| 【発明の名称】 |
反射鏡およびその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】村上 勝彦
【氏名】加藤 登樹雄
【氏名】品田 邦典
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| 【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。 |
【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。
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【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１nm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／ｎ1/2 …(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0.81nm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/cm2]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.Michette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0.4nm（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12.5mm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。
【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％−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。
【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。
【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。
【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１８の有効径が投影光学系の絞りとなっている。ミラー１８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/cm2]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１２，１３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。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４１１２
【氏名又は名称】株式会社ニコン
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）５月８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】細江 利昭
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| 【公開番号】 |
特開平１１−３２６５９８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１１月２６日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１４０４０５ |
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