製することができる。このＭｏ／Ｓ
ｉ多層膜による反射鏡は、Ｘ線望遠鏡やＸ線レーザー共
振器などの研究分野で使用されており、ＥＵＶＬ（Extr
eme Ultraviolet Lithography）と呼ばれる軟Ｘ線を用
いた縮小投影リソグラフィー技術への応用が期待されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、高い反射率
を有するＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡はスパッタリング法に
より作製されるが、スパッタリング法で形成した薄膜は
一般に圧縮内部応力を有することが知られている（Sey-
Shing Sun：J.Vac.Sci.Technol.A4(3),Maay/Jun198
6）。そのため、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜に内部応力が生じる
とその内部応力によって多層膜反射鏡の基板が変形し、
光学系に波面収差が発生して光学特性が低下するという
問題があった。

【０００８】本発明の目的は、多層膜の内部応力を低減
した多層膜反射鏡、多層膜反射鏡の製造方法、多層膜反
射鏡の応力の制御方法、および前記多層膜反射鏡を用い
た鏡露光装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１〜図３に対応付けて説明する。（１）図１に対応付けて説明すると、請求項１の発明
は、使用波長域における屈折率と真空の屈折率との屈折
率差が大きい物質で形成され、使用波長と前記屈折率差
が大きい物質の屈折率とに応じて決められた所定の厚さ
を有する第１の層３１と、前記屈折率差が小さい物質で
形成され、前記使用波長と前記屈折率差が小さい物質と
に応じて決められた所定の厚さを有する第２の層３２と
から成る層対を、基板２上に複数積層して成る多層膜反
射鏡１に適用され、前記層対の少なくとも一つの層対に
おける第１の層３１または第２の層３２の少なくともど
ちらか一方の層は、前記使用波長域における複素屈折率
の実部が同程度である少なくとも２種類の物質Ａ，Ｃを
交互に前記所定の厚さまで積層した多層構造を有するこ
とにより上述の目的を達成する。（２）請求項２の発明は、軟Ｘ線波長域における屈折率
と真空の屈折率との差が大きい物質で形成される第１の
層３１と、前記差が小さい物質で形成される第２の層３
２とから成る層対を、基板２上に複数積層して成る多層
膜反射鏡１に適用され、第１の層３１の少なくとも１つ
に、軟Ｘ線波長域における複素屈折率の実部の大きさ
が、第１の層３１（３１１）の物質と同程度の物質から
成る第１の応力緩和層３１２を形成し、および／または
前記第２の層３２の少なくとも１つに、前記実部の大き
さが前記第２の層３２の物質と同程度の物質から成る第
２の応力緩和層を形成したことにより上述の目的を達成
する。（３）請求項３の発明は、請求項２に記載の多層膜反射
鏡の製造方法であって、第１の層３１１、第２の層３
２、第１の応力緩和層３１２および第２の応力緩和層の
いずれかの層の上に他の層を形成する際に、前記他の層
が形成される層の表面に粒子線を照射した後に前記他の
層を形成するようにしたものである。（４）図２に対応付けて説明すると、請求項４の発明
は、少なくとも異なる２種類の物質を基板２上に交互に
積層して成る多層膜反射鏡４の応力の制御方法であっ
て、基板２上の一つの層５１の上に前記一つの層５１を
形成する物質とは異なる物質から成る他の層５２を形成
する際に、前記一つの層５１の表面に粒子線Ｐを照射し
た後に前記他の層５２を形成することによって多層膜反
射鏡４に存在する応力を制御するようにしたことにより
上述の目的を達成する。（５）図１に対応付けて説明すると、請求項５の発明
は、モリブデン（Ｍｏ）層とシリコン（Ｓｉ）層とを交
互に積層して成るＭｏ／Ｓｉ多層膜を基板上に形成した
多層膜反射鏡に適用され、積層されたＭｏ層３１１の少
なくとも１つの層に、ルテニウム（Ｒｕ）層３１２を形
成したことにより上述の目的を達成する。（６）図３に対応付けて説明すると、請求項６の発明
は、Ｘ線を発生させるＸ線光源１２，１４，９０，９１
と、Ｘ線光源１２，１４，９０，９１からのＸ線をマス
ク８に導く照明光学系１５，６，７，７ａと、マスク８
からのＸ線を感光性基板１０に導く投影光学系９とを有
し、マスク８のパターンを感光性基板１０へ転写する露
光装置に適用され、照明光学系１５，６，７，７ａおよ
び投影光学系９は反射鏡を備え、前記反射鏡に、請求項
１，請求項２および請求項５のいずれかに記載の多層膜
反射鏡を用いたことにより上述の目的を達成する。

【００１０】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３および図８を参
照して本発明の実施の形態を説明する。発明が解決しよ
うとする課題で説明したように、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜を反
射鏡に用いた場合、多層膜の内部応力による基板変形が
問題となっている。ところで、多層膜の合計の膜厚を一
定に保ったまま一層分の膜厚を薄くして層数を増やすこ
とにより、この内部応力が低減されることが知られてい
る（若佐、三輪、村上：第５６回応用物理学会学術講演
会予稿集第２分冊、１９９５）。しかし、このように各
々の膜厚を薄くして層数を増やす方法では、多層膜の周
期長（Ｍｏ／Ｓｉ多層膜ならば、隣り合うＭｏ層とＳｉ
層とからなる層対の厚さ）が小さくなってしまうため、
使用波長が決まっている多層膜反射鏡には適用できなか
った。

【００１２】そこで、本発明による多層膜反射鏡では、
多層膜の周期長を変えることなく内部応力を低減するよ
うにした。多層膜の内部応力を低減させる方法として
は、以下の、に示す方法を用いた。多層膜を構成する任意の層を、その層を構成する物質
と、その物質とほぼ同一の光学定数δを有する物質との
多層構造とすることにより、多層膜の界面数を増やす方
法。多層膜を形成する際に、層の表面に粒子線を照射する
方法。

【００１３】図１は上述したの方法による多層膜反射
鏡を説明する図であり、（ａ）は多層膜反射鏡１の断面
図、（ｂ）はその一部の拡大図である。多層膜反射鏡１
は、ガラス基板やシリコン基板等の基板２上にスパッタ
リング法により物質の異なる層３１と層３２とを交互に
積層して、多層膜３を形成したものである。多層膜３に
おいて、層３１を重原子層とすれば、層３２は軽原子層
である。本実施の形態の多層膜反射鏡１では、後述する
ように層３１は異なる物質による層構造を成している。
一方、従来の多層膜反射鏡、例えば、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜
の場合には、層３１はＭｏ層、層３２はＳｉ層であって
それぞれ単一の物質からなり、層３１の厚さＴ31と層３
２の厚さＴ32との和Ｔ3（＝Ｔ31＋Ｔ32）が多層膜３の
周期長となる。

【００１４】図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す多層膜３
の符号※を付した層対（層３１と層３２との対）の拡大
図である。層３２は単一の物質Ｂから成る層であるが、
層３１は物質Ａの層３１１と物質Ｃの層３１２から成る
３層構造となっている。ここで、使用波長における物質
Ａの複素屈折率をｎa＝１−δa−ｉ・ｋa、物質Ｃの複
素屈折率をｎc＝１−δc−ｉ・ｋcとしたとき、δaおよ
びδcの大きさが同程度のものを物質Ａ，Ｃとして選
ぶ。

【００１５】例えば、使用波長１３nmに対する多層膜と
しては従来からＭｏ／Ｓｉ多層膜があるが、このＭｏ／
Ｓｉ多層膜のＭｏ層を図１（ｂ）のように多層構造とす
る場合には、物質ＢがＳｉ、物質ＡがＭｏであって、物
質Ｃとしては波長１３nm付近においてＭｏと光学定数δ
が近い物質であるＲｕ（ルテニウム）等を用いる。ま
た、層３１１の層厚をＴ311、層３１２の層厚をＴ312と
すれば、Ｔ31は次式（３）で表される。

【数３】Ｔ31＝Ｔ311＋２・Ｔ312 …（３）

【００１６】上述した多層膜３では、層３１を多層構造
としているため多層膜３全体の界面の数が増加し、多層
膜３の内部応力を低減させることができる。これを従来
のＭｏ／Ｓｉ多層膜と比較すると、層３１におけるＲｕ
層３１２は多層膜の内部応力を緩和する応力緩和層とし
て機能している。一方、層３１１を構成する物質Ａおよ
び層３１２を構成する物質Ｃとして、光学定数δの値が
同程度となるような物質を選択しているため、三層構造
を成す層３１は層厚Ｔ31を有する一つの重原子層とみな
すことができ、周期長Ｔ3は層厚Ｔ31と軽原子層の層厚
Ｔ32との和として表される。すなわち、多層膜３の界面
の数を増やしても、層３１を単一の物質Ａで構成した場
合と同一の周期長の多層膜３を得ることができる。

【００１７】なお、図１（ｂ）では基板２側から層３１
２・層３１１・層３１２の順で積層したが、層３１１・
層３１２・層３１１の順で積層しても良く、また、３層
構造に限らない。さらにまた、図１（ｂ）のような積層
構造を、図１（ａ）の層３１の一部に施しても良いし、
全てに施しても良い。図１では層３１を積層構造とした
が、層３１とともに層３２を積層構造としたり、あるい
は層３２だけを積層構造としても良い。層３２を多層構
造とする場合、物質ＢがＳｉのときには、波長１３nm付
近でＳｉと同程度のδを有する物質としてはＳｉ化合
物、バリウム（Ｂａ）などがある。

【００１８】表１は、使用Ｘ線波長が１３nmおよび１
０．９nmの場合における、δが大きな物質およびδが小
さな物質の例を示したものである。例えば、使用Ｘ線波
長が１３nmで、図１（ｂ）のように層３１の層３１１が
Ｍｏである場合には、層３１２を構成する物質Ｃとして
Ｒｕ、Ｔｃ（テクネチウム）、Ｒｈ（ロジウム）を用い
れば良いことが表１から分かる。

【表１】

【００１９】次に、の方法について図２を参照しなが
ら説明する。図２（ａ）は多層膜反射鏡４の断面図であ
り、上述した多層膜反射鏡１と同様に基板２上にスパッ
タリング法により層５１と層５２とを交互に積層して、
多層膜５を形成したものである。ただし、多層膜５の場
合には層５１および層５２はそれぞれ単一の物質から成
る層であり、例えば、層５１をＭｏ等から成る重原子層
とすれば、一方、層５２はＳｉ等から成る軽原子層であ
る。

【００２０】図２の（ｂ）、（ｃ）は多層膜５の形成方
法を示す図であり、基板２上に層５１を形成し、その層
５１の上に層５２を形成する際の工程を示したものであ
る。スパッタリング法により層５１を基板２上に形成
し、図２（ｂ）に示すように層５１の表面にＡｒイオン
ビーム等の粒子線Ｐを照射する。層５１表面に所定量の
粒子線を照射したならば、次の層５２をスパッタリング
法により形成する。すなわち、粒子線Ｐが照射された層
５１表面は、層５１と層５２との界面となる。層５１上
に層５２を形成した後、層５１の場合と同様に層５２の
表面に粒子線Ｐを照射する（図２（ｃ））。以下、同様
な手順によって多層膜５の各層５１，５２を形成する。

【００２１】上述したように隣接する層を形成する前に
層表面に粒子線Ｐを照射すると、多層膜５の内部応力が
低減されることが実験的に確かめられた。このように内
部応力が低減される原因としては、次のような要因が考
えられる。すなわち、スパッタリング等で形成された層
の表面に粒子線を照射すると、それによって層表面の状
態（例えば、ミクロな凹凸や原子空孔、原子配列）が改
善され、多層膜の内部応力に寄与するものと考えられ
る。特に、アルゴンの粒子線を多層膜の界面に照射する
ことで、膜中の原子配列に作用すると考えられ、アルゴ
ンの粒子線が照射されることで空孔が形成されたり、原
子配列が緩和したりしながら、圧縮応力が低減されると
推定される。

【００２２】ところで、本発明者は多層膜の界面の垂線
に対する粒子線の照射角度を変化させると、膜中に存在
する応力が変化することを見出した。粒子線の照射角度
に対する膜応力は、表２に示した通りである。粒子線を
照射しない状態では、下表２のどの膜もほぼ同じ圧縮応
力が残存すると推測される。なお、粒子線の照射時間
は、単位面積粒子数が同じになるように設定している。

【表２】

【００２３】このように、多層膜の界面に対して粒子線
の照射角度を制御することで、所望の膜応力を得ること
が可能となり、膜応力によって生じる基板の変形を妨げ
るように膜応力を制御することが可能となる。

【００２４】なお、複数ある層５１，５２のいずれの層
に粒子線を照射するかは任意であり、前述した層３１の
ように層３１１，３１２の多層構造とした場合には、そ
れらの層３１１，３１２にも粒子線Ｐを照射するように
しても良い。いずれの場合にも、粒子線Ｐを照射するこ
とにより多層膜の内部応力を低減することができるが、
層３１１および／または層３１２を多層構造としたもの
に粒子線Ｐを照射したものでは、内部応力低下がより顕
著となる。

【００２５】図８は、本発明の実施の形態である多層膜
反射鏡を成膜する際に使用されるイオンスパッタリング
装置の概略構成を示す図である。このイオンスパッタリ
ング装置は、真空チャンバー８１内に、スパッタイオン
源８２と、蒸着物質であるターゲット８３ａを真空チャ
ンバー８１内に固定するターゲットホルダー８３と、成
膜される基板８５を固定する基板ホルダー８４とを備え
るとともに、さらに、成膜された膜に粒子線を放出する
応力制御用粒子線源８６を備えている。

【００２６】基板ホルダー８４には角度可変機構、具体
的には回転軸８４ａ、が設けられており、応力制御用粒
子線源８６から放射され基板８５に入射する粒子線８６
ａの入射角度を変えることができる。すなわち、基板ホ
ルダー８４は、回転軸８４ａを中心に図示された８４ｂ
方向に回転可能となっている。スパッタ時には、ターゲ
ット８３ａから放出される蒸着物質の飛来方向に合わせ
て基板ホルダー８４を回転し、応力低減のために成膜さ
れた界面に粒子線８６ａを照射する場合には、応力制御
用粒子線源８６の方に基板８６の面が向くように基板ホ
ルダー８４を回転して位置決めする。

【００２７】なお、ターゲットホルダー８３も回転可能
となっており、ターゲットホルダー８３のそれぞれの面
に異なる物質のターゲットを配置することが可能になっ
ている。そして、このターゲットホルダー８３を回転し
て所望のターゲット８３ａにスパッタイオン源８２から
のイオンが衝突できるようにして、所望の物質を基板８
５上に成膜することを可能としている。

【００２８】次に、上述した多層膜反射鏡１，４を、縮
小投影露光装置の光学系に用いた場合について説明す
る。図３は露光装置の要部を概略的に示したものであ
る。この露光装置はステップ・アンド・スキャン方式に
より露光動作を行う投影露光装置であり、反射型マスク
８に描画された回路パターンの一部の像を投影光学系９
を介してウェハ１０上に投影しつつ、マスク８とウェハ
１０とを投影光学系９に対して１次元方向（ここではＹ
軸方向）に相対走査することにより、マスク８の回路パ
ターンの全体をウェハ１０上の複数のショット領域の各
々にステップ・アンド・スキャン方式で転写する。な
お、露光に用いられる軟Ｘ線は、大気に対する透過率が
低いため、軟Ｘ線が通過する光路は真空チャンバー１１
により覆われて外気より遮断されている。

【００２９】レーザ光源９０は赤外域〜可視域の波長の
レーザ光を出射するものであり、例えば、半導体レーザ
励起によるＹＡＧレーザやエキシマレーザなどが用いら
れる。このレーザ光は、光学系９１により位置１３に集
光され、ノズル１２から噴出される気体状の物体に照射
される。レーザ光が照射された物体は、レーザ光のエネ
ルギーによりプラズマ状態に励起され、励起状態からよ
り低いエネルギー状態に遷移する際に軟Ｘ線を放出す
る。

【００３０】位置１３の周囲には、軟Ｘ線を反射するた
めの多層膜が形成された楕円鏡１４が配置されており、
楕円鏡１４はその第１焦点が位置１３とほぼ一致するよ
うに位置決めされている。楕円鏡１４により反射された
軟Ｘ線は、楕円鏡１４の第２焦点で一度集光された後に
放物面鏡１５に入射する。この放物面鏡１５は、その焦
点が楕円鏡１４の第２焦点位置とほぼ一致するように位
置決めされており、その反射面には軟Ｘ線を反射する多
層膜が形成されている。

【００３１】放物面鏡１５で反射された軟Ｘ線は、ほぼ
コリメートされた状態でオプチカルインテグレータとし
ての反射型フライアイ光学系６に入射する。反射型フラ
イアイ光学系６は、複数の反射面（複数のミラー要素）
を集積してなる第１の反射素子群６０ａと、この第１の
反射素子群６０ａの複数の反射面に対応した複数の反射
面を有する第２の反射素子群６０ｂとで構成されてい
る。なお、これら第１および第２の反射素子群６０ａ，
６０ｂを構成する複数の反射面上にも軟Ｘ線を反射する
多層膜が形成されている。

【００３２】放物面鏡１５からのコリメートされた軟Ｘ
線は、第１の反射素子群６０ａにより波面分割され、各
々の反射面からの軟Ｘ線が集光されて複数の光源像が形
成される。これら複数の光源像が形成される位置のそれ
ぞれの近傍には、第２の反射素子群６０ｂの複数の反射
面が位置決めされており、これらの反射面は実質的には
フィールドミラーの機能を果たす。このように、反射型
フライアイ光学系６は、放物面鏡１５からの略平行光束
に基づいて、２次光源としての多数の光源像を形成す
る。

【００３３】反射型フライアイ光学系６により形成され
た２次光源からの軟Ｘ線は、２次光源近傍が焦点位置で
あるコンデンサミラー７に入射し、コンデンサミラー７
で反射集光された後に、光路折り曲げミラー７ａを介し
て反射型マスク８に照射される。このとき、コンデンサ
ミラー７は上述した２次光源からの軟Ｘ線を集光して、
マスク８上の所定の照明領域を重畳的に均一照明する。
これらのミラー７，７ａには軟Ｘ線を反射する多層膜が
形成されている。

【００３４】なお、図３に示す露光装置では、反射型マ
スク８へ向かう照明光と、このマスク８で反射されて投
影光学系９へ向かう露光光との光路分離を空間的に行う
ために、照明系は非テレセントリック系とし、投影光学
系９もマスク側非テレセントリックな光学系としてい
る。

【００３５】反射型マスク８上には軟Ｘ線を反射する多
層膜から成る反射膜パターンが設けられており、この反
射膜パターンはウェハ１０上へ転写すべきパターンに対
応したパターン形状を有している。このマスク８により
反射されたパターン情報を含む軟Ｘ線は、投影光学系９
に入射する。

【００３６】本実施の形態の投影光学系９は、凹面形状
の第１ミラー９ａ、凸面形状の第２ミラー９ｂ、凸面形
状の第３ミラー９ｃおよび凹面形状の第４ミラー９ｄの
合計４つのミラーから構成されている。各ミラー９ａ〜
９ｄは、基材上に軟Ｘ線を反射する多層膜を形成したも
のであり、それぞれの光軸が共軸となるように配置され
ている。

【００３７】なお、各ミラー９ａ〜９ｄにより形成され
る往復光路を遮断しないように、第１ミラー９ａ、第２
ミラー９ｂおよび第４ミラー９ｄには切り欠きが設けら
れている。また、第３ミラー９ｃの位置には、不図示の
開口絞りが設けられている。

【００３８】マスク８で反射された軟Ｘ線は、第１ミラ
ー９ａ〜第４ミラー９ｄにより順次反射されて、ウェハ
１０上の露光領域内に所定倍率β（例えば、｜β｜＝１
／４，１／５，１／６）でマスク８のパターンの縮小像
を形成する。この投影光学系９は、像側（ウェハ１０
側）がテレセントリックとなるように構成されている。

【００３９】なお、図３では図示しなかったが、マスク
８は少なくともＹ方向に沿って移動可能なレチクルステ
ージにより支持されており、ウェハ１０はＸＹＺの３方
向に沿って移動可能なウェハステージにより支持されて
いる。露光動作の際には、マスク８およびウェハ１０
を、投影光学系９の縮小倍率により定まる所定の速度比
で逆方向に移動させる。これによりウェハ１０上の所定
のショット領域内には、マスク８のパターンが走査露光
される。

【００４０】上述したように、楕円鏡１４，放物面鏡１
５，反射型フライアイ光学系６の反射素子群６０ａ，６
０ｂ、コンデンサミラー７，ミラー７ａ，９ａ〜９ｄお
よび反射型マスク８の反射面には多層膜が形成されてい
るが、この多層膜には図１，２に示した本実施の形態の
多層膜が用いられている。このような多層膜反射鏡を用
いることで、反射率が低下せずに応力が低減されるの
で、応力により発生する各ミラーの変形量を抑えること
ができる。その結果、収差の悪化を防ぐことができ、か
つ、高スループットを得ることができる。

【００４１】

【実施例】（実施例１）図４に実施例１の多層膜反射鏡
２０の断面図を示す。この多層膜反射鏡２０は、Ｓｉ基
板２１上にＭｏ、Ｓｉ、Ｒｕの各層から成る多層膜を、
イオンビームスパッタリングにより形成したものであ
る。図４において、２２ＡはＭｏ層、２２ＢはＲｕ層、
２３はＳｉ層であり、一つのＭｏ層２２Ａとそれを挟む
ように形成された二つのＲｕ層２２Ｂによって一つの重
原子層が構成される。すなわち、重原子層であるＲｕ・
Ｍｏ・Ｒｕ層と、軽原子層であるＳｉ層２３とによって
一つの層対が構成される。なお、積層数は５０層対とし
た。

【００４２】Ｍｏ層２２Ａ、Ｒｕ層２２ＢおよびＳｉ層
２３の層厚は、順に５Å（オングストローム）、１０
Å、４８．８Åであって、重原子層の層厚は２５Å、軽
原子層の層厚は４８．８Å、そして周期長は７３．８Å
となる。また、Ｓｉ基板２１には、直径３インチ、厚さ
約３８０μｍのＳｉウェハを用いた。作製した多層膜反
射鏡２０の内部応力は約１９６ＭＰａ（圧縮応力）であ
り、基板２１のそり変化量は約１０μｍであった。これ
に対し、層厚２５ÅのＭｏ層と層厚４８．８ÅのＳｉ層
から成る５０層対のＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡の場合に
は、内部応力は約３０６ＭＰａ（圧縮応力）、基板のそ
り変化量は約１６μｍであった。すなわち、本実施例の
多層膜反射鏡２０は、同等の周期長を有するＭｏ／Ｓｉ
多層膜反射鏡に比べて、多層膜の内部応力および基板の
そり変化量を低減することができた。

【００４３】また、多層膜反射鏡２０の軟Ｘ線に関する
垂直入射反射率を放射光を用いて測定したところ、上述
したＲｕ層を持たないＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡と比較し
て、波長１３nmの反射率に差は認められなかった。

【００４４】なお、軟Ｘ線を用いた露光装置の反射光学
系では多層膜反射鏡の基板にガラス基板が用いられ、そ
の多層膜反射鏡の変形量の許容値は１〜１０nmオーダー
であって、内部応力で表すと１００ＭＰａ前後が許容で
きるか否かの基準値となる。

【００４５】（実施例２）図５に実施例２の多層膜反射
鏡４０の断面図を示す。この多層膜反射鏡４０は、Ｓｉ
基板４１上にＭｏ、Ｓｉ、Ｒｕの各層から成る多層膜
を、イオンビームスパッタリングにより形成したもので
ある。ただし、多層膜反射鏡４０では、上述した多層膜
反射鏡２０とは逆に一つのＲｕ層４２Ｂを挟むように二
つのＭｏ層４２Ａを形成し、これらの層により一つの重
原子層を構成するようにした。積層数は５０層対とし
た。

【００４６】Ｍｏ層４２Ａ、Ｒｕ層４２ＢおよびＳｉ層
４３の層厚は、順に７．５Å、１０Å、４９．４Åであ
って、重原子層の層厚は２５Å、軽原子層の層厚は４
９．４Å、そして周期長は７４．４Åとなる。また、Ｓ
ｉ基板４１には、上述したＳｉ基板２１と同様に直径３
インチ、厚さ約３８０μｍのＳｉウェハを用いた。作製
した多層膜反射鏡４０の内部応力は約２５９ＭＰａ（圧
縮応力）であり、基板４１のそり変化量は約１３μｍで
あった。これに対し、層厚２５ÅのＭｏ層と層厚４９．
４ÅのＳｉ層から成る５０層対のＭｏ／Ｓｉ多層膜反射
鏡の場合には、内部応力は約３０６ＭＰａ（圧縮応
力）、基板のそり変化量は約１６μｍであった。

【００４７】また、多層膜反射鏡４０の軟Ｘ線に関する
垂直入射反射率を放射光を用いて測定したところ、上述
したＲｕ層を持たないＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡と比較し
て、波長１３nmの反射率に差は認められなかった。

【００４８】（実施例３）図６に実施例３の多層膜反射
鏡５０の断面図を示す。この多層膜反射鏡５０は、Ｓｉ
基板５１上にＭｏ、Ｓｉの各層から成るＭｏ／Ｓｉ多層
膜をイオンビームスパッタリングにより形成したもので
ある。ただし、各層対のＭｏ層５２上にＳｉ層５３を形
成する前に、Ｍｏ層５２の表面にＡｒイオンビームを照
射した。このときのイオンビーム照射条件は、ビームの
エネルギー＝６００eV、照射角は法線に対して８０°、
照射時間７secとした。また、多層膜の周期長は７７．
０Å（Ｍｏ層５２の層厚が２５．０Å、Ｓｉ層５３の層
厚が５２．０Å）で、積層数は５０層対とした。なお、
Ｓｉ基板５１には、直径３インチ、厚さ約３８０μｍの
Ｓｉウェハを用いた。

【００４９】作製した多層膜反射鏡５０の内部応力は約
１３８ＭＰａ（圧縮応力）であり、基板５１のそり変化
量は約７．４μｍであった。これに対し、イオンビーム
照射を行わなかったＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡（Ｍｏ層お
よびＳｉ層の層厚および積層数は多層膜反射鏡５０と同
一）の場合には、内部応力は約３０６ＭＰａ（圧縮応
力）、基板のそり変化量は約１６μｍであった。

【００５０】また、多層膜反射鏡５０の軟Ｘ線に関する
垂直入射反射率を放射光を用いて測定したところ、イオ
ンビーム照射を行わなかったＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡と
比較して、波長１３nmの反射率に差は認められなかっ
た。

【００５１】（実施例４）図７に実施例４の多層膜反射
鏡７０の断面図を示す。この多層膜反射鏡７０は、Ｓｉ
基板７１上にＭｏ、Ｓｉ、Ｒｕの各層から成る多層膜
を、イオンビームスパッタリングにより形成したもので
ある。多層膜反射鏡７０では、上述した多層膜反射鏡４
０と同様に一つのＲｕ層７２Ｂを挟むように二つのＭｏ
層７２Ａを形成し、これらの層により一つの重原子層を
構成するようにした。積層数は５０層対とした。ただ
し、Ｍｏ層７２Ａ上にＲｕ層７２ＢまたはＳｉ層７３を
形成する前に、Ｍｏ層７２Ａの表面にＡｒイオンビーム
を照射した。このときのイオンビーム照射条件は、ビー
ムのエネルギー＝６００eV、照射角は法線に対して８０
°、照射時間７secとした。

【００５２】また、多層膜の周期長は７２．５Å（Ｍｏ
層７２Ａの層厚が７．５Å、Ｒｕ層７２Ｂの層厚が１０
Åで、Ｓｉ層７３の層厚が４７．５Å）で、積層数は５
０層対とした。なお、Ｓｉ基板７１には、直径３イン
チ、厚さ約３８０μｍのＳｉウェハを用いた。作製した
多層膜反射鏡７０の内部応力は約７５ＭＰａ（圧縮応
力）であり、基板７１のそり変化量は約３．８μｍであ
った。これに対し、層厚２５ÅのＭｏ層と層厚４７．５
ÅのＳｉ層から成る５０層対のＭｏ／Ｓｉ多層膜反射鏡
でイオンビーム照射は行わない場合には、内部応力は約
３０６ＭＰａ（圧縮応力）、基板のそり変化量は約１６
μｍであった。このように、Ｒｕ層７２Ｂを形成して上
述したイオンビーム照射を行うと、内部応力を著しく低
減することができる。

【００５３】また、多層膜反射鏡７０の軟Ｘ線に関する
垂直入射反射率を放射光を用いて測定したところ、上述
したＲｕ層を持たずイオンビーム照射を行わないＭｏ／
Ｓｉ多層膜反射鏡と比較して、波長１３nmの反射率に差
は認められなかった。

【００５４】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
の要素との対応において、層３１，層５１および層３１
１は第１の層を、層５２よおび層３２は第２の層を、物
質Ａは第１の物質を、物質Ｃは第２の物質を、層３１２
は第１の応力緩和層を、ノズル１２，楕円鏡１４，レー
ザ光源９０，光学系９１はＸ線光源を、反射型フライア
イ光学系６，コンデンサミラー７，ミラー７ａ，放物面
鏡１５は照明光学系をそれぞれ構成する。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜請求項
５の発明によれば多層膜の内部応力を低減することがで
きるため、内部応力に起因する多層膜反射鏡の変形が低
減され、光学特性の向上を図ることができる。請求項６
によれば、照明光学系および投影光学系の光学特性、す
なわち露光装置の光学特性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による多層膜反射鏡の実施の形態を説明
する図であり、（ａ）は多層膜反射鏡１の断面図、
（ｂ）はその一部の拡大図。

【図２】多層膜形成時に粒子線Ｐを照射する多層膜反射
鏡製造方法を説明する図であり、（ａ）は多層膜反射鏡
４の断面図、（ｂ），（ｃ）は多層膜５の形成方法を示
す図。

【図３】本発明による多層膜反射鏡を光学系に用いた露
光装置の概略構成図である。

【図４】実施例１の多層膜反射鏡２０の断面図。

【図５】実施例２の多層膜反射鏡４０の断面図。

【図６】実施例３の多層膜反射鏡５０の断面図。

【図７】実施例４の多層膜反射鏡７０の断面図。

【図８】本発明の実施の形態の多層膜反射鏡を成膜する
際に使用される、イオンスパッタリング装置の概略構成
を示す図である。

【符号の説明】

１，４，２０，４０，５０，７０多層膜反射鏡２，２１，４１，５１，７１基板３，５多層膜６反射型フライアイ光学系７コンデンサミラー７ａミラー９投影光学系１５放物面鏡Ｐ粒子線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】使用波長域における屈折率と真空の屈折
率との屈折率差が大きい物質で形成され、使用波長と前
記屈折率差が大きい物質の屈折率とに応じて決められた
所定の厚さを有する第１の層と、前記屈折率差が小さい
物質で形成され、前記使用波長と前記屈折率差が小さい
物質とに応じて決められた所定の厚さを有する第２の層
とから成る層対を、基板上に複数積層して成る多層膜反
射鏡において、前記層対の少なくとも一つの層対における前記第１の層
または第２の層の少なくともどちらか一方の層は、前記
使用波長域における複素屈折率の実部が同程度である少
なくとも２種類の物質を交互に前記所定の厚さまで積層
した多層構造を有すること特徴とする多層膜反射鏡。
【請求項２】軟Ｘ線波長域における屈折率と真空の屈
折率との差が大きい物質で形成される第１の層と、前記
差が小さい物質で形成される第２の層とから成る層対
を、基板上に複数積層して成る多層膜反射鏡において、前記第１の層の少なくとも１つに、前記軟Ｘ線波長域に
おける複素屈折率の実部の大きさが、前記第１の層の物
質と同程度の物質から成る第１の応力緩和層を形成し、
および／または前記第２の層の少なくとも１つに、前記
実部の大きさが前記第２の層の物質と同程度の物質から
成る第２の応力緩和層を形成したことを特徴とする多層
膜反射鏡。
【請求項３】請求項２に記載の多層膜反射鏡の製造方
法であって、前記第１の層、第２の層、第１の応力緩和層および第２
の応力緩和層のいずれかの層の上に他の層を形成する際
に、前記他の層が形成される層の表面に粒子線を照射し
た後に前記他の層を形成するようにしたことを特徴とす
る多層膜反射鏡の製造方法。
【請求項４】少なくとも異なる２種類の物質を基板上
に交互に積層して成る多層膜反射鏡の応力の制御方法で
あって、前記基板上の一つの層の上に前記一つの層を形成する物
質とは異なる物質から成る他の層を形成する際に、前記
一つの層の表面に粒子線を照射した後に前記他の層を形
成することにより多層膜反射鏡に存在する応力を制御す
るようにしたことを特徴とする多層膜反射鏡の応力の制
御方法。
【請求項５】モリブデン（Ｍｏ）層とシリコン（Ｓ
ｉ）層とを交互に積層して成るＭｏ／Ｓｉ多層膜を基板
上に形成した多層膜反射鏡において、積層されたＭｏ層
の少なくとも１つの層に、ルテニウム（Ｒｕ）層を形成
したことを特徴とする多層膜反射鏡。
【請求項６】Ｘ線を発生させるＸ線光源と、前記Ｘ線
光源からのＸ線をマスクに導く照明光学系と、前記マス
クからのＸ線を感光性基板に導く投影光学系とを有し、
前記マスクのパターンを感光性基板へ転写する露光装置
において、前記照明光学系および投影光学系は反射鏡を備え、前記反射鏡に、請求項１，請求項２および請求項５のい
ずれかに記載の多層膜反射鏡を用いたことを特徴とする
露光装置。