JPH06151281A

JPH06151281A - Ｘ線露光装置

Info

Publication number: JPH06151281A
Application number: JP4295457A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Murakami; 勝彦村上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1992-11-05
Publication date: 1994-05-31
Anticipated expiration: 2015-08-14
Also published as: JP3077422B2

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｘ線露光装置の光学素子表面への炭素析出を防
ぎ、該装置のスループットおよび解像力を向上させる。【構成】所望のパターンが形成されたマスク２および光
学素子１２からなり、該マスクにＸ線６を照射して前記
パターンをウエハ５上に投影するＸ線光学系と、該Ｘ線
光学系を真空空間中に保持する真空容器７とを有するＸ
線露光装置において、光学素子およびマスクの表面の少
なくとも１つの面に対し、その面への炭素の析出を防止
する手段１を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線リソグラフィー等
に使用するＸ線露光装置に関する。

【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りこれより波長
の短い軟Ｘ線（以下、単にＸ線と略す）を用いた投影リ
ソグラフィー（Ｘ線リソグラフィー）技術が開発されて
いる。この技術に使用されるＸ線露光装置は、Ｘ線源、
所望のパターンが形成されたマスク、前記Ｘ線源から出
射したＸ線をマスクに照射するための照明光学系、マス
クを反射または透過したＸ線をウエハ上に照射するため
の結像光学系（縮小投影光学系）、ウエハを支持するウ
エハステージ、およびこれら各構成要素を収納してＸ線
の光路を真空中に維持する真空容器によって構成されて
いた。

【０００３】Ｘ線源としては、放射光（Synchrotron Ra
diation ）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、分光
フィルタ等の光学素子によって構成され、前記Ｘ線源を
出射したＸ線から所望の波長を有するＸ線を取り出して
前記マスク上に照射する。マスクには、透過型マスクと
反射型マスクがあり、透過型マスクはＸ線をよく透過す
る物質からなる薄いメンブレン（SiN ）とこのメンブレ
ン上に形成されたＸ線を吸収する物質（例えば、Au）と
で所望のパターンが形成されている。これに対して反射
型マスクは、Ｘ線を反射する多層膜とこの膜上に形成さ
れた反射率の低い部分とで所望のパターンが形成されて
いる。前記照明光学系によってマスク上に照射されたＸ
線は、透過型マスクの場合は該マスクを透過した後、ま
た反射型マスクの場合は該マスクを反射した後、複数の
多層膜ミラー等で構成された縮小投影光学系に入射す
る。そして、この縮小投影光学系によって前記Ｘ線がウ
エハ上に照射されることで、前記マスクに形成されたパ
ターンがウエハ上に結像する。これにより、ウエハ表面
に塗布されたフォトレジストに前記マスクのパターンが
縮小されて転写される。

【０００４】ところで、Ｘ線は大気中ではこの大気中の
成分（特に窒素）によって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保つ必要がある。Ｘ線露光
装置におけるＸ線源からウエハまでの距離は通常数ｍ程
度となるため、この間をＸ線が吸収されずに進行するた
めには真空容器内を10^-4Torr程度の真空度に維持する必
要がある。そのため、Ｘ線露光装置では真空ポンプ等の
排気手段を用いて、前記真空容器内が所望の真空度（約
10^-4Torr）以上となるようにこの容器内を排気してい
た。ただし、ウエハに塗布されたレジストからはガスが
放出されるため、このガスの圧力の影響により10^-10Tor
r 程度の高真空に維持することは困難であった。そこ
で、放射光のような高真空（圧力10^-10Torr 程度）を要
するＸ線源を用いた際は、例えば、Ｘ線源部とウエハが
設置される縮小投影光学系の周囲との間に差動排気系や
真空分離フィルタ等を設け、これによりＸ線源部とは別
に、縮小投影光学系周囲の真空度を適切な値（例えば、
10^-6〜10^-7Torr）に設定していた。また、レーザプラズ
マＸ線源のような高真空を必要としないＸ線源を用いた
際は、Ｘ線源部を含めた真空容器内全体の真空度を10^-4
Torr程度に設定していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
Ｘ線露光装置においては、ウエハが設置される部分の真
空度は、放射光の場合は10^-6〜10^-7Torr、レーザプラズ
マＸ線源の場合は10^-4Torr程度に設定されていた。しか
し、この程度の真空度においてもウエハ上に塗布された
レジストからはガスが放出されていた。このガスの主成
分はレジストの溶媒である有機化合物であり、この有機
化合物が露光装置の光学素子やマスクの表面に付着（吸
着）してこの付着部分にＸ線が照射されると、Ｘ線のエ
ネルギーによって前記有機化合物が分解して炭素が析出
されていた。そのため、露光を行うと前記照明光学系や
縮小投影光学系を構成する多層膜ミラーやマスク等の光
学素子およびマスクの表面に炭素が析出するという現象
が生じていた。

【０００６】多層膜ミラーの表面に炭素が析出すると、
該ミラーの反射率が低下してしまう。反射率の低下の度
合いは析出した炭素の膜厚に依存するため、露光により
Ｘ線が照射される度にミラー表面に析出される炭素の量
（膜厚）は増加し、それとともに反射率は徐々に低下し
ていく。その結果、ウエハに到達するＸ線の強度が低下
するようになり、露光に必要なＸ線強度を得るために露
光時間を長くする必要が生じる。そのため、Ｘ線線露光
装置の効率（スループット）が低下するという問題が生
じていた。また、露光の度にレジストに照射されるＸ線
のドーズ量（単位面積当たりのＸ線の強度）が変化して
しまうため、レジスト上に露光されたマスクのパターン
の再現性が低下するという問題もあった。

【０００７】透過型マスクに炭素が析出するとメンブレ
ン部分の透過率が低下する。また、反射型マスクに炭素
が析出するとＸ線を反射すべき部分の反射率が低下す
る。いずれの場合においても、マスクを経た後ウエハに
到達するＸ線の強度は低下するため、該マスクのパター
ンのコントラストが悪化するという問題が生じる。この
ことは、レジストに転写されるパターンの像を著しく劣
化させる原因となる。

【０００８】これらの問題を解決する方法として、露光
中に10^-3Torr程度の酸素（Ｏ₂）ガスを前記光学素子に
吹き付ける方法が提案された（J.Vac.Sci.Technol.B9,1
991,p3193 ）。この方法によると、炭素の析出量を従来
の10分の１程度に抑えることができるが、露光中にこの
ような高い圧力の酸素ガスを真空容器内に導入すると、
このガスによって吸収されるＸ線の割合が大きくなる。
そのため、この方法を用いてもウエハに到達するＸ線の
強度が低下してしまい、露光装置のスループットの大幅
な低下を招いてしまう。露光中は酸素ガスの導入を止
め、露光をしていない時に酸素ガスを吹き付けることも
考えられるが、既に光学素子の表面に析出した炭素に酸
素ガスを吹き付けてもこの炭素を取り除くことはできな
かった。

【０００９】本発明は、このような問題を解決すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的のために、請求
項１記載の発明（以下、第１発明という）では、所望の
パターンが形成されたマスクおよび光学素子からなり、
該マスクにＸ線を照射して前記パターンをウエハ上に投
影するＸ線光学系と、該Ｘ線光学系を真空空間中に保持
する真空容器とを有するＸ線露光装置において、前記光
学素子およびマスクの表面の少なくとも１つの面に酸素
のイオンビームを照射する手段を設けた。

【００１１】また、請求項２記載の発明（以下、第２発
明という）では、所望のパターンが形成されたマスクお
よび光学素子からなり、該マスクにＸ線を照射して前記
パターンをウエハ上に投影するＸ線光学系と、該Ｘ線光
学系を真空空間中に保持する真空容器とを有するＸ線露
光装置において、前記光学素子およびマスクの表面の少
なくとも１つの面にオゾンを照射する手段を設けた。

【００１２】さらに、請求項３記載の発明（以下、第３
発明という）では、所望のパターンが形成されたマスク
および光学素子を有し該マスクにＸ線を照射して前記パ
ターンをウエハ上に投影するＸ線光学系と、該Ｘ線光学
系を真空空間中に保持する真空容器からなるＸ線露光装
置において、前記Ｘ線光学系を構成する少なくとも一つ
の光学素子表面およびマスク表面を加熱する加熱手段を
設けた。

【００１３】さらにまた、請求項４記載の発明（以下、
第４発明という）では、所望のパターンが形成されたマ
スクおよび光学素子からなり、該マスクにＸ線を照射し
て前記パターンをウエハ上に投影するＸ線光学系と、該
Ｘ線光学系を真空空間中に保持する真空容器とを有する
Ｘ線露光装置において、前記光学素子およびマスクの表
面の少なくとも１つの面に炭素を付着し難くする処理を
施すようにした。

【００１４】

【作用】光学素子やマスクの表面に付着（吸着）した有
機化合物は照射されたＸ線のエネルギーによって分解さ
れ、これにより原子状の炭素が析出する。この原子状の
炭素は、酸素と反応するとＣＯ等の炭酸ガスとなって気
化するので、前記素子表面から除去される。しかし、酸
素ガス（Ｏ₂ ）は比較的安定しているため炭素と反応し
難く、炭酸ガスを形成させるには大量に供給する必要が
あった。また、既に析出してしまった炭素とは反応しな
いので、露光中に真空容器内に導入しなければ炭素の付
着を防止できない。

【００１５】これに対し、前記第１および第２発明で用
いる酸素イオンビーム（Ｏ⁺）や酸素のラジカルの一種
であるオゾンガス（Ｏ₃）は、非常に活性で炭素との反
応性が高く、既に析出した炭素を除去することも可能で
ある。そのため、これら酸素イオンビームやオゾンガス
を光学素子やマスクの表面に照射すれば、少ない照射量
（圧力が10^-5〜10^-4Torr程度）で効率的に炭素の析出を
防止することが可能である。その結果、これらのビーム
およびガスを真空容器内に導入しても、Ｘ線が吸収され
ることで生じるＸ線強度の低下の割合を問題とならない
程度に抑えることができる。

【００１６】ところで、物体表面への分子の吸着の凝縮
係数あるいは付着確率は、一般に、温度が高いほど低く
なる。物体表面に付着（吸着）した分子の平均滞在時間
τは、物体表面の温度をＴ、表面から脱離するための活
性化エネルギーをEd、ボルツマン定数をｋとすると、下
式のように表すことができる。

【００１７】

【数１】

【００１８】従って、物体表面の温度Ｔが高いほど、付
着した分子の平均滞在時間τは小さくなり、この分子は
短い時間で表面から蒸発してしまう。そこで、前記第３
発明においては、光学素子やマスクの表面を予め加熱し
ておくことで、レジストから放出されたガスの主成分で
ある有機化合物の付着を防止するようにした。これによ
り、光学素子やマスク表面への化合物の付着を大幅に低
減でき、炭素の析出も防ぐことができる。この場合、光
学素子やマスクの加熱温度が高いほど、有機化合物の付
着防止効果も高くなるが、実施に際しては光学素子やマ
スクの耐熱性を考慮してその温度を設定する。例えば、
窒化珪素（SiN ）等のメンブレンとこの上に成膜したタ
ンタル（Ta）やタングステン（W ）等の高融点金属のＸ
線吸収体とで透過型マスクのパターンを形成した場合、
このマスクは1000℃近くまで加熱することが可能であ
る。多層膜を使用した反射型マスクや多層膜ミラーで
は、多層膜を構成する材料によって耐熱温度が異なる。
比較的耐熱性の低いMoとSiの組み合わせの多層膜を用い
た場合、加熱温度は200 ℃程度に制限されるが、MoとC
を組み合わせた多層膜を用いた場合には500 ℃程度まで
加熱することができる。

【００１９】前記第４発明では、光学素子やマスクの表
面に光学素子の表面自由エネルギーを低くするような表
面処理を施しているため、炭素の析出を防止することが
できる。例えば、光学素子やマスクの表面にフッ素系プ
ラスチックの薄い被膜を形成すると、素子やマスクの表
面自由エネルギーが低くなり他の物質が付着し難くな
る。その結果、有機化合物の付着あるいはこの化合物が
分解して生成された炭素の付着を防止することができ
る。前記フッ素系プラスチックとしては、例えば、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリクロルトリフルオロエチ
レン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、テフ
ロン（テトラフルオルエチレンとフェキサフルオルプロ
ピレンとの共重合体）などを使用できる。これらフッ素
系プラスチックは、真空蒸着により形成することができ
る。フッ素系プラスチックの被覆の厚さは数10〜数100
Å程度でよい。

【００２０】上記第１〜第４発明のいずれか１つ、また
はそのうちの幾つかを組み合わせることにより、露光装
置の光学系を構成する光学素子やマスクの表面への炭素
の析出を効果的に防止することができる。なお、このよ
うな処置は必ずしも露光装置を構成する光学系の全ての
光学素子に施す必要はない。通常は、単位面積あたりに
照射されるＸ線強度が特に大きい光学素子、即ち光学系
の上流側（光源に近い側）の光学素子および光束が細く
絞られて入射するミラーに対してのみに行えば、充分な
効果を得ることができる。

【００２１】

【実施例１】図１は、前記第１発明の一実施例を示す概
略構成図であり、反射型マスクを用いた縮小投影型のＸ
線露光装置の主要部を示している。本実施例のＸ線露光
装置は、Ｘ線源を出射したＸ線から所定の波長（本実施
例では 130Å付近）のＸ線だけを選択する照明光学系
（図示せず）、反射型マスク２、縮小投影露光系（結像
光学系）を構成するシュバルツシルドミラー１２、ウエ
ハ５を載置するためのウエハステージ（図示せず）およ
びこれら各構成要件を収納する真空容器７とで構成され
ている。真空容器７には、Ｘ線の経路を所定の真空度に
維持するためにイオンポンプ等の排気手段（図示せず）
が設けられている。

【００２２】前記縮小投影光学系として用いたシュバル
ツシルドミラー１２は、鏡筒９とその内部に設置された
凸面鏡４と凹面鏡３の２枚のミラーとで構成されてい
る。これら各ミラーの反射面には、それぞれ多層膜が凸
面状または凹面状に形成されている。凸面鏡４と凹面鏡
３で使用した多層膜および反射型マスク２の反射部とし
て設けた多層膜には、Mo／Siの組み合わせの多層膜を用
いた。

【００２３】このような構成のＸ線露光装置において、
Ｘ線源から出射したＸ線６は、照明光学系を通ることで
130 Å付近の波長が選択されて反射型マスク２に入射す
る。マスク２で反射した光線６は、シュバルツシルドミ
ラー１２を構成する凸面鏡４と凹面鏡３でそれぞれ１回
ずつ反射した後、ＰＭＭＡレジストを塗布したウエハ５
上にマスク２に形成されたパターンの縮小像を結像させ
る。なお、シュバルツシルドミラー１２を通過するＸ線
６が凸面鏡４に遮られないように、このシュバルツシル
ドミラー１２はＸ線６の入射方向に対して少し傾いた状
態で配置してある。

【００２４】本実施例のＸ線露光装置は、また、その光
学系を構成する光学素子の一部である反射型マスク２と
シュバルツシルドミラー１２の凸面鏡４に酸素イオンビ
ーム６１を照射できるように構成してある。そして、そ
のための手段として、イオン源１、流量計８、ガス供給
管１３およびガス供給源１４とを備えている。イオン源
１ａは、反射型マスク２の表面部にイオンビームを照射
するもので、真空容器７内部の密閉状態を維持できるよ
うに容器７の壁面にフランジを介して設置されている。
イオン源１ｂは、凸面鏡４の表面部にイオンビームを照
射するもので、シュバルツシルドミラー１２の鏡筒９に
設けられた開口９ａに取り付けられている。なお、両イ
オン源１ａ、１ｂの設置に際しては、Ｘ線６を遮ること
がないようにその取付位置を適宜設定しておく。イオン
源１としては、イオンビームを得る際に一般的に用いら
れるカウフマン型のイオン銃を用いたが、ECR 型等の他
のイオン銃を使用してもよい。これらのイオン銃は、気
体（本実施例においては酸素ガス）をイオン化してこの
イオンを電場、磁場等により加速することで、所望の方
向にビーム状のイオンを照射できるように構成されてい
る。各イオン源１ａ、１ｂには、ガス供給源１４から供
給された酸素ガス（Ｏ₂）が、ガス供給管１３を通って
それぞれ流量計８ａ、８ｂを介して導入される。イオン
源１ａ、１ｂから出射する酸素イオンビーム（Ｏ⁺）６
１の量はイオン源に導入されるガス圧力によって決まる
ので、流量計８を制御することで所定量の酸素イオンビ
ーム６１が反射型マスク２や凸面鏡４に照射される。ま
た、酸素イオンビーム６１の加速電圧は、前記カウフマ
ン型イオン銃に設けられたイオンを引き出すための（グ
リッド）電極に与える電圧を制御することで調整でき
る。この加速電圧は、照射したイオンが光学素子やマス
クに影響を与えない程度（数100eV 以下、好ましくは数
10eV以下）に設定することが望ましい。なお、本実施例
では凹面鏡３にはイオンビームを照射していない。この
理由は、凹面鏡３に入射するＸ線６は既に多層膜で２回
（反射型マスク２と凸面鏡４）反射してある程度減衰し
ているため強度が低下していること、および凹面鏡３が
Ｘ線６の光束が広がる部分に設置されているため単位面
積当たりのＸ線強度が低いこと、により炭素の析出が他
の光学素子（反射型マスク２と凸面鏡４等）に比べてそ
れ程顕著でないことによる。

【００２５】本実施例のＸ線露光装置において、各イオ
ン源１ａ、１ｂに流量計８ａ、８ｂを介して２sccmの酸
素ガスを導入し、前記イオン源１の駆動電源によって50
0 Ｖ、10mAの酸素イオンビーム６１を引き出して、それ
ぞれ反射型マスク２および凸面鏡４の表面に酸素イオン
ビーム６１を照射した。これにより、真空容器７内には
前記酸素イオンとイオン化しなかった酸素ガスが導入さ
れた。この時の真空容器７内の圧力は、約５×10^-5Torr
であった。

【００２６】このような環境の下で、レジストを塗布し
たウエハ５を前記ウエハステージに載置してＸ線による
露光を行い、ウエハ５（レジスト）に到達したＸ線のド
ーズ量（単位面積当たりのＸ線強度）を測定した。その
結果、酸素イオンビームを照射しないで２×10^-6Torrの
圧力の真空中で露光した場合と同じ露光時間で、露光に
必要な適正なドーズ量が得られ、酸素イオンおよびイオ
ン化しなかった酸素によるＸ線の吸収は無視できる程度
に小さかった。

【００２７】また、反射型マスク２と凸面鏡４に酸素イ
オンビーム６１を常時照射しながら、Ｘ線によるレジス
トへの露光を1000回行ったところ、最後まで同じ露光時
間で適正なＸ線のドーズ量が得られ、レジストに到達す
るＸ線の強度の減少は認められなかった。比較のため
に、酸素イオンビームを照射せずにレジストの露光を行
ったところ、十数回の露光を行うと同じ露光時間では適
正なドーズ量が得られなくなった。そして、50回露光し
た後では適正なドーズ量を得るために露光時間を露光開
始時の２倍程度にまで延ばす必要が生じた。また、露光
されたパターンの解像力も低下した。この状態で、Ｘ線
は照射せずに、イオン源１により酸素イオンビーム６１
だけを反射型マスク２と凸面鏡４に10分間照射した。そ
して、再びＸ線を照射してレジストの露光を行ったとこ
ろ、最初の露光時間で適正なドーズ量が得られるように
なった。また、レジストの解像力も始めの状態まで回復
した。この結果から、酸素イオンビームの照射によっ
て、光学素子（反射型マスク２および凸面鏡４）の表面
に析出した炭素が除去されて元の状態に回復したことが
分かる。

【００２８】

【実施例２】図２は、前記第１発明の他の実施例を示す
概略構成図であり、透過型マスクを用いた縮小投影型の
Ｘ線露光装置の主要部を示している。図２において、図
１と同一機能を有する構成要件については同一符号を付
してその説明を適宜省略する。

【００２９】本実施例のＸ線露光装置は、実施例１のＸ
線露光装置における反射型マスクの代わりに透過型マス
クを用いた構成となっている。透過型マスク２２を透過
した光線６は、シュバルツシルドミラー１２を構成する
凸面鏡４と凹面鏡３でそれぞれ１回ずつ反射した後、Ｐ
ＭＭＡレジストを塗布したウエハ５上にマスク２２に形
成されたパターンの縮小像を結像させる。

【００３０】本実施例のＸ線露光装置では、透過型マス
ク２２とシュバルツシルドミラー１２の凸面鏡４に酸素
イオンビーム６２を照射できるように構成してある。そ
して、そのための手段として、イオン源１、流量計８、
ガス供給管１３およびガス供給源１４とを備えている。
イオン源１ａは、透過型マスク２２の表面部にイオンビ
ームを照射するもので、真空容器７内部の密閉状態を維
持できるように容器７の壁面にフランジを介して設置さ
れている。イオン源１ｂは、凸面鏡４の表面部にイオン
ビームを照射するもので、シュバルツシルドミラー１２
の鏡筒９に設けられた開口９ａに取り付けられている。
なお、両イオン源１ａ、１ｂの設置に際しては、Ｘ線６
を遮ることがないようにその取付位置を適宜設定してお
く。また、本実施例においても実施例１と同様の理由に
より、凹面鏡３にはイオンビームを照射していない。

【００３１】本実施例のＸ線露光装置において、各イオ
ン源２１ａ、２１ｂに流量計８ａ、８ｂを介して２sccm
の酸素ガスを導入し、イオン源２１の駆動電源によって
200Ｖ、10mAの酸素イオンビーム６２を引き出して、そ
れぞれ透過型マスク２２および凸面鏡４の表面に酸素イ
オンビーム６２を照射した。これにより、真空容器７内
には前記酸素イオンとイオン化しなかった酸素ガスが導
入された。この時の真空容器７内の圧力は、約５×10^-5
Torrであった。

【００３２】このような環境の下で、レジストを塗布し
たウエハ５を前記ウエハステージに載置してＸ線による
露光を行い、ウエハ５（レジスト）に到達したＸ線のド
ーズ量（単位面積当たりのＸ線強度）を測定した。その
結果、酸素イオンビームを照射しないで２×10^-6Torrの
圧力の真空中で露光した場合と同じ露光時間で、露光に
必要な適正なドーズ量が得られ、酸素イオンおよびイオ
ン化しなかった酸素によるＸ線の吸収は無視できる程度
に小さかった。

【００３３】また、透過型マスク２２と凸面鏡４に酸素
イオンビーム６２を常時照射しながら、Ｘ線によるレジ
ストへの露光を1000回行ったところ、最後まで同じ露光
時間で適正なＸ線のドーズ量が得られ、レジストに到達
するＸ線の強度の減少は認められなかった。比較のため
に、酸素イオンビームを照射せずにレジストの露光を行
ったところ、十数回の露光を行うと同じ露光時間では適
正なドーズ量が得られなくなった。そして、50回露光し
た後では適正なドーズ量を得るために露光時間を露光開
始時の２倍程度にまで延ばす必要が生じた。また、露光
されたパターンの解像力も低下した。この状態で、Ｘ線
は照射せずに、イオン源１により酸素イオンビーム６２
だけを透過型マスク２２と凸面鏡４に10分間照射した。
そして、再びＸ線を照射してレジストの露光を行ったと
ころ、最初の露光時間で適正なドーズ量が得られるよう
になった。また、レジストの解像力も始めの状態まで回
復した。この結果から、酸素イオンビームの照射によっ
て、光学素子（透過型マスク２２および凸面鏡４）の表
面に析出した炭素が除去されて元の状態に回復したこと
が分かる。

【００３４】

【実施例３】図３は、前記第２発明の一実施例を示す概
略構成図である。図３において、図１と同一機能を有す
る構成要件については同一符号を付してその説明を適宜
省略する。本実施例のＸ線露光装置は、実施例１で用い
た酸素イオンビームの代わりにオゾンガス（Ｏ₃）を用
い、このオゾンガスを反射型マスク２とシュバルツシル
ドミラー１２の凸面鏡４および凹面鏡３とに吹き付ける
ように構成したものである。そして、そのための手段と
して、オゾン発生装置１０、ノズル１１、流量計８、ガ
ス供給管１３およびガス供給源１４とを備えている。オ
ゾン発生装置１０は、ガス供給源１４から供給された酸
素ガスから高周波放電、直流放電または紫外線による光
解離等の方法によってオゾンガスを生成する。生成され
たオゾンガスは、ガス供給管１３を通り各流量計８ａ、
８ｂ、８ｃを介してそれぞれノズル１１ａ、１１ｂ、１
１ｃから反射型マスク２、凸面鏡４および凹面鏡３に向
けて吹き付けられる。

【００３５】反射型マスク２にオゾンガスを吹き付ける
第１のノズル１１ａは、真空容器７内部の密閉状態を維
持できるように容器７壁面にフランジ（図示せず）を介
して設置されている。また、シュバルツシルドミラー１
２の凸面鏡４および凹面鏡３にオゾンガスを吹き付ける
第２、第３のノズル１１ｂ、１１ｃは、シュバルツシル
ドミラー１２の鏡筒９に設けられた開口にそれぞれ取り
付けられている。各ノズル１１から真空容器７内に導入
されるオゾンガスの圧力は、それぞれのノズル１１に対
応して設けられた流量計８を調整することで制御でき
る。なお、各ノズル１１の設置に際しては、Ｘ線６を遮
ることがないようにその取付位置を適宜設定しておく。

【００３６】以上のような構成のＸ線露光装置におい
て、ノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃからそれぞれ２sccm
のオゾンガス６３を反射型マスク２、シュバルツシルド
ミラー１２の凸面鏡４および凹面鏡３に吹き付けた。こ
の時の真空容器７内の圧力は、約６×10^-5Torrであっ
た。このような環境の下で、レジストを塗布したウエハ
５を前記ウエハステージに載置してＸ線による露光を行
い、ウエハ５（レジスト）に到達したＸ線のドーズ量
（単位面積当たりのＸ線強度）を測定した。その結果、
オゾンガスを吹き付けないで２×10^-6Torrの圧力の真空
中で露光した場合と同じ露光時間で、露光に必要な適正
なドーズ量が得られ、オゾンガス６３およびオゾン発生
装置１０で解離しなかった酸素によるＸ線の吸収は無視
できる程度に小さかった。

【００３７】また、反射型マスク２、凸面鏡４および凹
面鏡３にオゾンガス６３を常時照射しながら、Ｘ線によ
るレジストへの露光を1000回行ったところ、最後まで同
じ露光時間で適正なＸ線のドーズ量が得られ、レジスト
に到達するＸ線の強度の減少は認められなかった。比較
のために、オゾンガスを吹き付けずにレジストの露光を
行ったところ、十数回の露光を行うと同じ露光時間では
適正なドーズ量が得られなくなった。そして、50回露光
した後では適正なドーズ量を得るために露光時間を露光
開始時の２倍程度にまで延ばす必要が生じた。また、露
光されたパターンの解像力も低下した。この状態で、Ｘ
線は照射せずに、オゾンガス６３だけを反射型マスク
２、凸面鏡４および凹面鏡３に10分間吹き付けた。そし
て、再びＸ線を照射してレジストの露光を行ったとこ
ろ、最初の露光時間で適正なドーズ量が得られるように
なった。また、レジストの解像力も始めの状態まで回復
した。この結果から、オゾンガスの吹き付けることで、
光学素子（反射型マスク２、凹面鏡３および凸面鏡４）
の表面に析出した炭素が除去されて元の状態に回復した
ことが分かる。

【００３８】

【実施例４】図４は、前記第３発明の一実施例を示す概
略構成図である。図４において、図１と同一機能を有す
る構成要件については同一符号を付してその説明を適宜
省略する。本実施例のＸ線露光装置は、前記縮小投影光
学系として用いたシュバルツシルドミラー１２を構成す
る凸面鏡４４と凹面鏡４３に設けられた多層膜、および
反射型マスク４２の反射部として設けた多層膜として、
Mo／C の組み合わせの多層膜を用いている。また、反射
型マスク４２と凸面鏡４４を加熱する加熱手段として、
赤外線ランプと該ランプから出射した赤外線を反射型マ
スク４２または凸面鏡４４に向けて反射する反射板から
なる赤外線ヒーター３１を備えている。凸面鏡４４を加
熱する赤外線ヒーター３１ｂは、シュバルツシルドミラ
ー１２の鏡筒９に設けられた開口９ａを通して赤外線６
４が凸面鏡４４の表面に照射されるように設置されてい
る。反射型マスク４２と凸面鏡４４には熱電対（図示せ
ず）が取り付けられてそれぞれの温度を検出することが
でき、所望の温度となるように加熱することができる。
なお、これら赤外線ヒーター３１および熱電対等の設置
に際しては、Ｘ線６を遮ることがないようにその取付位
置を適宜設定しておく。また、本実施例においても実施
例１と同様の理由により、凹面鏡４３を加熱する手段は
設けていない。

【００３９】以上のような構成のＸ線露光装置におい
て、赤外線ヒーター３により反射型マスク４２と凸面鏡
４４とに赤外線６４を照射して両者共に約 500℃となる
ように加熱しながら、Ｘ線によるレジストへの露光を10
00回行った。その結果、1000回露光した後では、適正な
露光に必要なＸ線のドーズ量を得るために必要な露光時
間が１回目の露光の時よりも約５％長くなったが、解像
力の変化は認められなかった。これに対して、反射型マ
スク４２および凸面鏡４４を加熱をしないでレジストの
露光を行ったところ、十数回の露光を行った後では１回
目と同じ露光時間では適正なドーズ量が得られなくな
り、50回露光した後では適正なドーズ量を得るために必
要な露光時間は１回目のほぼ２倍となった。また、パタ
ーンの解像力も低下した。

【００４０】なお、加熱手段は赤外線ランプからなる赤
外線ヒーター３１に限定されるものではなく、他の加熱
手段を用いても同様の効果を得ることができる。

【００４１】

【実施例５】図５は、前記第４発明のＸ線露光装置に設
置される、表面に炭素を付着し難くする処理が施してあ
る光学素子またはマスクの部分的な概略断面図である。
このような光学素子またはマスクは、例えば、図１の装
置における凹面鏡３、凸面鏡４および反射型マスク２と
して用いるもので、ガラスまたはSiC 等のセラミクスか
らなる基板４３と、この基板４３上に形成された数10〜
数100 層の多層膜４２（図では層数を省略してある）
と、多層膜４２上に形成されたＰＴＦＥ（ポリテトラフ
ルオロエチレン）層４１とで構成されている。なお、反
射型マスクとして使用する場合は、多層膜４２上にタン
タルから成る吸収体を所望のパターン形状に形成してお
き、その後多層膜４２および吸収体上にＰＴＦＥ層４１
を形成した。この場合、前記吸収帯とＰＴＦＥ層４１と
の上下関係は特に限定する必要はないが、パターンを形
成する前記吸収体と多層膜４２間の密着性を増すために
はＰＴＦＥ層４１を最上面とした方が好ましい。ＰＴＦ
Ｅ層４１は、フッ素系プラスチックの一種で、これを素
子またはマスク上に形成されることで該素子またはマス
クの表面自由エネルギーを低くすることができる。

【００４２】これらＰＴＦＥ層４１が形成された光学素
子およびマスクを、Ｘ線光学系を構成するシュバルツシ
ルドミラーの凹面鏡と凸面鏡および反射型マスクとして
設置し、Ｘ線によるレジストへの露光を1000回行った。
その結果、1000回露光した後では、適正な露光に必要な
Ｘ線のドーズ量を得るために必要な露光時間が１回目の
露光の時よりも約５％長くなったが、解像力の変化は認
められなかった。これに対して、ＰＴＦＥ層を設けてい
ない凹面鏡、凸面鏡および反射型マスクを用いた他は同
様の条件を設定してレジストの露光を行ったところ、十
数回の露光を行った後では１回目と同じ露光時間では適
正なドーズ量が得られなくなった。そして、50回露光し
た後では適正なドーズ量を得るために必要な露光時間は
１回目のほぼ２倍となった。また、パターンの解像力も
低下した。

【００４３】なお、本実施例では炭素の付着を防止する
表面処理として光学素子およびマスクの表面にＰＴＦＥ
層を形成した。しかし、表面処理はこれに限定されるも
のではなく、他の有効な処理を施しても良い。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、Ｘ線露光
装置を構成する光学素子やマスク表面に炭素被膜か析出
するのを防止することができる。そのため、光学素子と
して用いる多層膜ミラーの反射率の低下やマスクのコン
トラストの低下を防ぐことが可能となる。その結果、Ｘ
線露光装置において長期間にわたる高いスループットと
高解像力を維持することが可能となる。

【００４５】また、酸素イオンビームまたはオゾンを吹
き付ける場合（請求項１および２）では、炭素被膜の析
出を防止するだけでなく、既に析出した炭素被膜を除去
することも可能である。さらに、オゾンを吹き付けるよ
うに構成した場合は、露光装置における真空容器内には
細いノズルを取り付けるだけで済み、該装置を構成する
際に設計の自由度が増すという利点がある。

【００４６】なお、各実施例では縮小投影光学系に２枚
の球面鏡からなるシュバルツシルドミラーを用いた場合
について説明したが、さらに球面鏡の枚数の多い光学系
または非球面鏡を用いた光学系に対しても本発明は有効
に機能するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、請求項１記載の発明の一実施例を示す概略
構成図であり、反射型マスクを用いた縮小投影型のＸ線
露光装置の主要部を示している。

【図２】は、請求項１記載の発明の一実施例を示す概略
構成図であり、透過型マスクを用いた縮小投影型のＸ線
露光装置の主要部を示している。

【図３】は、請求項２記載の発明の一実施例を示す概略
構成図であり、反射型マスクを用いた縮小投影型のＸ線
露光装置の主要部を示している。

【図４】は、請求項３記載の発明の一実施例を示す概略
構成図であり、反射型マスクを用いた縮小投影型のＸ線
露光装置の主要部を示している。

【図５】は、請求項４記載のＸ線露光装置に設置され
る、表面に炭素を付着し難くする処理が施してある光学
素子またはマスクの部分的な概略断面図である。

【主要部分の符号の説明】

１イオン源２反射型マスク３凹面鏡４凸面鏡５ウエハ６Ｘ線７真空容器８流量計９鏡筒１０オゾン発生装置１１ノズル１２シュバルツシルドミラー１４ガス供給源２２透過型マスク３１赤外線ヒーター５１ＰＴＦＥ層５２多層膜５３基板６１酸素イオンビーム６３オゾンガス６４赤外線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所望のパターンが形成されたマスクおよ
び光学素子からなり、該マスクにＸ線を照射して前記パ
ターンをウエハ上に投影するＸ線光学系と、該Ｘ線光学系を真空空間中に保持する真空容器とを有す
るＸ線露光装置において、前記光学素子およびマスクの表面の少なくとも１つの面
に酸素のイオンビームを照射する手段を有することを特
徴とするＸ線露光装置。
【請求項２】所望のパターンが形成されたマスクおよ
び光学素子からなり、該マスクにＸ線を照射して前記パ
ターンをウエハ上に投影するＸ線光学系と、該Ｘ線光学系を真空空間中に保持する真空容器とを有す
るＸ線露光装置において、前記光学素子およびマスクの表面の少なくとも１つの面
にオゾンガスを吹き付ける手段を有することを特徴とす
るＸ線露光装置。
【請求項３】所望のパターンが形成されたマスクおよ
び光学素子からなり、該マスクにＸ線を照射して前記パ
ターンをウエハ上に投影するＸ線光学系と、該Ｘ線光学系を真空空間中に保持する真空容器とを有す
るＸ線露光装置において、前記光学素子およびマスクの表面の少なくとも１つの面
を加熱する加熱手段を有することを特徴とするＸ線露光
装置。
【請求項４】所望のパターンが形成されたマスクおよ
び光学素子からなり、該マスクにＸ線を照射して前記パ
ターンをウエハ上に投影するＸ線光学系と、該Ｘ線光学系を真空空間中に保持する真空容器とを有す
るＸ線露光装置において、前記光学素子およびマスクの表面の少なくとも１つの面
に炭素を付着し難くする処理が施してあることを特徴と
するＸ線露光装置。