JPH06177018A

JPH06177018A - 光学素子および光学素子の照明方法並びに投影露光装置

Info

Publication number: JPH06177018A
Application number: JP32647492A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Oiizumi; 博昭老泉; Masaaki Ito; 昌昭伊東; Eiji Takeda; 英次武田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-12-07
Filing date: 1992-12-07
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体パタンの転写に用いる、解像力を増加
させた反射型マスク等の光学素子を得る。【構成】隣接または近接する高反射領域パタンの反射
ビームの位相を反転するように、多層膜２２および２２
１形成の材料膜厚を調節し、多層膜２２および２２１形
成の積層順を逆にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空紫外線またはＸ線
の露光あるいは照射により、像形成を行う光学素子およ
びその照明方法と投影露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの固体素子の集積度および動作速
度を向上するため、回路パタンの微細化が進んでいる。
現在これらパタンの形成には、紫外線を露光光源とする
縮小投影露光法が広く用いられている。上記露光法の解
像度は、およそ露光波長λと投影光学系の開口数ＮＡに
依存する。解像限界の向上は開口数ＮＡを大きくとるこ
とにより行われてきた。しかし、上記方法は焦点深度の
減少と屈折光学系（レンズ）設計および製造技術の困難
から、限界に近づきつつある。このため、露光波長λを
短くする手段が行われている。例えば、水銀ランプのｇ
線（λ＝４３５．８ｎｍ）からｉ線（λ＝３６５ｎ
ｍ）、さらにＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）
等である。露光波長の短波長化により解像度は向上す
る。しかし、露光に用いる紫外線の波長の大きさからく
る原理的な限界により、０．１μｍ（１００ｎｍ）以下
の解像度を得ることは不可能に近い。

【０００３】一方、微細パタンの形成方法に、露光に用
いる光の波長をおよそ０．５ｎｍから２ｎｍの軟Ｘ線と
する近接等倍Ｘ線リソグラフィがある。この方法は露光
波長が短いため、原理的に０．１μｍ以下の高い解像度
を得られる可能性がある。一般に所望の素子に回路パタ
ンを形成するためには、ウェハ上のレジストにマスク上
のパタンを転写する。上記近接等倍Ｘ線リソグラフィで
は等倍Ｘ線マスクと呼ばれる透過型マスクが用いられ
る。等倍Ｘ線マスクにおいてＸ線が透過する部分は、メ
ンブレンと呼ばれるＳｉ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ｃ等の軽元
素材料で形成された、通常２μｍ程度の厚さの薄膜から
なる。上記等倍Ｘ線マスクにおけるＸ線が吸収する部分
として、メンブレン上には、吸収体と呼ばれる厚さが
０．５μｍ〜１．０μｍ程度でＷ、Ａｕ、Ｔａ等の重金
属からなる回路パタンが形成されている。上記等倍Ｘ線
マスクは非常に剛性が弱いメンブレンの上に回路パタン
が形成されているため、上記吸収体の重金属の内部応力
やＸ線マスクを所定の露光装置に装着する際の外力等
で、回路パタンに歪みを生じ、所望の回路パタンをウェ
ハ上のレジストに転写できないという問題が起ってい
る。とくに近接等倍Ｘ線リソグラフィでは、等倍Ｘ線マ
スクのパタンが１対１の等倍でレジストに転写されるた
め、等倍Ｘ線マスク上のパタンの歪みはレジストに１対
１で転写される。剛性が弱い等倍Ｘ線マスクのパタンに
歪みを生じる問題は、近接等倍Ｘ線リソグラフィで大き
な課題になっている。

【０００４】上記のような背景をもとに、近年、真空紫
外線または軟Ｘ線を露光光源にした縮小Ｘ線リソグラフ
ィ（Ｘ線縮小投影露光法ともいう）が注目を浴びてい
る。例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジクス（Japanese Journal of Applied Phys
ics）（１９９１）、３０号、１１Ｂ巻、３０５１頁に
記載されている。図５はＸ線縮小投影露光法の露光光学
系の例を示す図である。真空紫外線または軟Ｘ線４１１
を露光光源とし、θなる入射角４２で斜めに入射して反
射型マスク８１を照明する。入射角４２は種々の光学系
で異なるが、およそ１°から１５°程度である。上記露
光光学系では作業領域を作るために入射角４２を０°と
することはできない。上記反射型マスク８１は真空紫外
線または軟Ｘ線４１１を正反射することができる多層膜
２が形成されている。多層膜２には所定のパタンが形成
されており、上記反射型マスク８１から反射した真空紫
外線または軟Ｘ線４１１は凸ミラー９２で反射し、さら
に凹ミラー９１で反射してウェハ８２上で結像する。上
記凸ミラー９２および凹ミラー９１には多層膜７がそれ
ぞれ形成されている。一般に上記のような光学系におい
て、図５のようにｘｙｚ座標系をとるとき、ｘ方向を子
午方向、ｙ方向を球欠方向と呼ぶ。露光、照明に用いる
真空紫外線または軟Ｘ線の波長はおよそ２０ｎｍから５
ｎｍ程度であるので、露光光の波長の大きさからくる原
理的な解像力は向上する。

【０００５】Ｘ線縮小投影露光法に用いる反射型Ｘ線マ
スクは、例えば図６（ａ）に示すように基板１上の多層
膜２の所定の部分を除去して、多層膜２がない部分すな
わち非反射部３を形成したものである。ここで上記反射
鏡やＸ線マスク等の光学素子として使用する基板１に
は、高い反射率を得るために粗さがない超平滑基板が必
要であり、一般には高価になる。また、図６（ｂ）に示
すように、基板１の多層膜２に所定のパタンに応じてイ
オンビーム５を走査、入射させ、上記イオンビーム５が
入射した多層膜２の多層膜界面を破壊し変質させて、上
記入射部分に非反射部３を形成する。上記のように界面
を破壊された多層膜２はＸ線等を反射できない。さらに
特開昭６４−４０２１号公報に記載されたように、超平
滑基板１に直接付着した多層膜２の上に所定の厚さおよ
び形を有する吸収体パタン３５を形成し、図６（ｃ）に
示すように非反射部とする反射型マスクの例もある。

【０００６】上記のようなＸ線縮小投影露光を用いた露
光波長の短波長化により、０．１μｍ幅以下のレジスト
パタンの形成も可能になってきている。しかし、解像力
を上げるための短波長化または高ＮＡ化にはおのずと限
度がある。焦点深度や反射光学系の光軸と作業領域等の
兼ね合いから、ＮＡの大きさに制限が生じる。また、短
波長化のためには短波長の軟Ｘ線を正反射できる多層膜
反射鏡が必要になるが、短波長用多層膜の周期長は非常
に短くなる。例えば、露光波長を５ｎｍとすると、多層
膜の周期長は約２．５ｎｍであり、１層当りでは約１．
２５ｎｍになる。また露光波長が５ｎｍ程度の領域で
は、高い反射率を得るために積層対数を約２００（合計
４００層）程とする必要がある。このような短周期の膜
を数１００層以上にわたり安定に積層して、短波長のＸ
線に対し高い反射率を有する多層膜を製作するのはかな
り困難になる。

【０００７】上記問題を回避するために、特開平４−１
１８９１４に開示された反射型マスクがある。図７に本
マスクの断面とこのマスクにＸ線等を照明したときの結
像または転写された像パタンの振幅および強度分布を示
す。あらかじめマスクの元の基板１１の所望の場所に、
自然数をｎ、露光または照射に用いる真空紫外線または
Ｘ線の波長をλ、入射角をθとするとき、およそλ・
（２ｎ−１）／（４・cosθ）で与えられる段差Δ２２
０１を付けておき、その上に多層膜２１を積層し多層膜
パタン２２を形成する。所定のパタンと近接または隣接
する上記反射率が高い領域のパタンとの高さの差が、上
記段差λ・（２ｎ−１）／（４・cosθ）となるように
配置すると、結像光学系の解像限界を超えた微細パタン
の転写、結像が可能になる。上記段差Δ２２０１を付け
ることにより、近接または隣接するパタンに入射し反射
する光の光路長が、真空中で反射光の位相をおよそ±
（２ｎ−１）・πだけずらすように設定しているため、
近接または隣接するパタンの境界における光の振幅が互
いに打ち消しあい、結像または転写された像パタンのコ
ントラストが増加する。図８は従来のマスクの断面と該
マスクにＸ線等を照明したときの結像または転写された
像パタンの振幅および強度分布を示す。近接または隣接
するパタンの境界における光の振幅が互いに重なり合
い、結像または転写された像パタンのコントラストが低
下している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近接ま
たは隣接するパタンに入射し反射する光の光路長は、上
記段差λ・（２ｎ−１）／（４・cosθ）をつけて、真
空中で反射光の位相がおよそ（２ｎ−１）・πだけずれ
るようにしているため、照明または露光中のマスクの雰
囲気は真空中に限定されていた。上記雰囲気が真空中で
ないとすると、照明光である真空紫外線またはＸ線等に
対する光路における雰囲気の屈折率が１ではなくなるの
で、マスクのパタンにλ・（２ｎ−１）／（４・cos
θ）の段差をつけても、反射光の位相がおよそ（２ｎ−
１）・πだけずれなくなり、位相が完全には反転しな
い。位相が完全に反転しないと、近接または隣接するパ
タンの境界における反射光の振幅が互いに打ち消せなく
なり、結像または転写された像パタンのコントラストが
増加しないという問題が生じる。また、照明光である真
空紫外線またはＸ線等に対する光路における雰囲気の屈
折率に応じて、反射光の位相がおよそ（２ｎ−１）・π
だけずれるように上記段差を形成することは可能である
が、光路での雰囲気を形成する物質が異なったり雰囲気
を形成する物質の圧力が異なると、照明光である真空紫
外線またはＸ線等に対する光路での雰囲気の屈折率が変
化するので、一度段差を形成したマスクを使用するの
は、限られた条件だけに制限される。また、異なる雰囲
気に応じて段差を調節したマスクを種々用意しなければ
ならない。

【０００９】さらに、真空中のマスクの照明ではつぎの
ような問題が生じる。照明光源としては、例えばシンク
ロトロン放射光が考えられる。シンクロトロン放射光は
強度が強く波長に対してバンド幅を有する。すなわち、
連続スペクトルを有する光源である。反射型マスクの入
射光に対して反射率が低い領域では、入射光が上記マス
クにほとんど吸収される。多層膜が形成されている反射
率が高い領域では反射率が１００％ではない。また多層
膜は、多層膜の周期長と入射角で決まるブラッグ条件を
ほぼ満たす波長を有する光だけを反射するので、シンク
ロトロン放射光のようなバンド幅を有する光源の一部の
波長領域だけ反射する。このため、入射光が反射しない
入射光成分はマスクに吸収され、大半は熱エネルギにな
る。この熱によってマスクが照明されている間、上記マ
スクの温度は上昇しマスクが熱膨張する。したがって、
マスクの熱膨張により、Ｘ線縮小投影露光でマスクのパ
タンをウェハ上のレジストに、所望のパタンとして結
像、転写できないという問題が生じる。特に光源がシン
クロトロン放射光のような強度が強い光源である時に
は、照明しているマスク等の光学素子の表面近傍が熱膨
張する場合がある。上記熱膨張を回避するために光学素
子の裏面から冷却媒体を接して冷却し、光学素子の温度
上昇を回避することが、よく行われる。この冷却方法は
熱平衡状態が成り立つ場合には有効である。しかし、上
記したように照明しているマスク等の光学素子の表面近
傍が熱膨張する現象は非平衡状態であるため、上記光学
素子の裏面からの冷却では表面近傍が熱膨張する現象を
回避できない。

【００１０】上記問題を避けるため特開昭６３−３１２
６４０号公報に記載のように、マスクをＨｅ等の冷却媒
体の雰囲気中で照明し、照明中のマスクの熱膨張を回避
することが行われている。この冷却は照明中の光学素子
表面から冷却媒体への熱伝導または輻射によってマスク
表面を冷却するので、マスク表面近傍が熱膨張する現象
を回避するのに有効である。しかし、上記特開平４−１
１８９１４号公報に開示されている反射型マスクは、近
接または隣接するパタンに入射し反射する光の光路長
が、真空中で反射光の位相をおよそ（２ｎ−１）・πだ
けずれるように、λ・（２ｎ−１）／（４・cosθ）の
段差をマスクにつけているので、照明または露光中の上
記マスクの雰囲気は真空中に限定される。上記段差を形
成して反射光に位相差を設けるマスクを、Ｈｅ等の冷却
媒体の雰囲気中で照明すると、近接または隣接するパタ
ンから反射する光の位相は完全には反転しないので、像
パタンのコントラストがあまり向上しない。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題は、基板上に、
真空紫外線またはＸ線に対し光学定数が異なる少なくと
も２種類の物質を交互に積層した多層膜を形成し、真空
紫外線またはＸ線に対し相対的に反射率が高い領域と反
射率が低い領域とを、所定のパタンに応じて上記多層膜
に配置した光学素子において、隣接または近接する反射
率が高い領域におけるパタンの多層膜を、該多層膜を形
成する物質の形成順を逆にした構造とし、隣接または近
接する反射率が高い領域からの反射光の位相差が、およ
そπまたは（２ｎ−１）・πになるように上記多層膜を
形成する物質の膜厚を調整し、隣接または近接する反射
率が高い領域と、相対的に反射率が高い領域とが同一平
面となるように構成することにより達成される。

【００１２】

【作用】本発明の光学素子は、基板に多層膜を形成し、
真空紫外線またはＸ線に対して相対的に反射率が高い領
域と反射率が低い領域とを、所定のパタンに応じて配置
した光学素子において、隣接または近接する反射率が高
い領域のパタンにおける多層膜を、該多層膜を形成する
少なくとも２種類の物質の形成順を逆にした構造とし、
隣接または近接する反射率が高い領域からの反射光の位
相差が、およそπまたは（２ｎ−１）・πになるように
多層膜を形成する物質の膜厚を調整し、反射率が高い領
域と隣接または近接する反射率が高い領域とを同一平面
にした構造であるので、光学素子の相対的に反射率が高
い領域におけるパタンには段差がない。本光学素子の断
面構造と、本光学素子にＸ線等を照明したときの結像ま
たは転写された像パタンの振幅および強度分布を図１に
示す。光学素子に形成された多層膜を較正する材料を、
例えばＭｏ等のＡ材料２３１とＳｉ等のＢ材料２３２と
する。図１（ａ）に示すように反射率が高い領域のパタ
ンを形成する多層膜２２は基板１１からＡ材料２３１が
形成され、つぎにＢ材料２３２が形成され、以下Ａ材料
とＢ材料とが交互にＡ／Ｂ／Ａ／Ｂ／……／Ａ／Ｂにな
るように形成されて、多層膜の表面にはＢ材料２３２が
露出している。一方、上記反射率が高い領域に近接また
は隣接するパタンの多層膜２２１は、基板１１からＢ材
料２３２が形成され、つぎにＡ材料２３１が形成され、
以下Ｂ材料とＡ材料とが交互にＢ／Ａ／Ｂ／Ａ……／Ｂ
／Ａになるように形成されて、多層膜の表面にはＡ材料
２３１が露出している。それぞれの積層対数は同じで多
層膜全体の膜厚は等しく、表面までの厚さは一致してお
り光路長はそれぞれ同じである。それぞれの表面から反
射される光の位相はおよそ（２ｎ−１）・πだけ変化し
ている。図１（ｂ）に示すように、近接または隣接する
パタンの境界における光の振幅は互いに打ち消しあい、
結像または転写された像パタンのコントラストは図１
（ｃ）に示すように増加する。位相の変化量はπラジア
ンに対して５％以内の精度で一致するのが望ましい。こ
の精度を超えると、近接または隣接するパタンの境界に
おける光の振幅が互いに完全に打ち消し合うことは困難
となり、結像または転写された像パタンのコントラスト
はあまり増加しないことがある。

【００１３】図９はＭｏ／Ｓｉ多層膜とＳｉ／Ｍｏ多層
膜とにおける積層数と多層膜から反射したＸ線の位相を
示す図で、（ａ）に示す３．４０ｎｍ厚のＭｏ層と３．
２２ｎｍ厚のＳｉ層とを交互に５０層対（合計１００
層）まで積層した最表面をＳｉ層とする多層膜と、
（ｂ）に示す３．２２ｎｍ厚のＳｉ層と３．４０ｎｍ厚
のＭｏ層とを交互に５０層対（合計１００層）まで積層
した多層膜とに、それぞれ入射角５°で波長１３ｎｍの
Ｘ線を入射したときに、上記多層膜から反射したＸ線の
位相を積層数に対して図示したものである。ただし、各
位相はその主値（−π〜π）を示している。それぞれの
同じ積層対数の多層膜から反射したＸ線の位相差は３．
１３８ラジアンであり、πラジアンに対して約１％以内
の精度で一致している。多層膜を形成する少なくとも２
種類の材料を積層する順番が逆で積層対数が同じ多層膜
は、同じ厚さを有する。したがって、反射率が高い領域
のパタンでは、マスクのパタンをウェハ上のレジスト
に、所望のパタンを結像し転写する際に、マスクとウェ
ハとの光路長は同じであるから、本発明の光学素子であ
るマスクの雰囲気は真空中に限定されず、光学素子を照
明する際の雰囲気は問わない。光学素子を照明する際の
雰囲気はＸ線等の照明光の強度をなるべく損わないた
め、例えば減圧Ｈｅ等の雰囲気が望ましい。上記Ｈｅ等
の雰囲気の圧力は、照明光の強度と光学素子のエネルギ
吸収量と冷媒雰囲気の冷却能力すなわち熱伝導率に応じ
て、決定されるのが望ましい。

【００１４】

【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図１は本発明による光学素子の一実施例を示し、
（ａ）は断面図、（ｂ）は結像パタン振幅を示す図、
（ｃ）は結像パタンの強度分布を示す図、図２は上記実
施例の製造工程を（ａ）〜（ｅ）にそれぞれ示す図、図
３（ａ）〜（ｄ）は上記実施例で形成した光学素子のパ
タン例を示す図、図４は上記光学素子をＸ線縮小投影露
光する本発明の投影露光装置の一実施例を示す図であ
る。

【００１５】図１に示す本発明の光学素子は一例として
反射型Ｘ線マスクを示し、（ａ）は素子の断面図であ
る。高い反射率を得るために超平滑面を有するシリコン
またはＳｉＣ基板１１を用い、その上にＭｏ等のＡ材料
２３１とＳｉ等のＢ材料２３２とを交互に積層し表面に
Ｂ材料２３２を露出したパタンを形成する多層膜２２
と、上記基板１１上にＳｉ等のＢ材料２３２とＭｏ等の
Ａ材料２３１とを交互に積層し表面にＡ材料２３１を露
出したパタンを形成した多層膜２２１とを、所定のパタ
ンに応じて配置し形成している。上記Ａ材料２３１とＢ
材料２３２とからなる多層膜は、真空紫外線またはＸ線
に対して反射率が高い領域である。上記多層膜における
Ａ材料２３１とＢ材料２３２の２種類の物質は、上記パ
タン形成多層膜２２と２２１とではそれぞれ形成順序が
逆であり、隣接または近接するこれらの多層膜の反射率
が高い領域からの反射光の位相差は、およそπまたは
（２ｎ−１）・πになるように上記各材料の物質の膜厚
を調整し、上記反射率が高い領域は同一平面になるよう
に形成している。

【００１６】上記多層膜はそれぞれの積層対数が同じ
で、多層膜全体の膜厚が等しく表面の高さが一致してい
るため、光路長はいずれも同じで、反射光の位相はおよ
そ（２ｎ−１）・πだけ変化している。したがって、隣
接または近接するパタン境界における反射光の振幅は、
（ｂ）に示すように互いに打ち消しあうため（ｃ）に示
すような反射光の強度分布となり、結像または転写され
た像パタンのコントラストを増加させることができる。

【００１７】図２は上記実施例の製造工程の一部を示す
ものである。超平滑面を有するシリコンまたはＳｉＣか
らなる基板１１に、スパッタリング蒸着法の１つである
マグネトロンスパッタリング法で、上部に積層する多層
膜を除去する際に上記基板１１を保護するアルミニウム
（Ａｌ）膜１１９を２００ｎｍ程蒸着する。この時、ス
パッタリングガスの圧力はできるだけ低圧が望ましい。
つぎに同様にして、モリブデン（Ｍｏ）膜のＡ材料２３
１を３．４０ｎｍ厚およびシリコン（Ｓｉ）膜のＢ材料
２３２を３．２２ｎｍ厚を、交互に５０対（合計１００
層）積層して多層膜２を形成する。上記多層膜２の表面
には（ａ）に示すようにＳｉ膜のＢ材料２３２が露出し
ている。その上にレジストを塗布し、パタン形成方法の
リソグラフィの１つである電子線リソグラフィにより
（ｂ）に示すレジストパタン３８を形成し、上記レジス
トパタン３８をマスクにして反応性イオンエッチングを
行い、（ｃ）に示すように上記多層膜２を除去し、多層
膜のパタン２２を形成する。ここで、あらかじめ基板に
レジストパタンを形成してから多層膜を形成し、リフト
オフ法により多層膜パタンを形成してもよい。さらに酸
素プラズマアッシャによりレジストを除去した。つぎに
（ｄ）に示すように、レジストを全面塗布し、再度電子
線リソグラフィでレジストパタン３８８を形成する。レ
ジストパタン３８８の形成に際し、基準マークを用いた
電子線描画を行った。その後、Ｓｉ膜のＢ材料２３２を
３．２２ｎｍ厚、Ｍｏ膜のＡ材料２３１を３．４０ｎｍ
厚を、交互に５０対（合計１００層）積層して多層膜２
１を形成する。上記多層膜２１の表面はＭｏが露出して
いる。リフトオフ法により上記レジストパタン３８８お
よびその上に積層した多層膜を除去し、（ｅ）に示すよ
うな多層膜パタン２２１を形成する。なお、上記リフト
オフの後、イオンビームを上記多層膜パタン２２１に照
射、走査して、多層膜パタンの形成または寸法の制御を
してもよい。

【００１８】またマスク形成後に反射率とパタンの外観
検査を行い、パタンの欠陥の有無を評価することもでき
る。欠陥が存在していた場合は、マスク全面から多層膜
を形成する１周期（１層対）ごとに欠陥があるところま
でエッチングを行い、パタンの修正を行ってもよい。こ
の場合、エッチングにより多層膜の積層数が減ることで
反射率が低下しないように、多層膜の積層数を所望のＸ
線等に対する反射率が飽和する積層数以上に多くしてお
くことが望ましい。

【００１９】図３は上記実施例により形成した反射マス
クのパタンの例を示す図で、（ａ）は多層膜表面にＡ材
料とＢ材料とが近接してストライプ状に配置されたパタ
ンを示す図、（ｂ）はＡ材料を中心にした周囲にＢ材料
を近接して配置したパタンを示す図、（ｃ）はＡ材料の
周囲に隣接してＢ材料を配置したパタンを示す図、
（ｄ）はＢ材料に隣接して両側にＡ材料を配置したパタ
ンを示す図である。図において、２２はパタン表面に露
出した反射率が高い領域のＡ材料が示すパタンで、２２
０３は反射する真空紫外線またはＸ線の位相が隣接また
は近接するパタンに対して、結像面で（２ｎ−１）・π
だけずれている（ただしｎは自然数）反射率が高い領域
に露出したＢ材料が示すパタンである。

【００２０】図４は上記実施例で製作した光学素子のマ
スクを装着して転写実験を行ったＸ線投影露光装置の一
実施例を示す図である。図において、マスク８１は冷媒
である減圧Ｈｅ９８に満たされたマスク室９９のマスク
ステージ８３に搭載され、上記マスク室９９はＳｉＮ膜
で形成された円弧状の窓９７で光学系と分離されてい
る。冷媒である減圧Ｈｅ９８は上記マスク室９９内を循
環し、その温度は温度調節部１００により制御されてい
る。ウェハ８２はウェハステージ８４に搭載されてい
る。まず、マスク８１とウェハ８２との相対位置をアラ
イメント装置８５を用いて検出し、制御装置８６により
駆動装置８７、８８を介して位置合せを行う。Ｘ線源８
９から放射されたＸ線を反射鏡９０で集光し、マスク８
１上の円弧領域を照明する。マスク８１と入射Ｘ線との
位置関係は、より細いパタンの短軸方向を入射Ｘ線の球
欠方向、より細いパタンの長軸方向が入射Ｘ線の子午方
向になるように設定した。マスク８１で反射したＸ線は
波長１３ｎｍ近傍のＸ線からなり、反射鏡９１、９２、
９３および９４からなる結像光学系９５により、ウェハ
８２上に倍率１／５で結像する。上記反射鏡９１、９
２、９３および９４はマスク８１と同様なＭｏ／Ｓｉ系
多層膜を蒸着し、各多層膜の周期長は反射Ｘ線の波長が
一致するように調節されている。マスク８１とウェハ８
２とを倍率に応じて同期走査し、マスク全面のパタンを
ウェハ８２に転写した。このような方法により、ウェハ
８２上の２０ｍｍ角の領域で０．０７μｍ幅のパタンを
得ることができた。

【００２１】本実施例ではＭｏ／Ｓｉ系多層膜の場合に
ついてだけ説明したが、本発明は上記材料に制限される
ことなく、例えば、ＮｉＣｒ／Ｃ、Ｎｉ／Ｖ、Ｎｉ／Ｔ
ｉ、Ｗ／Ｃ、Ｒｕ／Ｃ、Ｒｈ／Ｃ、Ｒｕ／ＢＮ、Ｒｈ／
Ｂ₄Ｃ、ＲｈＲｕ／ＢＮ、Ｒｕ／Ｂ₄Ｃ、Ｍｏ／Ｓｉ、Ｐ
ｄ／ＢＮ、Ａｇ／ＢＮ、Ｍｏ／ＳｉＮ、Ｍｏ／Ｂ₄Ｃ、
Ｍｏ／Ｃ、Ｒｕ／Ｂｅなどの多層膜や、Ｍｏ／Ｃ／Ｓｉ
系やＣＭｏ／Ｃ／Ｓｉ／Ｃ系等の３層周期や４層周期を
有するような多元系の多層膜でも、実施可能である。ま
た、上記露光装置のマスク室９９における円弧状の窓９
７の材料としては、ＳｉＮの他に、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｂ
Ｎ、ポリイミド、Ｃ膜等の軽元素材料も使用できる。

【００２２】また、本実施例は反射型マスクの場合につ
いてだけ説明したが、上記反射型マスクに何ら限定され
ることなく、回折格子やリニアゾーンプレートなどの反
射面に微細パタンを有する光学素子にも適用が可能であ
る。

【００２３】

【発明の効果】上記のように本発明による光学素子およ
び光学素子の照明方法並びに投影露光装置は、基板上
に、真空紫外線またはＸ線に対し光学定数が異なる少な
くとも２種類の物質を交互に積層した多層膜を形成し、
真空紫外線またはＸ線に対し相対的に反射率が高い領域
と反射率が低い領域とを、所定のパタンに応じて上記多
層膜に配置した光学素子において、隣接または近接する
反射率が高い領域におけるパタンの多層膜は、該多層膜
を形成する物質の形成順を逆にした構造とし、上記反射
率が高い領域からの反射光の位相差がおよそπまたは
（２ｎ−１）・πになるように、上記物質の膜厚を調整
し、隣接または近接する反射率が高い領域を同一平面に
したことにより、上記反射率が高い領域のパタンに段差
がなく光路長が同じなので、真空中以外の雰囲気でも本
光学素子を照明、結像、転写することによって、隣接ま
たは近接する上記反射率が高い領域のパタンから反射す
るビームの位相が反転し、隣接または近接するパタンの
コントラストを増加させ、パタン像の解像性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学素子の一実施例を示す図で、
（ａ）は上記光学素子である反射型マスクの断面図、
（ｂ）はパタン反射光の振幅を示す図、（ｃ）は上記パ
タン反射光の強度分布を示す図である。

【図２】上記実施例の製造工程を（ａ）〜（ｅ）にそれ
ぞれ示す図である。

【図３】上記実施例で形成した反射マスクのパタン例を
示す図で、（ａ）は多層膜表面にＡ材料とＢ材料とを近
接してストライプ状に配置したパタン図、（ｂ）はＡ材
料を中心とし周囲に近接してＢ材料を配置したパタン
図、（ｃ）はＡ材料の周囲に隣接してＢ材料を配置した
パタン図、（ｄ）はＢ材料に隣接して両側Ａ材料を配置
したパタン図である。

【図４】上記反射型マスクを装着してＸ線縮小投影露光
する本発明の投影露光装置の一実施例を示す図である。

【図５】従来のＸ線縮小投影露光法の露光光学系を示す
図である。

【図６】従来の反射型マスクを示す図で、（ａ）は多層
膜の所定の部分を除去した例を示す図、（ｂ）は上記所
定部分にイオンビームを照射した例を示す図、（ｃ）は
多層膜上に所定の吸収体パタンを形成した例を示す図で
ある。

【図７】反射率が高い領域に段差を有する従来の反射型
マスクを示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）はパタン反
射光の振幅図、（ｃ）は上記パタン反射光の強度分布図
である。

【図８】従来の反射型マスクを示す図で、（ａ）は断面
図、（ｂ）はパタン反射光の振幅図、（ｃ）は上記パタ
ン反射光の強度分布図である。

【図９】Ｍｏ／Ｓｉ多層膜とＳｉ／Ｍｏ多層膜との積層
数と上記多層膜から反射したＸ線の位相を示す図で、
（ａ）はＭｏ層とＳｉ層との多層膜の場合を示し、
（ｂ）はＳｉ層とＭｏ層との多層膜の場合をそれぞれ示
す図である。

【符号の説明】

１１…基板２１…多層膜２２、２２１…パタンを形成する多層膜８７、８８…位置決め手段８９…光源９５…結像光学系９７…分離窓９８…冷却媒体２３１、２３２…２種類の物質（Ａ材料とＢ材料）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、真空紫外線またはＸ線に対し光
学定数が異なる少なくとも２種類の物質を交互に積層し
た多層膜を形成し、真空紫外線またはＸ線に対し相対的
に反射率が高い領域と反射率が低い領域とを、所定のパ
タンに応じて上記多層膜に配置した光学素子において、
隣接または近接する反射率が高い領域におけるパタンの
多層膜は、該多層膜を形成する物質の形成順を逆にした
構造であることを特徴とする光学素子。
【請求項２】上記多層膜を形成する少なくとも２種類の
物質は、隣接または近接する反射率が高い領域からの反
射光の位相差が、およそπまたは（２ｎ−１）πになる
ように、上記物質の膜厚を調整することを特徴とする請
求項１記載の光学素子。
【請求項３】上記隣接または近接する反射率が高い領域
は、上記相対的に反射率が高い領域と同一平面にあるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載の光学素
子。
【請求項４】上記隣接または近接する反射率が高い領域
は、上記相対的に反射率が高い領域と、同一積層対数の
多層膜からなることを特徴とする請求項１から請求項３
のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】上記隣接または近接する反射率が高い領域
は、上記相対的に反射率が高い領域と、多層膜表面の物
質が異なることを特徴とする請求項１から請求項４のい
ずれかに記載の光学素子。
【請求項６】基板上に、真空紫外線またはＸ線に対し光
学定数が異なる少なくとも２種類の物質を交互に積層し
た多層膜を形成し、真空紫外線またはＸ線に対し相対的
に反射率が高い領域と反射率が低い領域とを、所定のパ
タンに応じて上記多層膜に配置した光学素子を照明する
光学素子の照明方法において、上記光学素子を取り巻く
照明雰囲気が真空以外であることを特徴とする光学素子
の照明方法。
【請求項７】真空紫外線またはＸ線のビームを放射する
光源と、上記ビームを光学素子に照射する照明手段と、
上記光学素子からの反射ビームをある基板上に集光する
結像光学手段と、上記光学素子と上記基板とを所望の位
置に移動または位置決めする位置決め手段とからなる投
影露光装置において、上記光学素子を冷却する媒体と上
記結像光学手段とを分離する窓を、有することを特徴と
する投影露光装置。
【請求項８】上記真空紫外線またはＸ線のビームを放射
する光源は、シンクロトロン放射光であることを特徴と
する請求項７記載の投影露光装置。