JPH11326598A

JPH11326598A - 反射鏡およびその製造方法

Info

Publication number: JPH11326598A
Application number: JP10140405A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Murakami; 勝彦村上; Tokio Kato; 登樹雄加藤; Kuninori Shinada; 邦典品田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】形状誤差および表面粗さが小さく、しかもＸ
線などの照射光に起因する熱変形を充分小さく抑えるこ
とのできる反射鏡とその製造方法を提供する。【解決手段】金属製基板１の上に非晶質２の薄膜が形
成され、その上に所定波長のＸ線を反射する多層膜３が
形成されている。反射鏡に入射するＸ線によって発生す
る熱を反射鏡の裏面に設けられた冷却装置側に効率よく
逃すために、基板として金属性基板１を使用している。
よって、熱変形によって生じる形状誤差が小さくなる。
金属製基板１はその表面粗さを小さくすることが困難で
ある。よって、これらの金属製基板１の上に表面が光学
的に平滑に研磨された非晶質物質２を形成し、その上に
Ｘ線を反射する多層膜３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光又は軟Ｘ線を用
いた投影露光装置等の光学系等、入射する光線又はＸ線
から多量の熱を吸収する場所に用いられる反射鏡に関す
るものである。

【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ってこれより波
長の短いＸ線を使用した投影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線投影露光装置
は、主としてＸ線源、照明光学系、マスク、結像光学
系、ウェファーステージ等により構成される。

【０００３】Ｘ線源には、放射光光源またはレーザープ
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、および所定の波長のＸ線のみを反射
または透過させるフィルター等により構成され、マスク
上を所望の波長のＸ線で照明する。マスクには透過型マ
スクと反射型マスクとがある。透過型マスクは、Ｘ線を
良く透過する物質からなる薄いメンブレンの上にＸ線を
吸収する物質を所定の形状に設けることによってパター
ンを形成したものである。

【０００４】一方、反射型マスクは、例えばＸ線を反射
する多層膜上に反射率の低い部分を所定の形状に設ける
ことによってパターンを形成したものである。このよう
なマスク上に形成されたパターンは、複数の多層膜ミラ
ーで構成された投影結像光学系により、フォトレジスト
が塗布されたウェファー上に結像して前記フォトレジス
トに転写される。なお、Ｘ線は大気に吸収されて減衰す
るため、その光路は全て所定の真空度に維持されてい
る。

【０００５】Ｘ線の波長域では、透明な物質は存在せ
ず、また物質表面での反射率も非常に低いため、レンズ
やミラーなどの通常の光学素子が使用できない。そのた
め、Ｘ線用の光学系は、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斜入射ミラーや、多
層膜の各界面での反射光の位相を一致させて干渉効果に
よって高い反射率を得る多層膜ミラー等により構成され
ている。

【０００６】斜入射光学系は収差が大きいために回折限
界の解像力を得ることはできない。一方、多層膜ミラー
はＸ線を垂直に反射することが可能であり、回折限界の
Ｘ線光学系を構成することが可能である。従って、軟Ｘ
線投影露光装置の結像光学系は、すべて多層膜ミラーで
構成される。

【０００７】このようなＸ線多層膜ミラーは、シリコン
のＬ吸収端（12.3nm）の長波長側でモリブデンとシリコ
ンからなる多層膜を用いたときに、シリコンによる吸収
が少なくなるので最も高い反射率が得られるが、それで
も波長13〜15nmでは入射角によらず70％程度である。シ
リコンのＬ吸収端よりも短波長側では、垂直入射で30％
以上の反射率が得られる多層膜は殆ど開発されていな
い。多層膜ミラーの基板材料には、形状精度が高く表面
粗さの小さい加工が可能な、石英等のガラス材料が用い
られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなＸ線投影
露光装置において、実用的なスループット（例えば、８
インチウェファーで30枚／１時間程度）を得るために
は、結像光学系を構成する多層膜ミラーの表面には、あ
る程度の強度のＸ線（例えば、10 [mW/cm²]程度）を照
射する必要がある。一方、前述したように、多層膜ミラ
ーの反射率は最も高くても70％程度であり、残りは多層
膜で反射されずに吸収、透過、散乱される。散乱による
損失はわずかであり、多層膜を透過したＸ線はミラー基
板によりほぼ完全に吸収される。

【０００９】即ち、多層膜ミラーで反射されなかったＸ
線の大部分は多層膜ミラーに吸収されて、そのエネルギ
ーは熱に変換される。この熱によって多層膜ミラーの温
度が上昇して熱変形を生じることになる。

【００１０】一般に、光学系で回折限界の解像力を得る
ためには、使用する光の波長と比較して光学系を構成す
るミラーやレンズの形状誤差を充分小さくする必要があ
る。そして、Ｘ線を用いた光学系では、可視光や紫外線
を用いた光学系よりも、波長が短い分だけ形状誤差の許
容範囲は狭くなる。そうしてみると、前述したＸ線照射
による多層膜ミラーの熱変形は、多層膜ミラーの結像特
性に大きな影響を与えることになり、設計通りの解像力
が得られなくなる恐れがある。

【００１１】そこで、このような熱変形による結像特性
への影響を防ぐために、基板の裏面からミラーを冷却す
ることが行われているが、充分な効果を得ることはでき
ないという問題がある。（なお、Ｘ線光学系は真空中で
使用されるので、ミラーの表面からの放熱はほとんど無
い。）

【００１２】従って、熱変形による結像特性への影響を
防ぐためには、ミラーへ入射するＸ線の強度を抑制する
他はなく、そうすると当該ミラーを用いた軟Ｘ線投影露
光装置のスループットが低下するという問題があった。
即ち、従来のミラーでは、軟Ｘ線投影露光装置の高解像
力と高スループットとを両立させることができないとい
う問題があった。

【００１３】以上は、軟Ｘ線露光装置のＸ線光学系につ
いてその問題点を説明したが、反射鏡の熱変形に伴う問
題は、それ以外のＸ線光学系やＸ線波長域とは異なる波
長域の光線を使用する光学系においても、程度の差はあ
れ生じていた。

【００１４】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、形状誤差および表面粗さが小さく、しかも
Ｘ線などの照射光に起因する熱変形を充分小さく抑える
ことのできる反射鏡とその製造方法を提供することをを
課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、入射する光線から多量の熱を吸収する
場所に使用される反射鏡であって、金属製基板または合
金基板と、前記基板の表面に形成され、表面が光学的に
平滑に研磨された非晶質物質の薄膜とを有してなること
を特徴とする反射鏡（請求項１）である。

【００１６】ここに、「表面が光学的に平滑に研磨され
た」とは、少なくとも完全平坦面における反射率の80％
以上の反射率を有するような平滑さに研磨されているこ
とをいう。

【００１７】本手段は、Ｘ線以外の光線を使用する投影
露光装置等に使用されるものであって、反射鏡に入射す
る光によって発生する熱を反射鏡の裏面に設けられた冷
却装置側に効率よく逃すために、基板として金属性基板
又は合金製基板を使用している。よって、熱変形によっ
て生じる形状誤差が小さくなる。また、金属性基板又は
合金製基板は加工が容易であり、よって、製作の際の形
状誤差を小さくすることができる。

【００１８】しかしながら、金属製基板又は合金製基板
はその表面粗さを小さくすることが困難であり、そのま
までは本発明の目的とする反射鏡として使用できない。
よって、本手段においては、これらの基板の上に表面が
光学的に平滑に研磨された非晶質物質を形成する。非晶
質物質は、表面を平滑に研磨することができるので、そ
れを反射面として使用することにより、本発明の目的を
達することができる。

【００１９】すなわち、本手段によれば、形状誤差及び
表面粗さを小さくし、かつ照射光による熱変形を充分小
さく押さえることができる。よって、強度の強い照明光
を使用することができるので、投影露光装置等の高解像
力と高スループットとを両立させることができる。

【００２０】前記課題を解決するための第２の手段は、
入射する光線又はＸ線から多量の熱を吸収する場所に使
用される反射鏡であって、金属製基板または合金基板
と、前記基板の表面に形成され、表面が光学的に平滑に
研磨された非晶質物質の薄膜と、前記薄膜の表面に形成
され、所定波長のＸ線を反射する多層膜とを有してなる
ことを特徴とする反射鏡（請求項２）である。

【００２１】ここに、「表面が光学的に平滑に研磨され
た」とは、少なくとも完全平坦面における反射率の80％
以上の反射率を有するような平滑さに研磨されているこ
とをいう。

【００２２】本手段は、Ｘ線を使用する投影露光装置に
使用されるものであって、Ｘ線を反射するために、多層
膜が形成されていることのみが、前記第１の手段と異な
っている。その作用は、前記第１の手段と同じである
が、Ｘ線を使用する場合には特に入熱量が大きいので、
本手段の効果は大きい。

【００２３】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第１の手段又は第２の手段であって、前記非晶質物
質の表面粗さが0.5nm(ｒｍｓ)以下とされていることを
特徴とするもの（請求項３）である。

【００２４】後に述べるように、非晶質物質の表面粗さ
が0.5nm(ｒｍｓ)以下とすることにより、実用的なＸ線
に対して、反射率を完全平坦面における反射率の80％以
上の反射率を有するようにすることができる。なお、非
晶質物質を表面粗さを0.5nm(ｒｍｓ)以下としているの
で、その上に形成される多層膜の凹凸も同程度になり、
光学的に平坦な反射体とすることができる。

【００２５】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、前
記非晶質物質又は前記非晶質物質の主成分をニッケル又
はニッケル合金としたことを特徴とするもの（請求項
４）である。

【００２６】ニッケル合金はメッキにより金属製基板又
は合金製基板上に容易に成膜することができ、かつ、加
工によりその表面粗さを0.4nm（ｒｍｓ）程度にするこ
とができるので、前記非晶質物質として採用することが
好ましい。

【００２７】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、前
記基板の熱伝導率をη [W/m・K]、線膨張係数をα [1/
K]、光線又はＸ線から反射鏡に熱流束をＱ [W/m²]、反
射鏡の平均厚さをｄ [m]とするとき、 α・Ｑ・ｄ²／(２η)≦１０^-9 [m] …(1) が成立することを特徴とするもの（請求項５）である。

【００２８】(1)式は、熱変形による反射鏡の変形が１n
m以下に収まることを意味する式である。(1)式につい
て、図２を用いて説明する。図２は厚さｄ [m]の反射鏡
（簡略化のために平面と仮定）の裏面を一定温度Ｔ [K]
に保ち、その表面にＸ線を照射した場合の熱変形Δｘ
[m]を示すものであり、基板の表面の一部に定常的な熱
流束Ｑ [W/m²]（照射されたＸ線のうち、反射せずに基
板に吸収される分のエネルギー）が投入されたときの、
投入部分における基板に垂直な方向（ｘ方向）の伸び
（または縮み）Δｘを考える。

【００２９】ここでは、横方向の熱伝導は考えないこと
として単純化する。このとき基板の内部には、図２
（ｂ）に示すように、ｘ方向に一様な温度勾配が生じる
ので、位置ｘにおける温度（熱浴との温度差）Ｔ（ｘ）
は、熱伝達率をη [W/m・K]として、Ｔ(ｘ) = Ｑｘ／η …(2) となる。

【００３０】そして、基板内の薄い層（厚さδｘ）の伸
びΔ（δｘ）は、 Δ(δｘ) = α・Ｔ(ｘ)・δｘ …(3) で与えられる。ここで、αは基板材料の熱膨張係数（線
膨張率 [1/K]）である。

【００３１】従って、基板全体の伸びΔｘは、

【００３２】

【数１】となる。

【００３３】よって、(1)式を満足すれば、熱変形によ
る反射鏡の変形（伸び量）が１nm以下に収まるので、特
にＸ線を使用した投影露光装置の反射鏡として十分な精
度のものが得られる。

【００３４】前記課題を解決するための第６の手段は、
前記第１の手段から第５の手段のいずれかであって、前
記基板の熱伝導率が200 [W/m・K]以上であることを特徴
とするもの（請求項６）である。

【００３５】通常熱膨張率を有する金属又は合金を基板
として用いた場合、熱伝導率が200[W/m・K]以上でない
と、特にＸ線を使用した投影露光装置の反射鏡として使
用した場合に、変形が大きくなり、十分な精度のものが
得られない。

【００３６】前記課題を解決するための第７の手段は、
前記第１の手段から第６の手段のいずれかであって、基
板の材料が、アルミニウム、アルミニウムを含む合金、
銅ま、銅を含む合金、ベリリウム、ベリリウムを含む合
金、銀、銀を含む合金、金、金を含む合金からなる群の
うちいずれか１つからなることを特徴とするもの（請求
項７）である。

【００３７】これらの材料は、熱伝導率が高いので、基
板の材料として用いるとＸ線等の入射による熱変形が小
さくなり、投影露光装置の反射鏡として好適なものを得
ることができる。

【００３８】前記課題を解決するための第８の手段は、
金属製基板または合金製基板を用意する工程と、前記基
板上に、ニッケル合金の非晶質薄膜またはニッケル合金
を主成分とする非晶質薄膜を形成する工程と、前記非晶
質薄膜の表面を光学的な平滑面に加工する工程とを有し
てなる反射鏡の製造方法（請求項８）である。

【００３９】本手段により、熱変形の小さい金属製基板
または合金製基板上に、表面粗さの極小さいニッケル合
金の非晶質薄膜またはニッケル合金を主成分とする非晶
質薄膜を形成することができ、Ｘ線以外の光線を利用し
た投影露光装置に好適な反射鏡を得ることができる。

【００４０】前記課題を解決するための第９の手段は、
金属製基板または合金製基板を用意する工程と、前記基
板上に、ニッケル合金の非晶質薄膜またはニッケル合金
を主成分とする非晶質薄膜を形成する工程と、前記非晶
質薄膜の表面を光学的な平滑面に加工する工程と、前記
平滑な面に加工された非晶質薄膜の表面に、所定波長の
Ｘ線を反射する多層膜を形成する工程とを有してなる反
射鏡の製造方法（請求項９）である。

【００４１】本手段は、前記第８の手段に、所定波長の
Ｘ線を反射する多層膜を形成する工程が付加されたもの
であり、本手段により、熱変形の小さい金属製基板また
は合金製基板上に、表面粗さの極小さいニッケル合金の
非晶質薄膜またはニッケル合金を主成分とする非晶質薄
膜を形成することができ、従って、Ｘ線を反射する多層
膜の凹凸も小さくなるので、Ｘ線を利用した投影露光装
置に好適な反射鏡を得ることができる。

【００４２】前記課題を解決するための第１０の手段
は、前記第８の手段又は第９の手段であって、ニッケル
合金の非晶質薄膜またはニッケル合金を主成分とする非
晶質薄膜をメッキ法により形成することを特徴とするも
の（請求項９）である。

【００４３】メッキ法、特に無電解メッキ法を利用すれ
ば、ニッケル合金の非晶質薄膜またはニッケル合金を主
成分とする非晶質薄膜は、金属製基板または合金製基板
の上に、容易に形成することができる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の例を示
す概略図であり、１は金属製基板、２は非晶質薄膜、３
は多層膜である。金属製基板１の上に非晶質２の薄膜が
形成され、その上に所定波長のＸ線を反射する多層膜３
が形成されている。Ｘ線以外の光線を使用するときは、
多層膜３を設ける必要はない。

【００４５】金属製基板１は、合金製のものであっても
よく、熱伝導率が高く、熱膨張係数の低いものが望まし
いが、一般に金属、合金は熱膨張係数が大きいので、熱
伝導率が200 [W/m・K]以上であることが好ましい。熱伝
導率が200 [W/m・K]以上の基板材料としては、熱伝導率
が非常に大きいアルミニウム、銅、ベリリウム、銀、
金、もしくはこれらの少なくとも一つの材料を含む合金
がある。

【００４６】光学系の波面収差を波長の四分の一以内と
するレイリーの条件を用いると、光学系を構成するミラ
ー一枚あたりの形状精度は、（λ/４×１/２）×１／ｎ^1/2 …(5) 以内に抑えなければならない。ここで、ｎは光学系を構
成するミラーの枚数であり、１／２を掛けてあるのは反
射系であるためである。

【００４７】(5)式によれば、例えば４枚のミラーによ
りで構成された光学系を波長13nmで使用する場合、１枚
のミラーに許容される形状誤差（許容形状誤差）は0.81
nmとなる。

【００４８】紫外光を用いた投影露光装置の屈折光学系
に広く用いられている溶融石英（ＳｉＯ₂）の熱伝導率
は1.38 [W/m・K]、熱膨張係数は0.5×10^-6 [1/K]であ
る。ここでは、基板へ投入される熱流束Ｑは10 [mW/c
m²]とする。Ｘ線投影露光装置において実用的な露光領
域の寸法を確保するためには、ミラーの直径は50mm程度
は必要である。そして、ミラーの形状を精度良く維持す
るためには一般に厚さは直径の四分の一程度必要である
で、基板の厚さｄは12.5mmとする。

【００４９】これらの数値を(1)式に代入して溶融石英
の熱変形量を計算すると2.83nmとなる。このように、溶
融石英を基板に用いた場合には、熱変形量は、許容誤差
である0.81nmからはかけはなれた大きな値になるので、
溶融石英を基板に用いたミラーにより構成したＸ線光学
系では回折限界の解像力を得ることはできない。

【００５０】(1)式から明らかなように、変形量Δｘは
α（熱膨張係数）／η（熱伝導率）に比例する。溶融石
英では、α／ηは3.62×10^-7 [m/W]である。アルミニウ
ムの熱膨張係数は25×10^-6／K、熱伝導率は237 [W/m・K]
なので、α／ηは1.05×10^-7 [m/W]となる。銅の熱膨張
係数は16.6×10^-6／K、熱伝導率は401 [W/m・K]なので、
α／ηは4.14×10^-8 [m/W]となる。ベリリウムの熱膨張
係数は12×10^-6／K、熱伝導率は201 [W/m・K]なので、α
／ηは5.95×10^-8 [m/W]となる。銀の熱膨張係数は19×
10^-6／K、熱伝導率は429 [W/m・K]なので、α／ηは4.43
×10^-8となる。金の熱膨張係数は14.2×10^-6／K、熱伝
導率は318 [W/m・K]なので、α／ηは4.47×10^-8 [m/W]
となる。

【００５１】以上のように、アルミニウム、銅、銀、ベ
リリウム、金などの金属を用いると、溶融石英の場合と
比較してα（熱膨張係数）／η（熱伝導率）の値を、1/
3〜1/9に低減することができ、従って、変形量Δｘもそ
れだけ小さく抑えることができる。

【００５２】しかしながら、一般に金属には微細な結晶
粒界が存在するので、その表面をナノメートルオーダー
の平滑な表面に研磨することは困難である。Alan G.Mic
hette著のOptical Systems for X Rays （1986 Plenum
Press, New York）の74頁に、Ｘ線用のミラー材料の候
補となる物質について、研磨加工により得ることできる
表面粗さが記されている。それによると、各材料で得ら
れた最小の表面粗さのｒｍｓ値（二乗平均値）は、溶融
石英とＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で作製
したSiＣで最も小さく0.4nmである。これらの材料は、
微細構造を持たない非晶質物質なので平滑な表面を得る
ことができる。

【００５３】しかし、金属の場合には、アルミニウムは
1.0nm（ｒｍｓ）程度、銅では1.3nm（ｒｍｓ）程度の表
面粗さまでにしか加工することができない。金、銀、ベ
リリウムについても、これらと同程度以下の表面粗さま
でにしか加工することができない。

【００５４】Ｘ線用の多層膜ミラーの基板に必要な表面
粗さの大きさは次式により見積もることができる。Ｒ／Ｒ₀ ＝ exp{-４π(σsinθ／λ)²} …(6) ただし、Ｒ₀：表面粗さが無いときの反射率Ｒ：表面粗さによる散乱損失があるときの反射率 σ：表面粗さのｒｍｓ値 λ：Ｘ線の波長 θ：斜入射角ここで、λ＝13nm、θ＝90゜（垂直入射）としたとき
の、表面粗さσに対するＲ／Ｒ₀の値を図３に示す。

【００５５】この図より明らかなように、表面粗さ0.4n
m（ｒｍｓ）のSiＣや溶融石英を多層膜ミラーの基板に
使用すれば、粗さが無い理想的な場合の９割近い反射率
が得られるが、表面粗さ１nm程度以上の金属を基板に使
用した場合には、Ｘ線の反射率は半分以下に低下してし
まう。

【００５６】そこで本発明者らは、鋭意検討の結果、高
熱伝導率の基板（例えば、アルミニウム、銅、ベリリウ
ム、銀、金、もしくは、それらを含む合金）の表面に、
表面粗さを小さくできる非晶質物質層を形成すれば、熱
変形と表面粗さのいずれも充分に小さいミラー基板を製
造できることを見い出した。

【００５７】即ち、図１に示すように、アルミニウム、
銅、ベリリウム、銀、金、もしくは、それらを含む合金
等の金属の上に非晶質物質の薄膜層（例えば、ニッケル
合金の非晶質薄膜層またはニッケル合金を主成分とする
非晶質薄膜層）を形成し、この表面に加工（例えば、切
削、研削、研磨）を施してミラーとするか、あるいは前
記加工を施した非晶質物質の薄膜層上にさらにＸ線反射
多層膜を形成して多層膜ミラーをとすれば、熱変形と表
面粗さのいずれも充分に小さいミラーを製造できる。

【００５８】そして、図３から明らかなように、前記非
晶質物質の薄膜層の表面粗さ（ｒｍｓ）を0.5nm以下と
すれば、反射率の低下を20％以下に抑えることができる
ので好ましい。表面粗さがこれを超えると反射率は急激
に低下する。

【００５９】前記Michetteの書物には、無電解メッキに
より形成したニッケルの表面粗さは1.1nmとされている
が、最近の加工（例えば、切削、研削、研磨）技術の進
歩によりSiＣや溶融石英に匹敵する表面粗さの小さい加
工が可能になってきた。

【００６０】そこで、本実施の形態では、前記非晶質物
質の薄膜層として、ニッケル合金の非晶質薄膜層または
ニッケル合金を主成分とする非晶質薄膜層を採用する。

【００６１】(1)式により、アルミニウムの表面にニッ
ケル薄膜を形成した基板の熱変形Δｘを調べる。基板に
投入される熱流束Ｑは10 [mW/cm²]、基板全体の厚さは1
2.5mmとする。このときのアルミニウム基板のみの変形
量は0.83nmである。この表面に１mmの厚さのニッケル薄
膜層を形成しても、ニッケル薄膜層の熱変形は0.007nm
であり、熱変形Δｘはアルミニウムだけの場合とほとん
ど変わらないので、許容される形状誤差よりも充分小さ
く熱変形を抑えることができる。

【００６２】(1)式により、銅の表面にニッケル薄膜を
形成した基板の熱変形Δｘを調べる。基板に投入される
熱流束Ｑは10 [mW/cm²]、基板全体の厚さは12.5mmとす
る。このときの銅基板のみの変形量は0.32nmである。こ
の表面に１mmの厚さのニッケル薄膜層を形成しても、ニ
ッケル薄膜層の熱変形は0.007nmであり、熱変形Δｘは
銅だけの場合とほとんど変わらないので、許容される形
状誤差よりも充分小さく熱変形を抑えることができる。

【００６３】(1)式により、ベリリウムの表面にニッケ
ル薄膜を形成した基板の熱変形Δｘを調べる。基板に投
入される熱流束Ｑは10 [mW/cm²]、基板全体の厚さは12.
5mmとする。このときのベリリウム基板のみの変形量は
0.47nmである。この表面に１mm の厚さのニッケル薄膜
層を形成しても、ニッケル薄膜層の熱変形は0.007nmで
あり、熱変形Δｘはベリリウムだけの場合とほとんど変
わらないので、許容される形状誤差よりも充分小さく熱
変形を抑えることができる。

【００６４】(1)式により、銀の表面にニッケル薄膜を
形成した基板の熱変形Δｘを調べる。基板に投入される
熱流束Ｑは10 [mW/cm²]、基板全体の厚さは12.5mmとす
る。このときの銀基板のみの変形量は0.35nmである。こ
の表面に１mmの厚さのニッケル薄膜層を形成しても、ニ
ッケル薄膜層の熱変形は0.007nmであり、熱変形Δｘは
銀だけの場合とほとんど変わらないので、許容される形
状誤差よりも充分小さく熱変形を抑えることができる。

【００６５】(1)式により、金の表面にニッケル薄膜を
形成した基板の熱変形Δｘを調べる。基板に投入される
熱流束Ｑは10 [mW/cm²]、基板全体の厚さは12.5mmとす
る。このときの金基板のみの変形量は0.35nmである。こ
の表面に１mmの厚さのニッケル薄膜層を形成しても、ニ
ッケル薄膜層の熱変形は0.007nmであり、熱変形Δｘは
金だけの場合とほとんど変わらないので、許容される形
状誤差よりも充分小さく熱変形を抑えることができる。

【００６６】基板上に形成した非晶質薄膜の表面を加工
（例えば、切削、研削、研磨）技術により必要な表面粗
さに研磨するとミラー基板が完成する。なお、Ｘ線用の
ミラーとして使用するときには、加工した非晶質薄膜の
表面にさらにＸ線を反射するための多層膜を形成すれば
よい。この多層膜の厚さは０．数μｍ以下しかないの
で、その熱変形は無視することができる。

【００６７】ニッケル合金等からなる非晶質薄膜層は、
メッキ法、特に無電解メッキ法により形成することがで
きる。

【００６８】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。（実施例１）本実施例では、アルミニウムの表面に無電
解メッキによりニッケル合金（Ni90wt％−Ｐ10wt％）の
非晶質薄膜を形成し、その表面を加工（切削、研削、研
磨）して必要な表面粗さとし、さらに加工した非晶質薄
膜の表面にＸ線反射多層膜を形成して、直径50mm、曲率
半径500mm、中心厚さ12.5mmのＸ線多層膜反射ミラーを
製造した。図１を参照して、その製造工程を順に説明す
る。

【００６９】まず、アルミニウム素材を切削加工して直
径50mm、中心厚さ12mm、表面が曲率半径500mmの凹面で
裏面が平面のアルミニウム製基板１を作製した。そし
て、基板表面（薄膜を形成する面）を電解研磨加工によ
り表面粗さ10nm（ｒｍｓ）以下の鏡面に仕上げてから、
この表面に無電解メッキ法によりニッケル合金（Ni90wt
％−Ｐ10wt％）からなる非晶質薄膜２を厚さ500μｍと
なるように形成した。

【００７０】次に、非晶質薄膜２の表面を切削および研
磨して、表面粗さが0.4nm（ｒｍｓ）になるまで平滑に
した。このようにして、アルミニウム製基板１上にニッ
ケル合金からなる非晶質薄膜２を形成したＸ線ミラー用
の基板を作製した。

【００７１】最後に、イオンビームスパッタリングによ
り、モリブデン（Mo）とシリコン（Si）からなる周期長
6.7nm、積層数50層のＸ線反射多層膜３を基板の表面に
形成してＸ線多層膜ミラーを完成した。

【００７２】この多層膜ミラーは、裏面を冷却して一定
温度に保っておけば、10 [mW/cm²]の熱流束がその全面
あるいは一部に入射しても、熱変形は0.1nm以下とな
り、波長13nmのＸ線を用いた回折限界の光学系を構成す
ることができた。

【００７３】高熱伝導率の金属製基板１の材料に、アル
ミニウムの代わりにアルミニウムを含む合金材料を用い
ても同様の結果が得られた。

【００７４】（実施例２）本実施例では、銅の表面に無
電解メッキによるニッケル合金の非晶質薄膜を形成し、
その表面を加工（切削、研削、研磨）して必要な表面粗
さとし、さらに加工した非晶質薄膜の表面にＸ線反射多
層膜を形成して、直径50mm、曲率半径500mm、中心厚さ1
2.5mmのＸ線多層膜反射ミラーを製造した。図１を参照
して、その製造工程を順に説明する。

【００７５】まず、銅素材を切削加工して直径50mm、中
心厚さ12mm、表面が曲率半径500mmの凹面で裏面が平面
の銅製基板１を作製した。

【００７６】そして、基板表面（薄膜を形成する面）を
電解研磨加工により表面粗さ10nm（ｒｍｓ）以下の鏡面
に仕上げてから、この表面に無電解メッキ法によりニッ
ケル合金（Ni90wt％−Ｐ10wt％）からなる非晶質薄膜２
を厚さ500μｍとなるように形成した。

【００７７】次に、非晶質薄膜２の表面を切削および研
磨して、表面粗さが0.4nm（ｒｍｓ）になるまで平滑に
した。このようにして、銅製基板１上にニッケル合金か
らなる非晶質薄膜２を形成したＸ線ミラー用の基板を作
製した。

【００７８】最後に、マグネトロンスパッタリングによ
り、モリブデン（Mo）とシリコン（Si）からなる周期長
6.7nm、積層数50層のＸ線反射多層膜３を基板の表面に
形成してＸ線多層膜ミラーを完成した。

【００７９】この多層膜ミラーは、裏面を冷却して一定
温度に保っておけば、10 [mW/cm²]の熱流束がその全面
あるいは一部に入射しても、熱変形は0.1nm以下とな
り、波長13nmのＸ線を用いた回折限界の光学系を構成す
ることができた。

【００８０】高熱伝導率の金属製基板１の材料に、銅の
代わりに銅を含む合金材料を用いても同様の結果が得ら
れた。

【００８１】（実施例３）本実施例では、ベリリウムの
表面に無電解メッキによるニッケル合金の非晶質薄膜を
形成し、その表面を加工（切削、研削、研磨）して必要
な表面粗さとし、さらに加工した非晶質薄膜の表面にＸ
線反射多層膜を形成して、直径50mm、曲率半径500mm、
中心厚さ12.5mmのＸ線多層膜反射ミラーを製造した。図
１を参照して、その製造工程を順に説明する。

【００８２】まず、ベリリウム素材を切削加工して直径
50mm、中心厚さ12mm、表面が曲率半径500mmの凹面で裏
面が平面のベリリウム製基板１を作製した。そして、基
板表面（薄膜を形成する面）を電解研磨加工により表面
粗さ10nm（ｒｍｓ）以下の鏡面に仕上げてから、この表
面に無電解メッキ法によりニッケル合金（Ni90wt％−Ｐ
10wt％）からなる非晶質薄膜２を厚さ500μｍとなるよ
うに形成した。

【００８３】次に、非晶質薄膜２の表面を切削および研
磨して、表面粗さが0.4nm（ｒｍｓ）になるまで平滑に
した。このようにして、ベリリウム製基板１上にニッケ
ル合金からなる非晶質薄膜２を形成したＸ線ミラー用の
基板を作製した。

【００８４】最後に、イオンビームスパッタリングによ
り、モリブデン（Mo）とシリコン（Si）からなる周期長
6.7nm、積層数50層のＸ線反射多層膜３を基板の表面に
形成してＸ線多層膜ミラーを完成した。

【００８５】この多層膜ミラーは、裏面を冷却して一定
温度に保っておけば、10 [mW/cm²]の熱流束がその全面
あるいは一部に入射しても、熱変形は0.1nm以下とな
り、波長13nmのＸ線を用いた回折限界の光学系を構成す
ることができた。

【００８６】高熱伝導率の金属製基板１の材料に、ベリ
リウムの代わりにベリリウムを含む合金材料を用いても
同様の結果が得られた。

【００８７】（実施例４）本実施例では、銀の表面に無
電解メッキによるニッケル合金の非晶質薄膜を形成し、
その表面を加工（切削、研削、研磨）して必要な表面粗
さとし、さらに加工した非晶質薄膜の表面にＸ線反射多
層膜を形成して、直径50mm、曲率半径500mm、中心厚さ1
2.5mmのＸ線多層膜反射ミラーを製造した。図１を参照
して、その製造工程を順に説明する。

【００８８】まず、銀素材を切削加工して直径50mm、中
心厚さ12mm、表面が曲率半径500mmの凹面で裏面が平面
の銀製基板１を作製した。

【００８９】そして、基板表面（薄膜を形成する面）を
電解研磨加工により表面粗さ10nm（ｒｍｓ）以下の鏡面
に仕上げてから、この表面に無電解メッキ法によりニッ
ケル合金（Ni90wt％−Ｐ10wt％）からなる非晶質薄膜２
を厚さ500μｍとなるように形成した。

【００９０】次に、非晶質薄膜２の表面を切削および研
磨して、表面粗さが0.4nm（ｒｍｓ）になるまで平滑に
した。このようにして、銀製基板１上にニッケル合金か
らなる非晶質薄膜２を形成したＸ線ミラー用の基板を作
製した。

【００９１】最後に、マグネトロンスパッタリングによ
り、モリブデン（Mo）とシリコンカーバイド（SiＣ）か
らなる周期長6.7nm、積層数50層のＸ線反射多層膜３を
基板の表面に形成してＸ線多層膜ミラーを完成した。

【００９２】この多層膜ミラーは、裏面を冷却して一定
温度に保っておけば、10 [mW/cm²]の熱流束がその全面
あるいは一部に入射しても、熱変形は0.1nm以下とな
り、波長13nmのＸ線を用いた回折限界の光学系を構成す
ることができた。

【００９３】高熱伝導率の金属製基板１の材料に、銀の
代わりに銀を含む合金材料を用いても同様の結果が得ら
れた。

【００９４】（実施例５）本実施例では、金の表面に無
電解メッキによるニッケル合金の非晶質薄膜を形成し、
その表面を加工（切削、研削、研磨）して必要な表面粗
さとし、さらに加工した非晶質薄膜の表面にＸ線反射多
層膜を形成して、直径50mm、曲率半径500mm、中心厚さ1
2.5mmのＸ線多層膜反射ミラーを製造した。図１を参照
して、その製造工程を順に説明する。

【００９５】まず、金素材を切削加工して直径50mm、中
心厚さ12mm、表面が曲率半径500mmの凹面で裏面が平面
の金製基板１を作製した。

【００９６】そして、基板表面（薄膜を形成する面）を
電解研磨加工により表面粗さ10nm（ｒｍｓ）以下の鏡面
に仕上げてから、この表面に無電解メッキ法によりニッ
ケル合金（Ni90wt％−Ｐ10wt％）からなる非晶質薄膜２
を厚さ500μｍとなるように形成した。

【００９７】次に、非晶質薄膜２の表面を切削および研
磨して、表面粗さが0.4nm（ｒｍｓ）になるまで平滑に
した。このようにして、金製基板１上にニッケル合金か
らなる非晶質薄膜２を形成したＸ線ミラー用の基板を作
製した。

【００９８】最後に、イオンビームスパッタリングによ
り、モリブデン（Mo）とシリコンカーバイド（SiＣ）か
らなる周期長6.7nm、積層数50層のＸ線反射多層膜３を
基板の表面に形成してＸ線多層膜ミラーを完成した。

【００９９】この多層膜ミラーは、裏面を冷却して一定
温度に保っておけば、10 [mW/cm²]の熱流束がその全面
あるいは一部に入射しても、熱変形は0.1nm以下とな
り、波長13nmのＸ線を用いた回折限界の光学系を構成す
ることができた。

【０１００】高熱伝導率の金属製基板１の材料に、金の
代わりに金を含む合金材料を用いても同様の結果が得ら
れた。

【０１０１】なお、以上の実施例では高熱伝導率の金属
製基板１の材料としてアルミニウム、銅、ベリリウム、
銀、金を用いたが、金属製基板１の材料はこれらに限定
されない。但し、その熱伝導率は200 [W/m・K]以上であ
ることが好ましい。

【０１０２】これらの実施例にかかる反射鏡によれば、
形状誤差及び表面粗さを小さくし、かつＸ線などの照射
光による熱変形を充分小さく抑えることができた。そし
て、これらの実施例にかかる反射鏡は、これをＸ線光学
系として用いたとき、Ｘ線投影露光装置の高解像力と高
スループットとを両立させることができる。

【０１０３】これらの実施例にかかる反射鏡は、Ｘ線投
影露光装置以外のＸ線光学系や、Ｘ線以外の波長域で使
用する高精度の反射光学系にも適用可能であり、同様の
効果が得られる。なお、Ｘ線以外の波長域で使用する高
精度の反射光学系に適用する場合には、Ｘ線を反射する
多層膜３は不要である。

【０１０４】（実施例６）本実施例では、実施例１で作
製したＸ線多層膜反射ミラーを、軟Ｘ線投影露光装置の
投影光学系に適用した。図４を用いてこの軟Ｘ線投影露
光装置への応用について説明する。図４において、１１
はＸ線源、１２、１３はＸ線多層膜ミラー（照明系）、
１４はマスクステージ、１５は反射マスク、１６〜１９
はＸ線多層膜ミラー（投影系）、２０はウェハステー
ジ、２１はウェハである。

【０１０５】Ｘ線源１１にはレーザープラズマ光源を使
用した。Ｘ線源１１から放射された光束は、２枚のＸ線
多層膜ミラー１２，１３からなる照明光学系で集光さ
れ、マスクステージ１４上に保持された反射マスク１５
を照明する。反射マスク１５で反射した光束は、４枚の
Ｘ線多層膜ミラー１６〜１９で構成される投影光学系を
通り、ウェハステージ２０上に保持されたウェハ２１上
に到達する。投影光学系は、反射マスク１５上に形成さ
れている回路パターンを、１／４に縮小した像をウェハ
２１上に転写する。

【０１０６】照明系および投影系を構成するＸ線多層膜
ミラー１２、１３、１６〜１９及び反射マスク１５に
は、波長13nm付近の軟Ｘ線を反射するモリブデン（Mo）
／シリコン（Si）多層膜が使用されている。

【０１０７】Ｘ線多層膜ミラーの反射率は70％程度であ
り、残りの30％はミラーに吸収されて熱になる。Ｘ線の
強度は、Ｘ線多層膜ミラーを反射する毎に、吸収による
損失分だけ低下していく。従って、それぞれのＸ線多層
膜ミラーへ入射するＸ線の強度は、Ｘ線源１１に近い上
流側のミラーほど大きい。吸収した熱を逃がすために、
各ミラーは水冷等の手段により冷却されている。

【０１０８】投影光学系を構成する４枚のミラー１６〜
１９の反射面の形状は、いずれも光軸ｌの周りに回転対
称である。ミラー１８は光軸ｌ上に配置され、ミラー１
８の有効径が投影光学系の絞りとなっている。ミラー１
８は、投影系の中でも下流（４枚中３番目）にあるので
入射するＸ線強度はあまり強くはないが、Ｘ線の照射さ
れる面積が小さいために、単位面積あたりの照射Ｘ線強
度は、投影系を構成する４枚のミラーの中で一番大き
い。

【０１０９】そこで、投影系の中で最も熱負荷の大きい
ミラー１８に、実施例１で作製したアルミニウム製基板
上にニッケル合金（Ni90wt％−Ｐ10wt％）からなる非晶
質薄膜を形成し、その上にモリブデン（Mo）／シリコン
（Si）多層膜を成膜してなるＸ線多層膜反射ミラーを採
用した。30枚／時間のスループットを得る条件では、ミ
ラー１８へ入射するＸ線強度は約30 [mW/cm²]であっ
た。ミラー１８へ入射したＸ線の内30％の約９ [mW/c
m²]が吸収されて熱負荷となるが、熱変形は0.8nm以下と
なり波長13nmのＸ線を用いた回折限界の光学系を構成す
ることができた。

【０１１０】(実施例７)本実施例では、実施例２で作製
したＸ線多層膜反射ミラーを、軟Ｘ線投影露光装置の照
明光学系に適用した。図４を参照して、本実施例を説明
する。

【０１１１】前述のように、Ｘ線多層膜ミラーの反射率
は70％程度であり、残りの30％はミラーに吸収されて熱
になる。Ｘ線の強度は、Ｘ線多層膜ミラーを反射する毎
に、吸収による損失分だけ低下していく。従って、それ
ぞれのＸ線多層膜ミラーへ入射するＸ線の強度は、Ｘ線
源１１に近い上流側のミラーほど大きい。特に、Ｘ線源
１１の直後に配置される照明系のＸ線多層膜ミラー１
２，１３へ入射するＸ線強度は大きく、これが熱負荷と
なりミラーの変形や多層膜の劣化の原因となる。

【０１１２】そこで、照明系を構成するミラー１２およ
びミラー１３に、実施例２で作製した銅製基板上にニッ
ケル合金（Ni90wt％−Ｐ10wt％）からなる非晶質薄膜を
形成し、その上にモリブデン（Mo）／シリコン（Si）多
層膜を成膜してなるＸ線多層膜反射ミラーを採用した。
30枚／時間のスループットを得る条件では、ミラー１２
およびミラー１３へ入射するＸ線強度は約100 [mW/cm²]
であった。ミラー１２及びミラー１３へ入射したＸ線の
内30％の30 [mW/cm²]が吸収されて熱負荷となるが、熱
変形は１nm以下となり波長13nmのＸ線を用いた、ほぼ回
折限界に近い光学系を構成することができた。また、熱
負荷による多層膜の劣化（経時変化）も生じなかった。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる反
射鏡によれば、形状誤差および表面粗さを小さくし、か
つＸ線などの照射光による熱変形を充分小さく抑えるこ
とができるので、高精度の光学系を提供できる。そのた
め、本発明にかかる反射鏡は、これをＸ線光学系に用い
たＸ線投影露光装置の高解像力と高スループットを両立
させることができる。

【０１１４】また、本発明にかかる反射鏡は、Ｘ線投影
露光装置以外のＸ線光学系や、Ｘ線以外の波長域で使用
する高精度の反射光学系にも適用可能であり、同様の効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例を示す概略図であ
る。

【図２】反射鏡を構成する基板の熱変形を説明する図で
ある。

【図３】反射鏡を構成する基板の表面粗さによる多層膜
ミラーの反射率の差異を示す図である。

【図４】本発明に係る反射鏡を応用した軟Ｘ線投影露光
装置の例示す概略図である。

【符号の説明】

１金属製基板２非晶質薄膜３多層膜１１Ｘ線源１２、１３Ｘ線多層膜ミラー（照明系）１４マスクステージ１５反射マスク１６〜１９Ｘ線多層膜ミラー（投影系）２０ウェハステージ２１ウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射する光線から多量の熱を吸収する場
所に使用される反射鏡であって、金属製基板または合金
基板と、前記基板の表面に形成され、表面が光学的に平
滑に研磨された非晶質物質の薄膜とを有してなることを
特徴とする反射鏡。
【請求項２】入射するＸ線から多量の熱を吸収する場
所に使用される反射鏡であって、金属製基板または合金
基板と、前記基板の表面に形成され、表面が光学的に平
滑に研磨された非晶質物質の薄膜と、前記薄膜の表面に
形成され、所定波長のＸ線を反射する多層膜とを有して
なることを特徴とする反射鏡。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の反射鏡で
あって、前記非晶質物質の表面粗さが0.5nm(ｒｍｓ)以
下とされていることを特徴とする反射鏡。
【請求項４】請求項１から請求項３のうちいずれか１
項に記載の反射鏡であって、前記非晶質物質又は前記非
晶質物質の主成分をニッケル又はニッケル合金としたこ
とを特徴とする反射鏡。
【請求項５】請求項１から請求項４のうちいずれか１
項に記載される反射鏡であって、前記基板の熱伝導率を
η [W/m・K]、線膨張係数をα [1/K]、光線又はＸ線から
反射鏡に熱流束をＱ [W/m²]、反射鏡の平均厚さをｄ
[m]とするとき、 α・Ｑ・ｄ²／(２η)≦１０^-9 [m] が成立することを特徴とする反射鏡。
【請求項６】請求項１から請求項５のうちいずれか１
項に記載される反射鏡であって、前記基板の熱伝導率が
200 [W/m・K]以上であることを特徴とする反射鏡。
【請求項７】請求項１から請求項６のうちいずれか１
項に記載される反射鏡であって、前記基板の材料が、ア
ルミニウム、アルミニウムを含む合金、銅、銅を含む合
金、ベリリウム、ベリリウムを含む合金、銀、銀を含む
合金、金、金を含む合金からなる群のうちいずれか１つ
からなることを特徴とする反射鏡。
【請求項８】金属製基板または合金製基板を用意する
工程と、前記基板上に、ニッケル合金の非晶質薄膜また
はニッケル合金を主成分とする非晶質薄膜を形成する工
程と、前記非晶質薄膜の表面を光学的な平滑面に加工す
る工程とを有してなる反射鏡の製造方法。
【請求項９】金属製基板または合金製基板を用意する
工程と、前記基板上に、ニッケル合金の非晶質薄膜また
はニッケル合金を主成分とする非晶質薄膜を形成する工
程と、前記非晶質薄膜の表面を光学的な平滑面に加工す
る工程と、前記平滑な面に加工された非晶質薄膜の表面
に、所定波長のＸ線を反射する多層膜を形成する工程と
を有してなる反射鏡の製造方法。
【請求項１０】前記非晶質薄膜をメッキ法により形成
することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載に記
載の反射鏡の製造方法。