JP2003227898A

JP2003227898A - 多層膜反射鏡、軟ｘ線光学機器、露光装置及びその清掃方法

Info

Publication number: JP2003227898A
Application number: JP2002025160A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Murakami; 勝彦村上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】表面の炭素コンタミネーションの抑制された
多層膜反射鏡、軟Ｘ線光学機器、露光装置及びその清掃
方法を提供すること。【解決手段】本発明の多層膜反射鏡は、軟Ｘ線領域で
の屈折率と真空の屈折率との差が大きい物質からなる第
１層３と前記屈折率と真空の屈折率との差が小さい物質
からなる第２層２とを基板４上に交互に積層してなり、
多層膜の最上層上に光触媒材料で形成された保護層１を
具備する。本発明の多層膜反射鏡によれば、表面の炭素
のコンタミネーションを除去できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟Ｘ線領域で用い
られる多層膜反射鏡、軟Ｘ線光学機器、露光装置及びそ
の清掃方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の微細化に伴い、
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、従来の紫外線に代えてこれより短い波長
（１１〜１４ｎｍ）のＸ線を使用した投影リソグラフィ
技術が開発されている（例えば、D.Tichenor, et al.,
SPIE2437(1995)292参照）。この技術は、最近ではＥＵ
Ｖ（Extreme Ultra Violet）リソグラフィと呼ばれてお
り、従来の波長１９０ｎｍ程度の光線を用いた光リソグ
ラフィでは実現不可能な、７０ｎｍ以下の解像力を得ら
れる技術として期待されている。

【０００３】Ｘ線の波長領域での物質の複素屈折率ｎ
は、ｎ＝１−δ−ｉｋ（δ、ｋ：複素数）で表わされ
る。この屈折率の虚部ｋはＸ線の吸収を表す。δ、ｋは
１に比べて非常に小さいため、この領域での屈折率は１
に非常に近い。したがって従来のレンズのような透過屈
折型の光学素子を使用できず、反射を利用した光学系が
使用される。反射光学系のうち、斜入射光学系の場合
は、反射面に斜め方向から入射したＸ線を全反射を利用
して反射させるが、全反射臨界角θｃ（波長１０ｎｍで
２０°程度以下）よりも垂直に近い入射角度では、反射
率が非常に小さい。なお、ここで入射角度とは、入射面
の法線と入射光がなす角度を示す。

【０００４】そこで、界面での振幅反射率がなるべく高
い物質を積層させ、かつ、反射面を多数（一例で数十〜
数百層）設け、それぞれの界面での反射波の位相が合う
ように光干渉理論に基づいて各層の厚さを調整した多層
膜反射鏡が使用される。界面での振幅反射率を上げるた
めに、多層膜反射鏡では、使用されるＸ線波長域におけ
る屈折率と、真空の屈折率（＝１）の差が大きい物質
と、その差が小さい物質とを、基板上に交互に積層して
形成される。多層膜の材料としては、タングステン／炭
素、モリブデン／シリコン等の組み合わせを用いたもの
が知られており、スパッタリングや真空蒸着、ＣＶＤ等
の薄膜形成技術により成膜されている。なお、多層膜反
射鏡は、垂直にＸ線を反射することも可能であるため、
全反射を用いた斜入射光学系よりも収差の少ない光学系
を構成することができる。

【０００５】多層膜反射鏡は、ブラッグの式：２ｄｓｉ
ｎθ＝ｎλ（ｄ：多層膜の周期長、θ：斜入射角度、π
／２−入射角度、λ：Ｘ線の波長）を満たす場合にＸ線
を強く反射する波長依存性を有するため、この式を満た
すように各因子を選択する必要がある。

【０００６】多層膜としてモリブデン（Ｍｏ）／シリコ
ン（Ｓｉ）を用いた場合、波長１２．６ｎｍのシリコン
のＬ吸収端の長波長側で高い反射率を示すことが知られ
ている。このため、波長１３ｎｍ付近で、直入射（入射
角度が０°）で６７％以上の高い反射率を有する多層膜
反射鏡を比較的容易に作製することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】軟Ｘ線反射鏡は、空気
による吸収を防ぐために真空中で使用されるのが一般的
である。また、縮小投影リソグラフィにおいて軟Ｘ線反
射鏡を用いた場合、炭素による光学素子のコンタミネー
ションが問題となっている。以下に、炭素による光学素
子のコンタミネーションの発生のメカニズムを簡単に説
明する。

【０００８】軟Ｘ線光学機器で用いられる真空中には炭
化水素を含有する残留ガスが含まれていることが多い。
この炭化水素を含有する残留ガスとしては、例えば真空
排気系（真空ポンプ）に用いられるオイルに起因するも
の、装置内部の可動部分の潤滑剤に起因するもの、装置
内部で使用される部品（例えば電気ケーブルの被覆材料
など）に起因するもの等がある。

【０００９】ＥＵＶ露光装置の場合は、装置の内部の真
空中にフォトレジストを塗布したウェハが導入される。
ここにＥＵＶ光が照射された場合、装置内に残留してい
る溶剤が蒸発したり、レジストを構成する樹脂が分解脱
離し、このため炭化水素を含むガスが装置内に放出され
ることになる。そして、この炭化水素を含んだ残留ガス
分子は、装置内の多層膜反射鏡の表面に物理吸着する。

【００１０】多層膜反射鏡の表面に物理吸着した残留ガ
ス分子は、表面上で脱離と吸着とを繰り返しており、そ
のままでは厚く成長することはない。しかし、多層膜反
射鏡にＥＵＶ光が照射されると、反射鏡の基板内部で二
次電子が発生し、この二次電子が表面に吸着している炭
化水素を含有する残留ガス分子を分解して炭素が析出す
る。このように、吸着したガス分子がどんどん分解され
て析出されていくので、多層膜反射鏡の表面には炭素層
が形成され、その炭素層の厚さはＥＵＶ光の照射量に比
例して増加する（K. Boller et al., Nucl. Instr. And
Meth. 208(1983273参照）。

【００１１】上記のように、多層膜反射鏡の表面に炭素
層が形成されると、反射鏡の反射率が低下してしまうと
いう問題がある。図２に、多層膜反射鏡の表面に炭素層
が形成されたときの反射率の影響を示すグラフを示す。
具体的には、Mo/Si多層膜反射鏡（層数４５対層、周期
長６．９ｎｍ、膜厚比（＝Mo層厚／周期長）１／３、最
上層はSi）に波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を直入射によ
り照射した時の、表面上への炭素層の形成による反射率
の変化（計算値）を示したグラフである。図２におい
て、横軸は炭素層の厚さ（ｎｍ）であり、縦軸は反射率
（％）を示す。図２に示すように、炭素層の厚さが２ｎ
ｍ以下では反射率は低下しないが、２ｎｍを越えると反
射率は徐々に低下し、６ｎｍでは反射率が６％以上低下
する。

【００１２】なお、多層膜反射鏡の表面に形成される炭
素層の厚さが２ｎｍ以下の場合に反射率の低下が生じな
いのは、多層膜反射鏡の表面に付着した炭素層の光学定
数が、多層膜を構成する重原子層（モリブデン層）の光
学定数と近いので、炭素数が多層膜の重原子層と同様の
役割を果たしているからである。

【００１３】ＥＵＶ露光装置においては、多層膜反射鏡
の反射率がわずかに低下しただけでも露光装置のスルー
プットに大きな影響を与える。図３は、多層膜反射鏡の
反射率の低下によるスループットの影響を示すグラフで
ある。具体的には、実際のＥＵＶ露光装置を想定し、６
枚の照明系、１枚の反射マスク、６枚の投影系の合計１
３枚の多層膜反射鏡を用いたシステムにおいて、多層膜
反射鏡１枚あたりの反射率の低下が光学系の透過率（ス
ループット）に対してどの程度影響を及ぼすかを計算し
た結果を示す図である。図３に示すように、例えば多層
膜反射鏡１枚あたりの反射率低下が６％であると、光学
系全体の透過率は元の値の３０％程度にまで低下してし
まう。

【００１４】上述したような、多層膜反射鏡の表面の炭
素層析出による光学素子のコンタミネーションを防止す
る方法として、使用雰囲気中に酸素又は水蒸気を導入す
る技術が開発されている（例えばM. Malinowski et a
l., Proc. SPIE 4343(2001) 347参照）。

【００１５】上記文献に記載された方法によれば、ＥＵ
Ｖ光照射により酸素又は水蒸気が分解されてラジカルが
生成される。生成された酸素ラジカルは光学素子の表面
に物理吸着した炭化水素を含むガス分子、及び表面に析
出した炭素層と反応して炭酸ガスが形成される。形成さ
れる炭酸ガスは気体であるため、真空ポンプにより排気
され炭素のコンタミネーションが除去される。

【００１６】しかしながら、上記文献に記載された方法
は酸素ラジカルによる酸化反応を利用するものであり、
表面に析出した炭素だけでなく多層膜表面も酸化してし
まう。多層膜表面を酸化すると、表面酸化による反射率
の低下が起こるという問題が生じる。

【００１７】多層膜の表面酸化を制御する方法として、
酸素又は水蒸気と同時にエタノールを導入する方法が提
案されている（H. Meiling et al, abstract of 2^nd I
nternational Workshop on IUV Lithography, San Fran
cisco(2000) p.17参照）。この方法は、炭素の析出と表
面酸化による除去とのバランスを得ようとするものであ
る。原理実験においては効果が示されているが、実際の
光学系においては、多層膜反射鏡の面内にＥＵＶ光強度
の分布が存在しており、炭素層の析出速度が一定ではな
いため、全ての場所で析出速度と酸化除去速度とのバラ
ンスをとることは困難であると考えられる。本発明は、
上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、表面の炭素コンタミネーションを抑制しうる
多層膜反射鏡、軟Ｘ線光学機器、露光装置及びその清掃
方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明にかかる多層膜反射鏡は、軟Ｘ線領域での屈
折率と真空の屈折率との差が大きい物質からなる第１層
と前記屈折率と真空の屈折率との差が小さい物質からな
る第２層とを基板上に交互に積層してなる多層膜を備え
る反射鏡であって、更に、前記多層膜の最上層上に形成
された光触媒材料からなる保護層を具備することを特徴
とする。

【００１９】上記多層膜反射鏡によれば、多層膜の最上
層上に光触媒材料からなる保護層を具備しているため、
酸素ガスを含んだガス（例えば酸素、水及び過酸化水素
等）を雰囲気中に導入してＥＵＶ光照射されると、上記
光触媒材料で形成された保護層中の光触媒材料による光
触媒反応により、軟Ｘ線光学機器中で効率良く酸素ラジ
カルが生成される。また、光触媒材料からなる保護層上
に物理吸着した炭化水素分子が、光触媒反応により生成
した酸素ラジカルと反応して炭酸ガスを生成する。炭酸
ガスは気体であるため、真空ポンプにより排気されて除
去され、結果として保護層上に物理吸着した炭化水素分
子が除去され、表面の炭素のコンタミネーションが除去
されることになる。

【００２０】なお、上記光触媒反応を起こさせるために
は、照射する光のエネルギーは３ｅＶ以上であることが
好ましく、波長で表記すると４００ｎｍ以下のものであ
ることが好ましい。尚、照射光源は、元々装置が備える
ＥＵＶ光源を用いてもよいし、別の光源を設けてもよ
い。また、その両方を併用することも可能である。

【００２１】本発明の多層膜反射鏡においては、多層膜
の最上層は、軟Ｘ線領域での屈折率と真空の屈折率との
差が小さい物質（本明細書において、以下、軽原子とも
いう）からなる層であることが好ましい。光触媒材料の
光学定数は、軟Ｘ線領域での屈折率と真空の屈折率との
差が小さい物質と比較し、軟Ｘ線領域での屈折率と真空
の屈折率との差が大きい物質（本明細書において、以
下、重原子ともいう）の光学定数と近いので、多層膜の
最上層上に光触媒材料で形成された保護層が重原子層と
同様の働きをするので、多層膜の最上層を軽原子層とす
ることにより、反射率が低下しないので好ましい。

【００２２】本発明の多層膜反射鏡においては、光触媒
材料で形成された保護層の厚さが、軟Ｘ線領域での屈折
率と真空の屈折率との差が大きい物質からなる層の厚さ
と実質的に等しいことが好ましい。上述したように、光
触媒材料の光学定数は、軟Ｘ線領域での屈折率と真空の
屈折率との差が小さい物質と比較し、軟Ｘ線領域での屈
折率と真空の屈折率との差が大きい物質（本明細書にお
いて、以下、重原子ともいう）の光学定数と近いので、
多層膜の最上層上に光触媒材料で形成された保護層が重
原子層と同様の働きをするからである。

【００２３】本発明にかかる軟Ｘ線光学機器は、本発明
の多層膜反射鏡と、前記多層膜反射鏡の使用雰囲気中に
酸素を含んだ分子からなる気体を導入する手段と、を具
備することを特徴とする。上記軟Ｘ線光学機器によれ
ば、多層膜の最上層上に光触媒材料からなる保護層を具
備する多層膜反射鏡を用い、前記多層膜反射鏡の使用雰
囲気中に酸素を含んだ分子からなる気体を導入する手段
を具備しているので、触媒材料で形成された保護層中の
光触媒反応により、軟Ｘ線光学機器中で効率良く酸素ラ
ジカルが生成され、光触媒材料で形成された保護層上に
物理吸着した炭化水素分子が、光触媒反応により生成し
た酸素ラジカルと反応して炭酸ガスを生成する。炭酸ガ
スは気体であるため、真空ポンプにより排気されて除去
され、結果として保護層上に物理吸着した炭化水素分子
が除去され、多層膜反射鏡の表面の炭素のコンタミネー
ションが除去される。

【００２４】本発明にかかる露光装置は、軟Ｘ線を発生
させる軟Ｘ線光源と、この軟Ｘ線光源からの軟Ｘ線をマ
スクに導く照明光学系と、前記マスクからの軟Ｘ線を感
応基板に導く投影光学系と、を有し、前記マスクのパタ
ーンを感応基板へ転写する露光装置であって、前記照明
光学系、前記マスク及び／又は前記投影光学系が、軟Ｘ
線領域での屈折率と真空の屈折率との差が大きい物質か
らなる第１層と前記屈折率と真空の屈折率との差が小さ
い物質からなる第２層とを基板上に交互に積層し、多層
膜の最上層上に形成された光触媒材料からなる保護層を
具備する多層膜を装備しており、かつ前記多層膜反射鏡
の使用雰囲気中に酸素を含んだ分子からなる気体を導入
する手段を有することを特徴とする。上記露光装置によ
れば、多層膜軟Ｘ線領域での屈折率と真空の屈折率との
差が大きい物質からなる第１層と前記屈折率と真空の屈
折率との差が小さい物質からなる第２層とを基板上に交
互に積層し、多層膜の最上層上に形成された光触媒材料
からなる保護層を具備する多層膜を装備する多層膜反射
鏡を用い、かつ前記多層膜反射鏡の使用雰囲気中に酸素
を含んだ分子からなる気体を導入する手段を有している
ので、触媒材料からなる保護層中の光触媒反応により、
軟Ｘ線光学機器中で効率良く酸素ラジカルが生成され、
また、光触媒材料からなる保護層上に物理吸着した炭化
水素分子が、光触媒反応により生成した酸素ラジカルと
反応して炭酸ガスを生成する。炭酸ガスは気体であるた
め、真空ポンプにより排気されて除去され、結果として
保護層上に物理吸着した炭化水素分子が除去され、多層
膜反射鏡の表面の炭素のコンタミネーションが除去され
る。

【００２５】上述のように、酸素を含んだ分子からなる
気体が十分に装置内に供給されていれば、光触媒反応は
照射されたＥＵＶ光の強度に比例して速く進行するの
で、多層膜反射鏡上でＥＵＶ光の強度に分布があって
も、炭素層の析出速度の速い場所では速く除去され、遅
い場所ではゆっくりと除去されるので、反射鏡の全面に
渡って炭素層の析出防止及び除去が可能である。尚、露
光に用いるＥＵＶ光だけでは不足する場合は、別途光触
媒反応用の光照射手段を設けることも可能である。

【００２６】前記照明光学系、前記マスク又は前記投影
光学系の少なくとも１つに、波長４００ｎｍ以下の光を
照射する光源を更に設けることが好ましい。また、前記
投影光学系が複数の多層膜反射鏡からなり、感応基板に
入射する軟Ｘ線が最後に反射する多層膜反射鏡に、波長
４００ｎｍ以下の光を照射する光源を設けられているこ
とが好ましい。このような光源を設けることにより、光
触媒反応が更に促進され、光触媒材料からなる保護層上
に物理吸着した炭化水素分子の除去効果がさらに高ま
る。

【００２７】本発明にかかる軟Ｘ線光学機器の清掃方法
は、軟Ｘ線を発生させる軟Ｘ線光源と、この軟Ｘ線光源
からの軟Ｘ線を反射する多層膜反射鏡と、を備える軟Ｘ
線光学機器の清掃方法において、前記多層膜反射鏡は、
軟Ｘ線領域での屈折率と真空の屈折率との差が大きい物
質からなる第１層と前記屈折率と真空の屈折率との差が
小さい物質からなる第２層とを基板上に交互に積層し、
多層膜の最上層上に形成された光触媒材料からなる保護
層を具備し、かつ前記多層膜反射鏡の使用雰囲気中に酸
素を含んだ分子からなる気体を導入して前記多層膜反射
鏡の表面のゴミを分解することを特徴とする。

【００２８】上記軟Ｘ線光学機器の清掃方法によれば、
多層膜反射鏡として、軟Ｘ線領域での屈折率と真空の屈
折率との差が大きい物質からなる第１層と小さい物質か
らなる第２層とを基板上に交互に積層し、多層膜の最上
層上に光触媒材料で形成された保護層を具備する多層膜
反射鏡を用い、前記多層膜反射鏡の使用雰囲気中に酸素
を含んだ分子からなる気体を導入するので、触媒材料で
形成された保護層中の光触媒反応により、軟Ｘ線光学機
器中で効率良く酸素ラジカルが生成され、また、光触媒
材料で形成された保護層上に物理吸着した炭化水素分子
が、光触媒反応により生成した酸素ラジカルと反応して
炭酸ガスを生成する。炭酸ガスは気体であるため、真空
ポンプにより排気されて除去され、結果として保護層上
に物理吸着した炭化水素分子が除去され、多層膜反射鏡
の表面の炭素のコンタミネーションが除去されるので、
多層膜反射鏡の清掃を容易に行うことができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本
発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡を示す概略断面図
である。なお、簡単のために多層膜の積層数を実際より
も少なく記載している。また、多層膜反射鏡は、一般に
曲率を有しているが、図２においては簡略化のために平
面鏡として記載した。

【００３０】図１に示すように、本発明の第１の実施の
形態に係る多層膜反射鏡は、軟Ｘ線領域での屈折率と真
空の屈折率との差が大きい物質からなる第１層（重原子
層）３と前記屈折率と真空の屈折率との差が小さい物質
からなる第２層（軽原子層）２とを基板４上に交互に積
層してなる。基板４は、低熱膨張ガラスである、コーニ
ング社製ＵＬＥを用いた。基板４には、その表面粗さに
よる反射率の低下を防止するために、基板４の表面を
０．３ｎｍＲＭＳ以下の表面粗さに研磨した。なお、基
板４としては、他にショット社製Ｚｅｒｏｄｕｒ等を用
いることができる。

【００３１】次いで、基板４上にスパッタリング法を用
いてMo/Si多層膜を成膜した。図２において、Moからな
る層３は、軟Ｘ線領域での屈折率と真空の屈折率との差
が大きい物質からなる重原子層であり、Siからなる層２
は、軟Ｘ線領域での屈折率と真空の屈折率との差が小さ
い物質からなる軽原子層である。軽原子層２の厚さは
４．６ｎｍとし、重原子層３の厚さは２．３ｎｍとし
た。従って、多層膜の周期長（一周期の長さ）は６．９
ｎｍである。

【００３２】図２に示すように、軽原子層２と重原子層
３とを交互に積層して多層膜を形成した。図２に示すよ
うに、基板４上に軽原子層２を成膜し、該軽原子層２上
に重原子層３を成膜し、交互に繰り返し軽原子層２を４
６層、重原子層３を４５層とし多層膜とした。４６層目
の軽原子層２の上に、光触媒材料である酸化チタン（TI
O₂）層からなる保護層１を形成し、多層膜反射鏡を得
た。保護層１の厚さは重原子層３の厚さと同じ厚さ
（２．３ｎｍ）とした。

【００３３】なお、保護層１を形成する方法としては、
酸化チタンをターゲット材料として用いスパッタリング
法により形成する方法、及びチタンをターゲットとし、
アルゴン及び酸素雰囲気中にてスパッタリング法により
形成する方法が挙げられ、いずれの方法によって保護層
１を形成してもよい。

【００３４】また、保護層１を形成する光触媒材料とし
ては、他の光触媒材料を用いてもよく、そのような光触
媒材料としては、例えばFe₂O₃、Cu₂O、In₂O₃、Fe₂Ti
O₃、PbO、V₂O₅、FeTiO₃、Bi₂O₃、Nb₂O₃、SrTiO₃、ZrO、
BaTiO₃、CaTiO₃、KTiO₃、SnO₂及びZrO₂等が挙げられ
る。

【００３５】上述のようにして得られた多層膜反射鏡
の、１３．５ｎｍ近傍の波長における垂直入射反射率を
測定した。なお、比較例として、光触媒材料からなる保
護層１を具備しない多層膜反射鏡についても測定を行っ
た。図４は、入射波長と垂直入射反射率との関係を示す
グラフである。このグラフにおいて、横軸は波長を示
し、縦軸は反射率を示す。グラフから明らかなように、
本発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡、及び比較例と
して用いた多層膜反射鏡における測定結果はほぼ同様で
あり、従って、保護層１を設けた場合であっても反射率
が低下しないことがわかる。

【００３６】上述のようにして得られた多層膜反射鏡を
真空チャンバー内に設置し、ＥＵＶ光により照射テスト
を実施した。なお、比較例として、光触媒材料からなる
保護層１を具備しない多層膜反射鏡を用いた。また、Ｅ
ＵＶ光源としては放射光を用いた。テストは以下のよう
に行った。波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を、試料上で約
１ｍＷ／ｍｍ²の強度で５時間照射した。真空チャンバ
ー内には、炭化水素を含んだガスとしてフォトレジスト
の上記を導入した。なお、このガス分圧は約１×１０^-8
Ｔｏｒｒとした。

【００３７】ＥＵＶ光照射後、比較例として用いた、保
護層１を形成していない多層膜反射鏡においては、反射
率が約１０％低下した。本発明の多層膜反射鏡において
は反射率の低下は認められなかった。多層膜表面をオー
ジェ電子分光法にて分析したところ、比較例として用い
た多層膜反射鏡においては炭素層の析出が認められた
が、本発明の多層膜反射鏡においては炭素層の析出は認
められなかった。

【００３８】次に、炭化水素を含んだガスと同時に水蒸
気を導入して同様のテストを行った。なお、水蒸気の分
圧は１×１０^-6Ｔｏｒｒとした。照射後、比較例として
用いた、保護層１を形成していない多層膜反射鏡におい
ては、反射率が約５％低下した。本発明の多層膜反射鏡
においては反射率の低下は認められなかったが。多層膜
表面をオージェ電子分光法にて分析したところ、比較例
として用いた多層膜反射鏡においては軽分子層２の酸化
が認められたが、本発明の多層膜反射鏡においては軽分
子層２の酸化は認められなかった。

【００３９】上記実施の形態においては、多層膜材料と
してMo/Si多層膜を用いたが、多層膜としては他の材料
からなる多層膜を用いてもよい。例えば、Mo/Be多層膜
を用いた場合、波長１１ｎｍ付近で高反射率でコンタミ
ネーションに強い多層膜を得ることが可能である。この
例においては、Be層が軽原子層となる。

【００４０】次に、本発明の実施の形態に係る軟Ｘ線光
学機器としてのＸ線露光装置について図面を参照して説
明する。図５は、図１に示す多層膜反射鏡を搭載したＸ
線露光装置の全体構成を示す図である。このＸ線露光装
置は、露光用の照明光として、波長１３ｎｍ近傍の軟Ｘ
線領域の光（以下、ＥＵＶ光）を用いて、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
る。

【００４１】Ｘ線露光装置１０の最上流部には、レーザ
光源１３が配置されている。レーザ光源１３は、赤外域
から可視域の波長のレーザ光を供給する機能を有し、例
えば半導体レーザ励起によるＹＡＧレーザやエキシマレ
ーザ等を使用する。レーザ光源１３から発せられたレー
ザ光は、集光光学系１５により集光され、下部に配置さ
れたレーザプラズマ光源１７に達する。レーザプラズマ
光源１７は、波長１３ｎｍ近傍のＸ線を効率よく発生す
ることができる。

【００４２】レーザプラズマ光源１７には、図示せぬノ
ズルが配置されており、キセノンガスを噴出する。噴出
されたキセノンガスはレーザプラズマ光源１７において
高照度のレーザ光を受ける。キセノンガスは、高照度の
レーザ光のエネルギーにより高温になり、プラズマ状態
に励起され、低ポテンシャル状態へ遷移する際にＥＵＶ
光を放出する。ＥＵＶ光は、大気に対する透過率が低い
ため、その光路はチャンバ（真空室）１９により覆われ
て外気が遮断されている。なお、キセノンガスを放出す
るノズルからデブリが発生するため、チャンバ９を他の
チャンバとは別に配置する必要がある。

【００４３】レーザプラズマ光源１７の上部には、Mo/S
i多層膜をコートした回転放物面反射鏡２１が配置され
ている。レーザプラズマ光源１７から輻射されたＸ線
は、放物面反射鏡２１に入射し、波長１３ｎｍ付近のＸ
線のみが露光装置１０の下方に向かって平衡に反射され
る。

【００４４】回転放物面反射鏡２１の下方には、厚さ
０．１５ｎｍのＢｅ（ベリリウム）からなる可視光カッ
トＸ線透過フィルター２３が配置されている。放物面反
射鏡２１で反射されたＸ線の内、所望の１３ｎｍのＸ線
のみが透過フィルター２３を通過する。透過フィルター
２３付近は、チャンバ２５により覆われて外気を遮断し
ている。

【００４５】透過フィルター２３の下方には、露光チャ
ンバ４３が設置されている。露光チャンバ４３内の透過
フィルター２３の下方には、照明光学系２７が配置され
ている。照明光学系２７は、コンデンサー系の反射鏡、
フライアイ光学系の反射鏡等で構成されており、透過フ
ィルター２３から入力されたＸ線を円弧上に整形し、図
の左方に向かって照射する。

【００４６】照明光学系２７の図の左方には、Ｘ線反射
鏡２９が配置されている。Ｘ線反射鏡２９は、図の右側
の反射面２９ａが凹型をした円形の回転放物円ミラーで
あり、保持部材により垂直に保持されている。Ｘ線反射
鏡２９は、反射面２９ａが高精度に加工された石英の基
板からなる。反射面２９ａには、波長１３ｎｍのＸ線の
反射率が高いMoとSiの多層膜が形成されている。なお、
波長が１０〜１５ｎｍのＸ線を用いる場合には、Ｒｕ
（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）等の物質、Ｓｉ、Ｂ
ｅ（ベリリウム）、Ｂ₄Ｃ（４ホウ化炭素）等の物質と
を組み合わせた多層膜でも良い。

【００４７】Ｘ線反射鏡２９の図の右方には、光路折り
曲げ反射鏡３１が斜めに配置されている。光路折り曲げ
反射鏡３１の上方には、反射型マスク３３が、反射面が
下になるように水平に配置されている。照明光学系２７
から放出されたＸ線は、Ｘ線反射鏡２９により反射集光
された後に、光路折り曲げ反射鏡３１を介して、反射型
マスク３３の反射面に達する。

【００４８】反射型マスク３３の反射面にも多層膜から
なる反射鏡が形成されている。この反射膜には、ウェハ
３９に転写するパターンに応じたマスクパターンが形成
されている。反射型マスク３３は、その上部に図示され
たマスクステージ３５に固定されている。マスクステー
ジ３５は、少なくともＹ方向に移動可能であり、光路折
り曲げ反射鏡３１で反射されたＸ線を順次マスク３３上
に照射する。

【００４９】反射型マスク３３の下部には、順に投影光
学系３７、ウェハ３９が配置されている。投影光学系３
７は、複数の反射鏡からなり、反射型マスク３３上のパ
ターンを所定の縮小倍率（例えば１／４）に縮小し、ウ
ェハ３９上に結像する。ウェハ３９は、ＸＹＺ方向に移
動可能なウェハステージ４１に吸着等により固定されて
いる。

【００５０】露光チャンバ４３にはゲートバルブ４５を
介して予備排気室４７（ロードロック室）が設けられて
いる。予備排気室４７には真空ポンプ４９が接続してお
り、真空ポンプ４９の運転により予備排気室４７は真空
排気される。

【００５１】露光動作を行う際には、照明光学系２７に
より反射型マスク３３の反射面にＥＵＶ光を照射する。
その際、反射投影光学系３７に対して反射型マスク３３
及びウェハ３９を投影光学系の縮小倍率により定まる所
定の速度比で相対的に同期走査する。これにより、反射
型マスク３３の回路パターンの全体をウェハ３９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、ウェハ３９のチップは例えば２５×
２５ｍｍ角であり、レジスト上で０．０７μｍＬ／Ｓの
ＩＣパターンが露光できる。

【００５２】図５に示す露光装置１０においては、照明
光学系２７、マスク３３及び投影光学系３７のうちの少
なくとも１つとして、上述した本発明の多層膜反射鏡を
用いている。また、本発明の実施の形態にかかる露光装
置１０は、多層膜反射鏡に軟Ｘ線が照射されている間、
その使用雰囲気中に酸素を含んだ分子からなる気体を導
入する手段を有している。図２に示すように、ガス室５
９に、酸素を含んだ分子からなる気体が充填されてお
り、かかる気体は流量制御メーター５７及びゲートバル
ブ５５を介して露光チャンバ４３内に導入される。

【００５３】また、露光装置１０のチャンバ４３内には
ランプ６１が複数設けられており、複数のランプ６１か
らは可視光、紫外光、軟Ｘ線などの波長が４００ｎｍ以
下の光が照射されるようになっており、各多層膜反射鏡
の反射面に、可視光、紫外光、軟Ｘ線などが照射される
ようになされている。可視光、紫外光、軟Ｘ線が多層膜
反射鏡に照射されることにより、光触媒反応が更に促進
され、光触媒材料からなる保護層上に物理吸着した炭化
水素分子の除去効果が更に高まる。

【００５４】投影光学系３７は複数の多層膜反射鏡から
なり、感応基板に最も近い多層膜反射鏡に、可視光、紫
外光、軟Ｘ線などの波長が４００ｎｍ以下の光が照射さ
れるようになっている。図６に、投影光学系３７を拡大
した図を示す。図６に示す投影光学系３７は６枚の多層
膜反射鏡６２、６３、６４、６５、６６、６７からな
る。マスク３３から反射されたＥＵＶ光は、順次、多層
膜反射鏡６２、６３、６４、６５、６６、６７で反射さ
れ、ウエハ３９に到達し、ウエハ３９にマスクパターン
が形成される。図６の投影光学系においては、ウエハ３
９に最も近い、すなわち最後にＥＵＶ光を反射する多層
膜反射鏡６７の近くにランプ６１が設けられ、多層膜反
射鏡６７に可視光、紫外光、軟Ｘ線などの波長が４００
ｎｍ以下の光が照射されるようになっている。多層膜反
射鏡６７は反射面がウェハに対向しており、照射される
ＥＵＶ光の強度が一番低く、ＥＵＶだけではコンタミが
除去されにくいので、ランプ６１が設けられている。な
お、ランプ６１の照射光はウェハ３９に到達しないよう
に配置する。

【００５５】図５に示す露光装置１０のチャンバ４３内
に酸素、水蒸気又は過酸化水素の上記を１×１０^-6Ｔｏ
ｒｒの分圧で導入した。保護層１を具備していない多層
膜反射鏡を用いた場合、１００時間の露光を行った後、
多層膜表面が酸化されて反射率が低下してしまうため、
ウェハへ到達する光量は、初期値の約半分に低下した。
これに対し、本発明の多層膜反射鏡を用いた場合、１０
０時間の露光を行った後においてもウェハへ到達する光
量の低下は認められなかった。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の多層膜反
射鏡によれば、多層膜の最上層上に光触媒材料で形成さ
れた保護層を具備しているため、酸素ガスを含んだガス
（例えば酸素、水及び過酸化水素等）を雰囲気中に導入
してＥＵＶ光照射されると、上記光触媒材料で形成され
た保護層中の光触媒材料による光触媒反応により、軟Ｘ
線光学機器中で効率良く酸素ラジカルが生成される。ま
た、光触媒材料で形成された保護層上に物理吸着した炭
化水素分子が、光触媒反応により生成した酸素ラジカル
と反応して炭酸ガスを生成する。炭酸ガスは気体である
ため、真空ポンプにより排気されて除去され、結果とし
て保護層上に物理吸着した炭化水素分子が除去され、表
面の炭素のコンタミネーションが除去されることにな
る。

【００５７】本発明の軟Ｘ線光学機器によれば、用いら
れる多層膜反射鏡が光触媒材料で形成された保護層を具
備しているため、酸素ガスを含んだガス（例えば酸素、
水及び過酸化水素等）を雰囲気中に導入してＥＵＶ光照
射されると、上記光触媒材料で形成された保護層中の光
触媒材料による光触媒反応により、軟Ｘ線光学機器中で
効率良く酸素ラジカルが生成され、結果として表面の炭
素のコンタミネーションを除去できる。

【００５８】本発明の清掃方法によれば、用いられる多
層膜反射鏡が光触媒材料で形成された保護層を具備して
いるため、酸素ガスをを含んだガス（例えば酸素、水及
び過酸化水素等）を雰囲気中に導入してＥＵＶ光照射さ
れると、上記光触媒材料で形成された保護層中の光触媒
材料による光触媒反応により、軟Ｘ線光学機器中で効率
良く酸素ラジカルが生成され、結果として表面の炭素の
コンタミネーションを除去できるので、多層膜反射鏡の
清掃を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡を示す
概略断面図である。

【図２】多層膜反射鏡の表面に炭素層が形成されたとき
の反射率の影響を示すグラフである。

【図３】多層膜反射鏡の反射率の低下によるスループッ
トの影響を示すグラフである。具体的

【図４】入射波長と垂直入射反射率との関係を示すグラ
フである。

【図５】本発明の実施例の形態に係る多層膜反射鏡を備
えたＸ線露光装置の一例を示す構成図である。

【図６】本発明の実施の形態に係る多層膜反射鏡を備え
たＸ線露光装置の投影光学系の拡大図である。

【符号の説明】

１保護層２軽原
子層３重原子層４基板５ポジ型レジスト１０Ｘ
線露光装置１３レーザ光源１５集
光光学系１７レーザプラズマ光源１９チ
ャンバ２１回転放物面反射鏡２３Ｘ
線透過フィルター２５チャンバ２７照
明光学系２９Ｘ線反射鏡３１光
路折り曲げ反射鏡３３反射型マスク３５マ
スクステージ３７投影光学系３９ウ
ェハ４１ウェハステージ４３露
光チャンバ４５ゲートバルブ４７予
備排気室４９真空ポンプ５５ゲ
ートバルブ５７流量制御メーター５９ガ
ス室６１ランプ６２多
層膜反射鏡６３多層膜反射鏡６４多
層膜反射鏡６５多層膜反射鏡６６多
層膜反射鏡６７多層膜反射鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ２１Ｋ 5/02 Ｇ２１Ｋ 5/02 ＸＨ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５３１ＡＦターム(参考） 2H042 DA01 DA12 DA18 DB00 DC02 DE00 2H087 KA21 NA05 TA02 UA09 2H097 AA02 AB09 BA04 BA10 CA15 EA01 GB00 LA10 5F046 GA03 GB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軟Ｘ線領域での屈折率と真空の屈折率と
の差が大きい物質からなる第１層と前記屈折率と真空の
屈折率との差が小さい物質からなる第２層とを基板上に
交互に積層してなる多層膜を備える反射鏡であって、更に、前記多層膜の最上層上に形成された光触媒材料か
らなる保護層を備えることを特徴とする多層膜反射鏡。
【請求項２】上記多層膜の最上層は、軟Ｘ線領域での
屈折率と真空の屈折率との差が小さい物質からなる層で
ある、請求項１に記載の多層膜反射鏡。
【請求項３】上記保護層の厚さが、軟Ｘ線領域での屈
折率と真空の屈折率との差が大きい物質からなる層の厚
さと実質的に等しい、請求項１又は２に記載の多層膜反
射鏡。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の多
層膜反射鏡と、前記多層膜反射鏡の使用雰囲気中に酸素
を含んだ分子からなる気体を導入する手段と、を具備することを特徴とする軟Ｘ線光学機器。
【請求項５】軟Ｘ線を発生させる軟Ｘ線光源と、この
軟Ｘ線光源からの軟Ｘ線をマスクに導く照明光学系と、
前記マスクからの軟Ｘ線を感応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応基板へ転写する露光装置で
あって、前記照明光学系、前記マスク及び／又は前記投影光学系
が、軟Ｘ線領域での屈折率と真空の屈折率との差が大き
い物質からなる第１層と前記屈折率と真空の屈折率との
差が小さい物質からなる第２層とを基板上に交互に積層
し、多層膜の最上層上に形成された光触媒材料からなる
保護層を具備する多層膜を装備しており、かつ前記多層
膜反射鏡の使用雰囲気中に酸素を含んだ分子からなる気
体を導入する手段を有することを特徴とする露光装置。
【請求項６】波長４００ｎｍ以下の光を前記照明光学
系、前記マスク又は前記投影光学系の少なくとも１つに
照射する光源を更に設けた、請求項５に記載の露光装
置。
【請求項７】前記投影光学系が複数の多層膜反射鏡か
らなり、感応基板に入射する軟Ｘ線が最後に反射する多
層膜反射鏡に、波長４００ｎｍ以下の光を照射する光源
を設けた、請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】軟Ｘ線を発生させる軟Ｘ線光源と、この
軟Ｘ線光源からの軟Ｘ線を反射する多層膜反射鏡と、を
備える軟Ｘ線光学機器の清掃方法において、前記多層膜反射鏡は、軟Ｘ線領域での屈折率と真空の屈
折率との差が大きい物質からなる第１層と前記屈折率と
真空の屈折率との差が小さい物質からなる第２層とを基
板上に交互に積層し、多層膜の最上層上に形成された光触媒材料からなる保護
層を具備し、かつ前記多層膜反射鏡の使用雰囲気中に酸
素を含んだ分子からなる気体を導入して前記多層膜反射
鏡の表面のゴミを分解することを特徴とする軟Ｘ線光学
機器の清掃方法。