JP3267000B2 - 非球面ミラー製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線縮小投影露光装置
等に用いられる非球面ミラーを製造する方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】非球面光学素子は、天体望遠鏡のシュミ
ットプレート等の一部の特殊な分野では古くから利用さ
れている。最近では、収差の抑制等を目的として、カメ
ラレンズや半導体製造用露光装置等に広く用いられるよ
うになり、非球面形状に加工するための超精密加工技術
の研究開発が精力的に行なわれている。ミラーやレンズ
を非球面形状に加工する方法として、切削加工、研削加
工、研磨加工等の従来からの加工技術を改良した方法
と、イオンビームや反応性蒸気等を用いて表面を除去す
る新規な加工方法が研究されている。また、高精度に加
工した球面形状の基板上に非球面量分だけの薄膜を形成
する付加加工法や、モールドやプレスによる加工方法も
知られている。このような加工方法によって作製された
非球面光学素子の形状は、ルビー球などからなるプロー
ブを光学素子表面に接触させることで、あるいは光プロ
ーブや原子間力プローブなどを用いて非接触のままで、
３次元的に測定される。また、２次非球面（放物面、双
曲面、楕円面）形状の場合、反射光が球面波になるよう
な適当な光学系を用いることにより、球面形状と同様に
干渉計による形状測定も行なえる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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、従来の紫外線に代わってこれ
より波長の短いＸ線を用いた縮小投影リソグラフィー技
術の開発が進められている（例えば、solid state tech
nology 日本語版 1991年9月号 P19参照）。しかし、
Ｘ線の波長域の光線は、すべての物質に対して屈折率が
ほぼ１であるため、レンズによって屈折させることはで
きない。このため、Ｘ線の波長域における光学系はすべ
て反射系で構成する必要がある。また、球面光学素子だ
けで光学系を構成すると、収差を十分に補正することが
できないため、露光領域を大きくすることができない。
したがって、実用的な露光領域（約２０〜３０ｍｍ四
方）を得るためには、非球面光学素子を用いて反射系を
構成しなければならない。非球面光学素子を用いて反射
系を構成する場合、屈折率の異なる物質を複数層重ねた
多層膜構造にするのが望ましい。多層膜中の各膜で反射
される反射波の位相が合うように多層膜を形成すること
により、各膜での反射率の加算分の反射率が得られるた
め、例えば、モリブデンとシリコンによる多層膜の場
合、波長１３０オングストローム付近のＸ線に対して、
６０〜７０％の反射率が得られる。

【０００４】一般に、光学系の回折限界の解像力を得る
ためには、使用する光の波長の数分の１程度の形状精度
を有する光学素子が要求される。従って、非球面ミラー
を軟Ｘ線のような波長の短い光（波長２００オングスト
ローム以下）を反射させる目的に使用する場合、非常に
高い形状精度（数１０オングストローム以下）でミラー
を作製する必要がある。また、ミラーの表面にはＸ線を
反射するための多層膜が形成されるが、その反射率を損
なわないために、表面粗さも十分小さく（数オングスト
ローム以下）しなければならない。球面形状のミラーの
場合、従来の研磨加工技術によって上記の要求精度に近
い形状を作製することは可能である。しかしながら非球
面ミラーの場合、従来の加工技術では、作製した非球面
ミラー形状を精度よく測定してその測定結果に基づいて
非球面ミラー形状を修正する有効な手段がなかったた
め、λ／10（λ=6328オングストローム）程度の形状精
度しか得られなかった。したがって、作製した非球面ミ
ラーをＸ線縮小投影露光装置に用いても、所望の性能が
得られなかった。

【０００５】本発明の目的は、Ｘ線回折法によって測定
した周期長に応じて、所定箇所での周期長が一定になる
ように多層膜を形成することにより、非球面ミラーを精
度よく作製することのできる非球面ミラー製造方法を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、球面形状に加
工された基板上に２種類以上の物質を交互に積層して非
球面ミラーを製造する方法において、基板上に２種類以
上の物質を交互に積層して、表面形状が非球面である多
層膜を形成する第１の工程と、多層膜の周期長をミラー
中心から周辺にわたる所定箇所でＸ線回折法により測定
する第２の工程と、測定された周期長に応じて、所定箇
所での周期長が一定になるように多層膜を形成する第３
の工程と、第３の工程で形成された多層膜上に２種類以
上の物質を交互に積層して多層反射膜を形成する第４の
工程とを備え、これによって上記目的は達成される。

【０００７】

【作用】請求項１の発明では、基板上に積層された膜の
周期長をＸ線回折法により測定し、その測定位置での周
期長が一定になるように多層膜を形成する。

【０００８】

【実施例】図１は本発明による非球面ミラー製造装置の
一実施例の全体概略構成図である。この実施例では、楕
円面ミラーを作製する例を説明する。この実施例によっ
て作製される楕円面ミラーの楕円は、（１）式で示され
る。

【数１】 （１）式において、Ｒは近軸曲率半径であり、κは非球
面の形状を表す非球面係数である。楕円面ミラーは、
（１）式で示される楕円をその短軸の回りに回転させた
形状を有する。

【０００９】図１において、１は合成石英で形成された
基板である。本実施例では、基板１は、従来の研磨加工
技術により、曲率半径６００ｍｍ、直径９０ｍｍ、中心
厚さ１５ｍｍの凹面の球面ミラーとして予め作製され
る。加工された基板１は、干渉計を用いた測定によると
１６λ／１００００（λ＝６３２８オングストローム）
程度の形状精度を有し、その表面粗さを触針式による測
定で３オングストローム以内に収まるようにした。この
基板１は、不図示のステージによって固定され、基板１
の中心軸の回りを所定速度で回転する。２は蒸着物質を
基板に付着させるイオンビームスパッタ装置であり、ア
ルゴンイオンビーム１１を発射するイオン源１２と、タ
ーゲット１３から構成される。ターゲット１３にアルゴ
ンイオンビーム１１が照射されると、その衝突のエネル
ギーによってターゲット１３から蒸着物質１４がたたき
出される。本実施例では、２種類のターゲット１３（モ
リブデンとシリコン）を用いて基板１上に多層膜を形成
する。各ターゲットは移動可能であり、蒸着させる物質
用のターゲットを図中の位置に設置して蒸着を行なう。
そして、一層分の薄膜が形成されると、ターゲットを交
換して材料の異なる薄膜を一層分形成する。この工程を
繰り返すことにより、図２に示すような多層膜２１を形
成する。この多層膜の周期長は数十オングストローム、
積層数は数十〜数百層対である（図２では簡略化のため
多層膜の一部のみを示す）。

【００１０】３はターゲット１３と基板１の間に設けら
れたマスクであり、その透過部３１の形状に応じて蒸着
物質１４の基板１への付着具合を変更することができ
る。したがって、非球面の形状に応じて透過部３１の形
状を変更して膜厚を制御することができる。また、イオ
ンビームスパッタ装置２には固有の膜厚特性があるた
め、これも考慮に入れて予めシミュレーションを行な
い、最適な形状の透過部３１を有するマスク３を作製し
ておく。図１に示されるマスク３は固定されているが、
前述したように、基板１がその中心軸の回りを回転する
ため、透過部３１の形状に応じて蒸着物質１４を基板１
上に非球面状態で積層することができる。

【００１１】４は基板１上に形成された多層膜の膜厚分
布を、ＣｕＫα特性Ｘ線（波長１．５４オングストロー
ム）を用いて測定するＸ線回折装置である。Ｘ線回折装
置４では、Ｘ線を多層膜に照射し、多層膜を形成する各
膜から反射された反射波の回折強度を測定することで、
多層膜の周期長を測定する。また、測定された回折強度
のピーク分布によって、多層膜を形成する各膜の膜厚を
測定することもできる。Ｘ線回折装置４の測定精度は
０．１％程度であるため、例えば１μｍの非球面量（球
面からのずれ量）の測定誤差は１０オングストローム程
度となる。Ｘ線回折装置４では、多層膜表面の所定箇所
に異なる角度からＸ線を照射して、その反射波が最も大
きくなる角度で周期長を測定する。同様のことを多層膜
全体について、つまりミラー中心から周辺にかけて所定
間隔で行なうことにより、作製された非球面ミラーの非
球面量を測定する。このＸ線回折装置４による非球面量
の測定は、目標の層数だけ多層膜を形成し終わった後に
行なってもよく、あるいは多層膜を形成する途中で随時
行なってもよい。前者の場合、Ｘ線回折測定をした結
果、作製された非球面形状が所望の形状と異なる際に
は、新たな基板１と測定結果に基づいて作製された新た
な形状のマスク３とを用いて、再度非球面ミラーを作製
する。一方、後者の場合、測定結果に基づいて作製され
た新たな形状の透過部３１を有するマスク３を用いて蒸
着を継続する。これにより、いずれも所望の形状の非球
面ミラーを作製することができる。

【００１２】図２は図１の装置で作製した楕円面ミラー
の断面図である。図２において、基板１上に形成された
多層膜２１のうち、２２はモリブデン層、２３はシリコ
ン層である。図示の楕円面ミラーは、有効直径９０ｍ
ｍ、近軸曲率半径６００ｍｍ、非球面係数κ=1.44の形
状を有し、多層膜２１の周期長は基板１の周辺部で最も
大きく（１４０オングストローム）、中心部で最も小さ
い（３４．９オングストローム）。また、モリブデン層
２２とシリコン層２３の厚さの比率は１：１であり、積
層数は１００層対である。但し、図２では簡略化のため
層数の一部のみを表示している。

【００１３】図３は図１の装置で形成した多層膜２１の
特性図である。図３の横軸は基板の中心からの距離、縦
軸はＸ線回折装置４により測定した多層膜２１の周期長
であり、実線で示した曲線は設計理論値の周期長分布で
ある。これに対して、図示の黒丸は、５ｍｍ間隔で測定
した多層膜２１の周期長分布の実測値である。この結果
を見ればわかるように、本実施例の製造方法によると、
実測値と設計理論値のずれをミラー全面で０．１オング
ストローム以内に収めることができる。したがって、積
層数を１００層対とした場合の設計理論値からのずれ
は、１００×０．１＝１０オングストローム以下であ
る。多層膜形成前の球面の形状精度が１６λ／１０００
０≒１０オングストロームであるため、最終的な非球面
ミラーの形状精度は２０オングストローム以下となる。
また、測定の結果、多層膜形成後の非球面ミラーの表面
粗さは、多層膜形成前の基板１の表面粗さから変化しな
いことがわかった。

【００１４】このようにして作製した非球面ミラーは、
Ｘ線光学素子として用いることができる。例えば、Ｘ線
縮小投影露光装置に用いられる波長１３０オングストロ
ームの軟Ｘ線を反射させる非球面ミラーを作製する場
合、非球面ミラー上に周期長６７オングストローム、積
層数が各５０層のモリブデン／シリコン多層膜を形成す
る。これにより、非球面ミラーの近軸曲率半径と同様の
曲率半径を持つ球面鏡を使用した場合に比べて、光学系
の収差を大幅に減少させることができ、装置の結像性能
を飛躍的に向上させることができる。

【００１５】上記実施例では、放物面や楕円面等の２次
非球面ミラーの作製について説明したが、本発明は２次
非球面以外の高次非球面ミラーの作製にも適用できる。
したがって、本発明を用いることによって、非球面ミラ
ーの設計の自由度が向上する。上記実施例では、最も形
状精度の要求が厳しい軟Ｘ線用の非球面ミラーについて
説明したが、本発明はこのような用途に限定されること
はなく、紫外線、可視光、赤外線などあらゆる波長の光
学系に広く適用できる。上記実施例では、Ｘ線回析の結
果に応じて、マスクを用いて膜厚を制御しているが、マ
スクを用いずに、例えば光ＣＶＤによる選択成長等によ
って膜厚を制御してもよい。上記実施例では、イオンビ
ームスパッタ装置によって多層膜を形成しているが、真
空蒸着やＣＶＤ等のその他の薄膜形成法によって形成し
てもよい。上記実施例では、モリブデンとシリコンによ
って多層膜を形成したが、これ以外の物質で形成しても
よく、また３種類以上の物質で形成してもよい。なお、
上記実施例では球面形状の基板を用いたが、楕円面形状
等の曲率半径を種々に変えた基板を使用したり、あるい
は曲率半径を無限大とした平面形状の基板を使用しても
よい。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、Ｘ線回折法により非球面の多層膜の周期長を所定
箇所で測定し、その測定した周期長に応じて、測定個所
での周期長が一定になるように多層膜を形成するように
したので、非球面ミラーを精度よく作製することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による非球面ミラー製造方法による製造
装置の一実施例のブロック図である。

【図２】図１の装置によって形成された多層膜の断面図
である。

【図３】図１の装置によって形成された多層膜の特性図
である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ イオンビームスパッタ装置 ３ マスク ４ Ｘ線回折装置 １２ イオン源 １３ ターゲット

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 球面形状に加工された基板上に２種類以
   上の物質を交互に積層して非球面ミラーを製造する方法
   において、前記基板上に２種類以上の物質を交互に積層して、表面
   形状が非球面である多層膜を形成する第１の工程と、 前記多層膜の周期長を ミラー中心から周辺にわたる所定
   箇所でＸ線回折法により測定する第２の工程と、 測定された前記周期長に応じて、前記所定箇所での周期
   長が一定になるように多層膜を形成する第３の工程と、 前記第３の工程で形成された多層膜上に２種類以上の物
   質を交互に積層して多層反射膜を形成する第４の工程と
   を備えたことを特徴とする非球面ミラー製造方法。