JP2001013297A

JP2001013297A - 反射光学素子および露光装置

Info

Publication number: JP2001013297A
Application number: JP11185696A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Sugizaki; 克己杉崎; Katsuhiko Murakami; 勝彦村上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はＸ線や極紫外線を反射する多層膜反
射鏡において、Ｘ線又は極紫外線の照射時でも熱変化に
よる変形が非常に少なく、かつ冷却手段を設けたことに
よってＸ線や極紫外線の照射強度の減衰が生じないこと
を目的とする。【解決手段】本発明では、Ｘ線又は極紫外線を反射す
る反射光学素子において、反射領域２ａより広い面積に
渡って反射膜を形成することが出来る基板１と、基板１
上に反射領域２ａと反射領域以外２ｂとに成膜された反
射膜２と、反射領域以外２ｂに成膜された反射膜２上に
設けられ、反射膜２を冷却する冷却手段３ａとを備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線反射光学系に
用いられるＸ線反射鏡、Ｘ線反射マスク又はＸ線反射光
学系を用いて構成される露光装置に関する発明である。

【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】ところで、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、レンズや反射鏡などの通常の光学素子が使用できな
い。そのため、Ｘ線用の光学系に用いる反射鏡は、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反射鏡により構成されてい
る。

【０００４】しかし、このような多層膜反射鏡は、その
Ｘ線反射率が１００％ではなく、また、反射されないＸ
線はＸ線反射鏡に吸収されて熱となり、反射鏡を加熱し
てしまう。従って、強いＸ線を入射させると、その照射
によってＸ線反射鏡が加熱され、Ｘ線反射鏡の形状が熱
変形したり、Ｘ線反射鏡表面が熱によって変質するとい
う問題が発生する。

【０００５】そのため、熱による加熱を防ぐために、特
開昭63-312638に開示によれば、Ｘ線反射鏡の裏側に冷
却機構を設け、Ｘ線反射鏡を冷却する事が提案されてい
る。また、更にＸ線反射鏡が備えられている空間をＸ線
の透過率が比較的良い水素やヘリウムガスで置換して冷
却する方法も提案されている。一方、Ｘ線反射鏡では、
非常に高精度に形状創成されることが要求されている。
そのために基板の材料としては、高精度な加工が可能な
石英等のガラス材料で製作されているが、これらの材料
は一般に熱伝導率が悪い。

【０００６】したがって、従来の裏面からの冷却では、
石英のような熱伝導率の悪い材料では、裏面をいくら冷
却しても、反射鏡内部に大きな温度勾配が形成され、裏
面を冷却させても、表面の温度変化のレスポンスが悪い
ため、Ｘ線反射鏡を効率よく冷却することは困難であっ
た。その結果、冷却をしていたとしてもＸ線照射により
発生する熱が、Ｘ線反射鏡表面近傍に蓄積され、Ｘ線反
射鏡の熱変形、変質を引き起こし、光学性能を劣化させ
る一因となっていた。特に、反射鏡内部の大きな温度勾
配は、反射鏡を歪ませる原因の一つになっていた。

【０００７】また、Ｘ線反射鏡表面の反射面を水素やヘ
リウムガスによって冷却したとしても、十分に冷却する
能力も無く、また水素やヘリウムガスをＸ線が伝搬する
ことによりＸ線が減衰することも考えられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この様に、短い波長の
Ｘ線や極紫外線を使用した投影リソグラフィー技術の実
現に向けての工夫がなされてきているが、多層膜反射鏡
の基板の裏面に冷却機構を設けた場合やガスによる冷却
を行った場合でも、冷却効果が十分では無いためＸ線や
極紫外線の照射により生ずる熱によって、反射鏡形状の
熱変形や、反射鏡表面の熱変質による光学性能の劣化が
問題となっていた。また、ガスによる吸収もＸ線や極紫
外線を減衰させるため好ましくない。

【０００９】そこで、本発明はＸ線や極紫外線を反射す
る多層膜反射鏡において、Ｘ線又は極紫外線の照射時で
も熱変化による変形が非常に少なく、かつ冷却手段を設
けたことによってＸ線や極紫外線の照射強度の減衰が生
じないことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の第１の態様では、Ｘ線又は極紫外線を反射す
る反射光学素子において、反射領域より広い面積に渡っ
て反射膜を形成することが出来る基板と、基板上に反射
領域と反射領域以外とに成膜された反射膜と、反射領域
以外に成膜された反射膜上に設けられ、反射膜を冷却す
る冷却手段とを備えた。

【００１１】このように反射膜に冷却手段を備えること
により、反射鏡内部（特に基板）に大きな温度勾配が形
成されずに、反射鏡自体を効率よく冷却することが可能
となり、反射光学素子の熱変形を防ぐことができる。ま
た、反射光学素子の照射領域以外に設けてあるので、光
路にケラレが生じたり、ガスによる冷却を用いた場合
に、生ずるＸ線又は極紫外線の減衰が発生したりするこ
とは無い。

【００１２】また更に本発明の第１の態様に対して、基
板と反射膜との間に、基板又は反射膜よりも熱伝導率の
高い物質から成る伝熱層が設けられていることとした。
このように、更に、伝熱層を設けることで更に温度勾配
を低減することができる上に、熱を反射光学素子の照射
領域以外に効率良く逃がすことができ、効率よく冷却手
段に熱を伝えることができる。

【００１３】また、更に本発明の第１の態様に対して、
反射膜には、所定のパターンから成る反射膜が形成され
ていない開口部が形成されていることとした。このよう
にすることで、熱による変形が起こりにくい反射型マス
クを形成することができる。また、開口部を設ける以外
にも反射膜上に所定のパターンから成り、Ｘ線や極紫外
線を吸収する吸収体を形成することにより同様な反射型
マスクを得ることができる。

【００１４】また、本発明の第１の形態に対して、更
に、反射光学素子の温度を計測するために、反射領域以
外に形成され、反射膜上に設けられた温度計測手段と、
温度計測手段によって計測された温度が所定の範囲にな
るように冷却手段を制御する制御手段とを備えた。この
ように温度をモニターしながら冷却手段の冷却能力を制
御することで、熱の発生による反射光学素子の変形の他
に、過冷却により基板が収縮することによって生じる反
射光学素子の変形も防ぐことができる。

【００１５】また、本発明の第２の形態によれば、少な
くとも１枚に冷却手段が設けられた反射鏡を有し、Ｘ線
又は極紫外線を用いて、マスクに形成されたパターンを
ウェハー上に転写する露光装置において、冷却手段が設
けられた反射鏡は、反射領域より広い面積に渡って反射
膜を形成することが出来る基板と、基板上に反射領域と
反射領域以外とに成膜された反射膜とからなり、冷却手
段は、反射領域以外に成膜された反射膜上に設けられて
いる。そして、更に反射鏡の温度を計測する温度計測手
段と、温度計測手段で得られた情報を元に冷却手段を制
御する制御手段とを備えた。

【００１６】このように温度を計測しながら冷却手段の
冷却能力を制御することで、反射鏡の熱変化による変形
を防ぐことができ、熱変化による生ずる光学系の収差の
発生を防ぐことが出来る。その結果、露光装置の運転時
間が長くなっても、結像性能が低下しない露光装置を提
供することができる。また、本発明の第３の形態におい
て、Ｘ線又は極紫外線を放射する光源と、少なくとも一
枚以上の多層膜反射鏡からなり、ウェハー上に投影する
パターンが形成されたマスクを照明する照明光学系と、
少なくとも一枚以上の多層膜反射鏡からなり、マスクか
らのＸ線又は極紫外線をウェハー上に投影する投影光学
系とを有した露光装置において、投影光学系を形成する
多層膜反射鏡のうち少なくとも一枚の多層膜反射鏡に
は、反射領域より広い面積に渡って反射膜を形成するこ
とが出来る基板と、基板上に反射領域と反射領域以外と
に成膜された反射膜とを有し、反射領域以外に成膜され
た反射膜上に温度計測手段とともに冷却手段を備え、更
に温度計測手段からの情報に基づいて冷却手段を制御す
る制御手段を有した。

【００１７】このように、多層膜反射鏡で構成された照
明光学系と投影光学系を有する露光装置で、投影光学系
を形成する多層膜反射鏡のうち少なくとも一枚に、冷却
手段と温度計測手段とを備えることで、マスクパターン
をウェハー上に結像するときにその結像性能を大きく左
右する投影光学系の多層膜反射鏡の熱変化による変形を
防ぐことができ、光学特性の劣化を防ぐことができる。

【００１８】次に、本発明について更に発明の実施の形
態を例示して説明することとする。しかし、本発明はこ
れに限られるものではない。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明に関する第１の実施の形態
として、露光装置を挙げて説明する。この露光装置は図
１に示した概略構成を有している。この露光装置の構成
は以下の通りである。この露光装置は、露光用の照明光
として軟Ｘ線領域の光（ＥＵＶ光）を用いて、ステップ
・アンド・スキャン方式により露光動作を行う投影露光
装置である。なお、図１においては、マスク１８の縮小
像をウエハ１０上に形成する投影系の光軸方向をＺ方向
とし、このＺ方向と直交する紙面内方向をＹ方向とし、
これらＹＺ方向と直交する紙面垂直方向をＸ方向とす
る。

【００２０】この露光装置は、投影原版としての反射型
マスク１８を用い、反射型マスク１８に描画された回路
パターンの一部の像を投影系１９を介して基板としての
ウエハ１０上に投影しつつ、マスク１８とウエハ１０と
を投影系１９に対して１次元方向（ここではＹ軸方向）
に相対走査することによって、反射型マスク１８の回路
パターンの全体をウエハ１０上の複数のショット領域の
各々にステップアンドスキャン方式で転写するものであ
る。

【００２１】ここで、露光用の照明光である軟Ｘ線（以
下、ＥＵＶ光）は、大気に対する透過率が低いため、Ｅ
ＵＶ光が通過する光路は真空チャンバー１により覆われ
て外気より遮断されている。また、使用する光源として
は、ターゲットをキセノンとしたレーザプラズマＸ線源
を用いている。このレーザプラズマＸ線源は、真空チャ
ンバー５０ｂと窓５０ａからなる真空容器内に、励起光
源であるレーザ光源９０と集光光学系９１以外の構成が
設置されている。特にこのレーザプラズマＸ線源は、キ
セノンガスを放出するノズルからデブリが発生するた
め、真空チャンバー１とは別の真空容器に配置する必要
がある。

【００２２】まず、本第１の実施の形態における露光装
置の照明系について説明する。レーザ光源９０は、赤外
域〜可視域の波長のレーザ光を供給する機能を有し、例
えば半導体レーザ励起によるＹＡＧレーザやエキシマレ
ーザなどを使用する。このレーザ光は集光光学系９１に
より集光されて、位置１３に集光する。ノズル１２はキ
セノンガスを位置１３へ向けて噴出し、この噴出された
キセノンガスは位置１３において高照度のレーザ光を受
ける。このとき、噴出された物体がレーザ光のエネルギ
で高温になり、プラズマ状態に励起され、低ポテンシャ
ル状態へ遷移する際にＥＵＶ光を放出する。

【００２３】この位置１３の周囲には、集光光学系を構
成する楕円鏡１４が配置されており、この楕円鏡１４
は、その第１焦点が位置１３とほぼ一致するように位置
決めされている。楕円鏡１４の内表面には、ＥＵＶ光を
反射するための多層膜が設けられており、ここで反射さ
れたＥＵＶ光は、真空容器の窓５０ａを通過して、楕円
鏡１４の第２焦点で一度集光した後、コリメート反射鏡
としての放物面鏡１５へ向かう。この放物面鏡１５は、
その焦点が楕円鏡１４の第２焦点位置とほぼ一致するよ
うに位置決めされており、その内表面には、ＥＵＶ光を
反射するための交互多層膜が設けられている。

【００２４】放物面鏡１５から射出されるＥＵＶ光は、
ほぼコリメートされた状態でオプティカルインテグレー
タとしての反射型フライアイ光学系１６へ向かう。反射
型フライアイ光学系１６は、複数の反射面（複数のミラ
ー要素）を集積してなる第１の反射素子群６０ａと、こ
の第１の反射素子群６０ａの複数の反射面と対応した複
数の反射面を有する第２の反射素子群６０ｂとで構成さ
れている。これら第１及び第２の反射素子群６０ａ，６
０ｂを構成する複数の反射面上にもＥＵＶ光を反射させ
るための多層膜が設けられている。

【００２５】放物面鏡１５からのコリメートされたＥＵ
Ｖ光は、第１の反射素子群６０ａにより波面分割され、
各々の反射面からのＥＵＶ光が集光されて複数の光源像
が形成される。これら複数の光源像が形成される位置の
近傍のそれぞれには、第２の反射素子群６０ｂの複数の
反射面が設置されており、これら第２の反射素子群６０
ｂの複数の反射面は、実質的にフィールドミラーの機能
を果たす。このように、反射型フライアイ光学系１６
は、放物面鏡１５からの略平行光束に基づいて、２次光
源としての多数の光源像を形成する。尚、このような反
射型フライアイ光学系１６については、本願出願人によ
る特願平10-47400号に提案されている。

【００２６】さて、反射型フライアイ光学系１６により
形成された２次光源からのＥＵＶ光は、この２次光源位
置の近傍が焦点位置となるように位置決めされたコンデ
ンサミラー１７へ向かい、このコンデンサミラー１７に
て反射集光された後に、光路折り曲げミラー１７ａを介
して、反射型マスク１８上に達する。これらコンデンサ
ミラー１７及び光路折り曲げミラー１７ａの表面には、
ＥＵＶ光を反射させる多層膜が設けられている。そし
て、コンデンサミラー１７は、２次光源から発するＥＵ
Ｖ光を集光して、反射型マスク１８上の所定の照明領域
を重畳的に均一照明する。

【００２７】なお、本実施形態では、反射型マスク１８
へ向かう照明光と、該反射型マスク１８にて反射されて
投影系１９へ向かうＥＵＶ光との光路分離を空間的に行
うために、照明系は非テレセントリック系であり、かつ
投影系１９もマスク側非テレセントリックな光学系とし
ている。さて、反射型マスク１８上には、ＥＵＶ光を反
射する多層膜からなる反射膜が設けられており、この反
射膜は、感光性基板としてのウエハ１０上へ転写すべき
パターンの形状に応じたパターンとなっている。この反
射型マスク１８にて反射されて、反射型マスク１８のパ
ターン情報を含むＥＵＶ光は、投影系１９に入射する。

【００２８】本第１の実施の形態の投影系１９は、凹面
形状の第１ミラー１９ａ、凸面形状の第２ミラー１９
ｂ、凸面形状の第３ミラー１９ｃ及び凹面形状の第４ミ
ラー１９ｄの計４つのミラー（反射鏡）から構成されて
いる。各ミラー１９ａ〜１９ｄは、基材上にＥＵＶ光を
反射する多層膜を設けたものからなり、それぞれの光軸
が共軸となるように配置されている。

【００２９】ここで、各ミラー１９ａ〜１９ｄにより形
成される往復光路を遮断しないために、第１ミラー１９
ａ、第２ミラー１９ｂ及び第４ミラーには切り欠きが設
けられている。なお、図１に示した点線部分が切り欠き
を示している。また、第３ミラー１９ｃの位置には、図
示無き開口絞りが設けられている。反射型マスク１８に
て反射されたＥＵＶ光は、第１ミラー１９ａ〜第４ミラ
ー１９ｄにて順次反射されてウエハ１０上の露光領域内
に、所定の縮小倍率β（例えば｜β｜＝１／４，１／
５，１／６）のもとで反射型マスク１８のパターンの縮
小像を形成する。この投影系１９は、像側（ウエハ１０
側）がテレセントリックとなるように構成されている。

【００３０】なお、図１には不図示ではあるが、反射型
マスク１８は少なくともＹ方向に沿って移動可能なレチ
クルステージにより支持されており、ウエハ１０はＸＹ
Ｚ方向に沿って移動可能なウエハステージ（基板ステー
ジ）により支持されている。露光動作の際には、照明系
により反射型マスク１８上の照明領域に対してＥＵＶ光
を照射しつつ、投影系１９に対して反射型マスク１８及
びウエハ１０を、投影系の縮小倍率により定まる所定の
速度比で移動させる。これにより、ウエハ１０上の所定
のショット領域内には、反射型マスク１８のパターンが
走査露光される。

【００３１】ところで、本第１の実施の形態に用いられ
るミラー及び反射素子では、その有効域が必ずしも光軸
を中心とせず、外形の一部分となる。また、投影系１９
に使用されている反射鏡は図２に示すように反射領域以
外にもＸ線反射膜２を形成している。ところで、この図
２は、本露光装置に採用された投影系１９の拡大図であ
る。なお、図２においてＸ線が通過及び反射される領域
は、点線１００で囲まれた内側の部分である。

【００３２】この図でわかるよう、本第１の実施の形態
に使用されているミラーは、反射領域以外に形成された
Ｘ線反射膜２上に後述する冷却手段３を設けている。こ
の冷却手段３の構成の詳細は後述する。そして、この冷
却手段３に冷却水や冷却するためのエネルギーを供給す
る冷却手段駆動部３０ｂを図１に示したように備えてい
る。そして、それぞれの冷却手段３を駆動している。

【００３３】なお、図２に示した例とは違い、十分な面
積分、周辺部分が確保できない程度の基板面しかない基
板を用いて、多層膜反射鏡が形成されている場合は、周
辺部分を拡大するように、基板の周りに更に他の板材を
設けて反射膜２を成膜する。その際、Ｘ線光学系の光路
に影響を及ぼさない所に板材を設ける。そして、その周
辺部分に冷却手段を設置すれば良い。このようにするこ
とで、Ｘ線反射領域の周辺にＸ線光学系の光路に影響が
なくせることができる。

【００３４】また、照明系を構成するミラーや反射素子
にも冷却手段３を設けており、これらの冷却手段３に冷
却水などの冷却用媒体やそのほかの冷却手段に冷却させ
るためのエネルギーを供給する冷却手段駆動部３０ａも
備えている。次に、第１の実施の形態に用いられている
ミラーの代表例として、図３に示したＸ線反射鏡を基
に、Ｘ線反射鏡の詳細な構成について図３を用いて説明
する。図３は、本発明におけるＸ線反射鏡の概略構成図
であり、その形状は、図１に示した露光装置のコンデン
サミラー１７と略同型状を有している。なお、図３
（ａ）は、このＸ線反射鏡の上面図を、図３（ｂ）は断
面図を示している。

【００３５】ところで、本第１の実施の形態によるＸ線
反射鏡は、Ｘ線反射領域２ａと、Ｘ線反射領域の外側に
周辺部分２ｂを有し、かつ基板１と、基板１に施され、
Ｘ線領域において光学定数の異なる少なくとも２種類の
物質で形成された交互多層膜からなる反射膜２と、冷却
手段３である冷却媒体循環手段から構成されている。な
お、反射膜２は、Ｘ線反射領域２ａおよび周辺部分２ｂ
の両方に、継ぎ目無く連続的に成膜されている。

【００３６】本第１の実施の形態によるＸ線反射鏡は、
波長１３ｎｍのＸ線縮小露光の投影光学系に用いるもの
で、基板１の材質には石英を用いており、その反射面形
状は高精度に加工されている。また、Ｘ線反射膜２は基
板１に比べ、熱伝導率が高く、波長１３ｎｍのＸ線の反
射率が高いモリブデンとシリコンの多層膜を使用してい
る。Ｘ線反射膜２は、このモリブデンとシリコンの多層
膜に限らず、基板１に比べて熱伝導率が高く、使用する
波長に応じて高い反射率を示す物質の組み合わせによる
多層膜でも構わない。なお波長が１０〜１５ｎｍにおい
ては、モリブデンの他に元素記号でルテニウム（Ｒ
ｕ）、ロジウム（Ｒｈ）等の物質と、シリコン（Ｓ
ｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）４ホウ化炭素（Ｂ４Ｃ）等の
物質とを組み合わせた多層膜でも良い。

【００３７】ところで、本実施の形態の冷却手段３であ
る冷却用媒体循環手段は、周辺部分２ｂにおけるＸ線反
射膜２上に媒体を循環させるための配管を備えている。
図３に示してあるように、Ｘ線反射鏡のＸ線反射領域２
ａを遮らない様、周辺部分２ｂに配管されており、この
配管内に冷却用媒体である冷却水を流すようになってい
る。

【００３８】本第１の実施の形態によるＸ線反射鏡は、
Ｘ線反射領域２ａ上のＸ線反射膜２でＸ線が反射される
と同時に、反射されないＸ線はＸ線反射膜２に吸収され
熱に変化する。発生した熱は、熱伝導率の高いＸ線反射
膜２中を伝達し、Ｘ線反射領域２ａから、周辺部分２ｂ
に伝搬してき、Ｘ線反射膜２全体の温度を上昇させる。
一方、周辺部分２ｂ設置された冷却手段３には、Ｘ線反
射膜２の周辺部分２ｂに設けられた冷却用配管に冷却水
を送り出すポンプを有した温度調節機構３００により温
度を一定に保った冷却水を循環させている。そして、Ｘ
線の照射により、Ｘ線反射膜２の温度がこの冷却水より
も高くなると、Ｘ線反射膜２の熱は、配管３ａを通して
冷却水に吸収される。

【００３９】なお、本発明における図１に示す冷却手段
制御部３０ａ、３０ｂと温度調節機構３００との関係
は、温度調節機構３００は冷却手段制御部３０ａ、３０
ｂの一形態となる。ところで、このＸ線反射膜２に用い
られる高屈折率物質としては、モリブンデンやルテニウ
ム、ロジウムを使用している。これらの物質ではＸ線反
射膜２は熱伝導率が高いため、Ｘ線反射領域２ａと周辺
部分２ｂとの間にできる温度勾配は小さい。また、冷却
水の水量も、Ｘ線照射によって発生する熱が十分吸収で
きる程度に循環させているので、Ｘ線反射鏡の表面全体
をほぼ冷却水と同じ温度に保つことができる。

【００４０】なお、本第１の実施の形態では、冷却用媒
体として水を用いているが、このほかにも油などの液体
や、フロンなどのガスでも良い。次に、図４を用いて本
発明の第二の実施の形態の露光装置について、説明す
る。本発明の第２の実施の形態の露光装置で、第１の実
施の形態の露光装置と異なるところは、使用するＸ線反
射鏡が異なるだけである。したがって、ここではＸ線反
射鏡の説明だけ行うこととする。

【００４１】図４は、本発明による第２の実施の形態の
露光装置に用いられるＸ線反射鏡の概略構成図を示すも
のある。なお、図４（ａ）はＸ線反射鏡の上面図を、図
４（ｂ）は断面図を示している。なお、図４に於いて、
図３中の構成と同一または対応する構成には同一符号を
付し、その重複する説明は省略する。本第２の実施の形
態のＸ線反射鏡が前述の第１の実施の形態の反射鏡と異
なるところは、（１）冷却手段３としてペルチェ素子３
ｂを用いており、（２）Ｘ線反射鏡の周辺部分２ｂに
は、冷却手段３としてのペルチェ素子３ｂだけではな
く、温度計測手段として温度センサー５を設置している
点にある。

【００４２】また、更に本第２の実施の形態におけるＸ
線反射鏡は、このペルチェ素子３ｂの冷却能力を制御す
る冷却手段制御部３１０を備えている。この制御部３１
０は、温度センサー５から得られる温度情報を基に、Ｘ
線反射鏡が常に一定の温度を維持できるように、ペルチ
ェ素子３ｂへ供給する電流を制御している。なお、制御
部３１０は、温度センサー５から得られる温度を信号と
して出力する温度センサー出力部３１２と、ペルチェ素
子３ｂに電流を供給する電力供給部３１１と、温度セン
サー出力部３１２から得られる信号を基にペルチェ素子
３ｂに供給する電流を算出し、電力供給部３１１を制御
する制御部３１３からなる。

【００４３】ところで、本第２の実施の形態におけるＸ
線反射鏡も、第１の実施の形態で説明したＸ線反射鏡と
同様に、Ｘ線反射膜２としてモリブデンとシリコンの交
互多層膜を用いている。そして、この交互多層膜はＸ線
反射領域２ａと周辺部分２ｂの両方に継ぎ目無く連続的
に成膜されている。そして、ペルチェ素子３ｂと温度セ
ンサー５は、Ｘ線反射鏡のＸ線反射領域２ａを遮らない
様に周辺部分２ｂに配置されている。また、温度センサ
ー５は、Ｘ線反射領域２ａの近傍に配置されている。実
際には図４に示すようにＸ線反射領域２ａの一番近くに
温度センサー５を備え、更にその周囲にペルチェ素子３
ｂを備えている。このような配置で温度センサー５によ
りＸ線照射領域２ａの温度を誤差無く計ろうとしてい
る。なお、温度センサー５は、本第２の実施の形態では
サーミスタを用いている。

【００４４】一方、ペルチェ素子３ｂは、電流を流すこ
とで片面を冷却し、その熱を裏面に移動させることがで
きる素子で、可動部がないため、ゴミや振動などが発生
しない。露光装置の光学系では、ゴミや振動が生じると
光学系の光学性能を低下させるので、このようにゴミや
振動が発生しない冷却手段は、露光装置にとって適した
手段である。また、ペルチェ素子３ｂは、その素子３ｂ
に流す電流の大きさによって冷却量を制御できるという
特徴がある。

【００４５】そのため、冷却手段制御部３１０では、温
度センサー５から得られる情報を基に、ペルチェ素子３
ｂに流す電流の大きさを決定し、ペルチェ素子３ｂの冷
却量を制御している。このように、ペルチェ素子３ｂの
冷却量を温度センサー５から得られる温度情報に基づい
て、制御することで、Ｘ線反射鏡は常に一定の温度で保
つことができる。このようにして、本第２の実施の形態
では、Ｘ線反射鏡の加熱による変形を防ぐことできると
同時に、過冷却によるＸ線反射鏡の変形も防ぐことがで
きる。したがって、この本第２の実施の形態で説明した
Ｘ線反射鏡を用いた光学系では、どのような状態でも常
に安定した光学特性が得られ、熱的変化による光学特性
の変化を防ぐことができる。

【００４６】なお、この温度センサー５は、Ｘ線反射膜
２の温度が測れるもので有ればなんでもよく、たとえ
ば、熱電対などの他の温度センサーでも良い。また、温
度センサー５の他の例としては、図５に示すような温度
により抵抗値が変化する物質を用いたものでも良い。と
ころで、図５（ａ）は、その様な温度により抵抗値が変
化する物質をＸ線反射鏡のＸ線反射領域２ａ近傍に設け
た例を図示している。なお、この図５（ａ）では、Ｘ線
反射鏡の極一部しか図示していないものである。

【００４７】この図５（ａ）が示すように、Ｘ線反射領
域２ａの近傍の一部にのみ、温度センサー５を設けてい
る。また、この図５に示した温度センサー５は、抵抗温
度係数の大きい材料によって構成される抵抗膜５１から
なる温度センサーを用いている点にある。なお、冷却手
段３は、温度センサー５が設けられているところから、
更に外周に設けられているものとする。

【００４８】ところで、図５（ｂ）は、その断面構成図
を示している。この図５（ｂ）を見るとわかるように、
図５に示された温度センサー５は、抵抗膜５１、絶縁膜
６から構成されている。抵抗膜５１は、抵抗温度係数の
比較的安定している白金（Ｐｔ）でできており、絶縁膜
６によってＸ線多層膜２と電気的に絶縁されている。こ
の抵抗膜５１は、温度の変化によって電気抵抗が変化す
るので、この抵抗膜５１に電圧を掛け、流れる電流によ
って抵抗値を計測、抵抗値を温度に換算することで温度
が計測できる。このような温度センサー５は、Ｘ線反射
鏡製作に用いるプロセスである成膜方法により、絶縁膜
６を形成する物質や抵抗膜５１を形成する物質をパター
ンニングしながら成膜することで、Ｘ線反射鏡の表面に
作り込むことができるという特徴がある。なお、同様な
製法を用いて熱電対のような異種の金属が接合するよう
に成膜させることでも構わない。

【００４９】なお、抵抗膜５１には白金を用いている
が、他にもニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、インジウム
（Ｉｎ）等の純金属や、白金−ロジウム、ロジウム−
鉄、白金−コバルト等の合金でも良い。なお、このよう
に温度センサー５を用い、冷却手段３の冷却量を制御し
て用いるＸ線反射鏡を、図１に示す露光装置に用いられ
るＸ線反射鏡に全て置き換えても良い。その場合、冷却
手段駆動部３０ａ、３０ｂの代わりに、図４に示す冷却
手段制御部３１０をそれぞれのＸ線反射鏡に備えること
が好ましい。また、それぞれにこのような冷却手段制御
部３１０を備えなくとも、集中して管理するＣＰＵを備
え、そこでそれぞれのＸ線反射鏡の冷却量を制御するこ
とでも構わない。

【００５０】なお、場合によっては、収差の影響に大き
な影響を与える投影系９に採用されるＸ線反射鏡につい
て、温度センサー５を有して冷却手段３の冷却量を制御
する機構を持たせたＸ線反射鏡を採用すれば、熱変化が
大きく発生することが無くなるので、温度変化によるＸ
線反射鏡の形状変化が少なくなり、安定した結像性能が
得られる露光装置を得ることができる。

【００５１】次に、本発明に係る第３の実施の形態であ
る露光装置について、説明するものとする。本発明の第
３の実施の形態の露光装置で、第１の実施の形態の露光
装置と異なるところは、使用する反射型マスクが異なる
だけである。したがって、ここでは反射型マスクの説明
だけ行うこととする。図６は、図１に示した露光装置に
用いられる反射型マスク１８の概略構成図を示すものあ
る。なお、図６（ａ）は反射型マスク１８の上面図を、
図６（ｂ）はその断面図を示している。なお、図６に於
いて、図４中の構成と同一または対応する構成には同一
符号を付し、その重複する説明は省略する。

【００５２】ところで、この反射型マスク１８は、ウェ
ハー１０上に焼き付ける回路パターンに対応して、反射
膜２と開口部９が形成されたものである。更にこの反射
型マスクには、反射鏡基板１上には、Ｘ線反射領域２ａ
および周辺部分２ｂに問わず伝熱層８が形成されてい
る。そして、周辺部分２ｂには、この伝熱層８上にペル
チェ素子３ｂが設けられ、また、Ｘ線反射領域２ａの近
傍の周辺部分２ｂには、反射型マスク１８の温度を計測
する温度センサー５が備えられている。

【００５３】一方、Ｘ線反射領域２ａには、伝熱層８上
の所定の位置にＸ線反射膜２が成膜されている。なお、
Ｘ線反射膜２が形成されている位置は、ウェハー１０上
にパターンニングする回路パターンに応じて決められ
る。このような構成を有して、伝熱層８を伝搬してきた
熱をペルチェ素子３ｂで吸収し、Ｘ線を反射する反射型
マスク１８を冷却するよう構成されている。このよう
に、Ｘ線反射膜２をＸ線反射領域２ａ及び周辺部分２ｂ
に連続して成膜できないような反射部材でも、冷却する
ことが可能となる。

【００５４】ところで、本第３の実施の形態で用いられ
る反射型マスク１８は、伝熱層８を金で形成している。
なお、この金という物質はＸ線を吸収し、なおかつ高い
伝熱特性を有するものである。従って、この反射マスク
１８では、Ｘ線反射領域２ａ中にあるＸ線反射膜２にお
いてはＸ線が反射し、Ｘ線反射膜２の開口部９ではＸ線
が吸収されるため、これら２つの領域でコントラストが
形成され、Ｘ線投影露光によって、ウエハ上１０に反射
型マスク１８のパターンを転写することができる。

【００５５】なお、伝熱層８を形成する物質としては他
にも銅や銀等の熱伝導率の高い物質でも良い。このよう
な反射型マスク１８では、Ｘ線反射膜２が形成されてい
る部分では反射されなかったＸ線が吸収され、開口部９
では伝熱層８がむき出しの状態になっているので、ほと
んどのＸ線が伝熱層８によって吸収される。この吸収さ
れたＸ線は、それぞれ熱に変化する。なお、発生する熱
量は吸収されるＸ線の量によって決まるので、上述の様
な反射型マスク１８では、伝熱層８の方が単位面積あた
りの発生熱量は多くなる。

【００５６】このようにして発生した熱は、Ｘ線反射膜
２よりも熱伝導率の高い伝熱層８を伝搬し、周辺部分２
ｂに広がっていく。そして、伝熱層８を通して伝搬して
きた熱を温度センサー５で計測し、温度センサー５で計
測された温度を基に、ペルチェ素子４の冷却量を制御す
ることで、Ｘ線反射鏡の温度を一定に保つことができ
る。また、伝熱層で発生した熱だけでなく、Ｘ線反射膜
２によって発生した熱も、熱伝導率が高い伝熱層８を伝
搬して行くので、伝熱層を冷却することで、効率よく全
体を冷却することができる。なお、この実施の形態で使
用される制御部は、本発明の第２の実施の形態で用いら
れた冷却手段制御部と同じものを用いている。

【００５７】このように、本発明の第３の実施の形態に
おける露光装置では、反射型マスク１８への露光時間が
長くなっても、反射型マスク１８が変形することを防ぐ
ことができ、正確なパターンをウェハー１０上に転写す
ることが可能な露光装置が得られる。ところで、本発明
に係る反射型マスクは、これだけに限られず、伝熱層８
を有さなくとも良い。その例を図７に示して説明する。
この図７に示す反射型マスクは、図６に示す反射型マス
クと異なる点は、Ｘ線反射鏡のＸ線反射膜２がＸ線反射
領域２ａ及び周辺部分２ｂの両方に連続的に成膜されて
おり、そして、Ｘ線反射膜２上に、所定のパターンから
成るＸ線吸収体１１が形成されている。そして、冷却手
段であるペルチェ素子３ｂが、周辺部分２ｂに成膜され
たＸ線反射膜２に接触しており、Ｘ線反射膜２を伝搬し
てきた熱を吸収して、Ｘ線反射鏡を冷却するよう構成さ
れている。なお、更にＸ線反射領域２ａの近傍の周辺部
分２ｂには、温度センサー５が配置されている。

【００５８】ところで、この反射型マスク１８のＸ線吸
収体１１は、金で形成されており、Ｘ線を吸収する特性
を有するものである。従って、図７に示した反射型マス
ク１８では、Ｘ線反射領域２ａ中に形成され、Ｘ線反射
膜２が露出している部分でＸ線を反射し、Ｘ線反射膜２
上に形成されたＸ線吸収体１１ではＸ線が吸収されるた
め、これら２つの領域でコントラストが形成される。し
たがって、この反射マスク１８を用いて、Ｘ線投影露光
によって、ウエハ上に反射型マスクに形成されたパター
ンを転写することができる。そして、Ｘ線吸収体１１と
しては金の他に銅や銀等でも良い。

【００５９】以上のとおり、本発明の各実施の形態にお
ける露光装置では、Ｘ線が照射されることにより発生す
る熱によって、Ｘ線反射鏡や反射型マスクが変形し、光
学系の光学特性が変化してしまうことを防ぐことができ
る。更に、今まではＸ線光学系の光学特性が変化してし
まうと、それを補正するために装置を止めて、装置の光
学系の調整を行ったり、放熱を待って露光を再開するよ
うなことが考えられていたが、本発明を採用することに
よりその必要が無くなり、スループットが向上する。

【００６０】なお、本発明は上述した各実施の形態に用
いられる反射部材だけに限られない。例えば、Ｘ線反射
鏡においても、Ｘ線反射領域２ａ及び周辺部分２ｂの両
方に連続的に伝熱層を設けても良い。この場合、Ｘ線反
射膜２と基板１との間に伝熱層を設けることが好まし
い。また、冷却手段３についても、冷却用配管を通過す
る冷却水による冷却やペルチェ素子３ｂによる冷却以外
にも、冷却又は過冷却された物質をＸ線反射鏡の周辺部
分２ｂに吹き付けて、Ｘ線の反射部材を反射したＸ線の
光路にその物質が行かないように回収機構を設けたもの
でも良い。このように冷却する媒体がＸ線の光路に行か
なければ、Ｘ線の反射部材を冷却しながらでも、Ｘ線の
強度を低下させずに済む。

【００６１】

【発明の効果】以上の通り、本発明によるＸ線反射鏡を
用いれば、周辺部分に設置された冷却手段によって、Ｘ
線照射による熱を効率よく冷却することができる。ま
た、Ｘ線反射膜の表面に設置される冷却手段は、その周
辺部分に設置されているので、光路にケラレがなく、か
つ効率よく照射により発生する熱を冷却でき、良好な光
学性能が発揮できるＸ線反射光学素子が得られる。

【００６２】また、冷却量を制御することで、Ｘ線が照
射されることによって起こる温度変化や冷却手段の冷却
量が大きすぎて起こる温度変化によりＸ線反射鏡が変形
することが無いので、どのような条件下でも光学特性を
維持しながら運転できる露光装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】：本発明の第１の実施の形態を示す露光装置の
概略構成図である。

【図２】：本発明の第１の実施の形態である露光装置に
用いられた投影系１９の概略構成図である。

【図３】：本発明の第１の実施の形態である露光装置に
用いられたＸ線反射鏡の概略構成図である。

【図４】：本発明の第２の実施の形態である露光装置に
用いられたＸ線反射鏡の概略構成図である。

【図５】：本発明の第２の実施の形態である露光装置に
用いられたＸ線反射鏡の変形例を示した図である。

【図６】：本発明の第３の実施の形態である露光装置に
用いられた反射型マスクの概略構成図である。

【図７】：本発明の第３の実施の形態である露光装置に
用いられた反射型マスクの変形例を示した図である

【符号の説明】

１・・・基板２・・・Ｘ線反射膜２ａ・・・Ｘ線反射領域２ｂ・・・周辺部分３・・・冷却手段３ｂ・・ペルチェ素子５・・・温度センサー５１・・・抵抗膜６・・・絶縁膜８・・・伝熱層９・・・開口部１０・・・ウェハー１１・・・Ｘ線吸収体１２・・・ノズル１４・・・楕円鏡１５・・・放物面鏡１６・・・反射型フライアイ光学系６０ａ・・・第１の反射素子群６０ｂ・・・第２の反射素子群１７・・・コンデンサミラー１８・・・反射型マスク１９・・・投影系３０、３０ａ・・・冷却手段駆動部３００・・・温度調節機構３１０・・・冷却手段制御部３１１・・・電力供給部３１２・・・温度センサー出力部３１３・・・制御部５０ｂ・・・真空チャンバー５０ａ・・・真空チャンバーの窓９０・・・レーザ光源９１・・・集光光学系

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 17/00 Ｇ０２Ｂ 7/18 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線又は極紫外線を反射する反射光学素
子において、反射領域より広い面積に渡って反射膜を形成することが
出来る基板と、前記基板上に反射領域と前記反射領域以外とに成膜され
た前記反射膜と、前記反射領域以外に成膜された前記反射膜上に設けら
れ、前記反射膜を冷却する冷却手段とを備えたことを特
徴とする反射光学素子。
【請求項２】請求項１に記載の反射光学素子におい
て、前記基板と前記反射膜との間に、前記基板または前
記反射膜よりも熱伝導率の高い物質から成る伝熱層が設
けられていることを特徴とする反射光学素子。
【請求項３】請求項２に記載の反射光学素子におい
て、前記反射膜には、所定のパターンから成る前記反射
膜が形成されていない開口部が形成されていることを特
徴とする反射光学素子。
【請求項４】請求項２に記載の反射光学素子におい
て、前記反射膜上には、所定のパターンから成るＸ線又
は極紫外線を吸収する吸収体が形成されていることを特
徴とする反射光学素子。
【請求項５】請求項１に記載の反射光学素子におい
て、更に、前記反射光学素子の温度を計測するために、
前記反射領域以外に形成された反射膜上に設けられた温
度計測手段と、前記温度計測手段によって計測された温度が所定の範囲
になるように前記冷却手段を制御する制御手段とを備え
たことを特徴とした反射光学素子。
【請求項６】Ｘ線又は極紫外線を用い、複数の反射鏡
によりマスクに形成されたパターンをウェハー上に転写
する露光装置において、前記反射鏡は、反射領域より広い面積に渡って反射膜を
形成することが出来る基板と、前記基板上に前記反射領
域と前記反射領域以外とにわたって成膜された前記反射
膜とからなり、更に前記反射領域以外に成膜された前記
反射膜上に設けられ、前記反射膜を冷却する冷却手段
と、前記反射鏡の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段で得られた情報を元に冷却手段を制御
する制御手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項７】Ｘ線又は極紫外線を放射する光源と、少
なくとも一枚以上の多層膜反射鏡からなり、ウェハー上
に投影するパターンが形成され、マスクを照明する照明
光学系と、少なくとも一枚以上の多層膜反射鏡からな
り、前記マスクからのＸ線をウェハー上に投影する投影
光学系とを有した露光装置において、前記投影光学系を形成する多層膜反射鏡のうち少なくと
も一枚の多層膜反射鏡は、反射領域より広い面積に渡っ
て反射膜を形成することが出来る基板と、前記基板上に
前記反射領域と前記反射領域以外とに成膜された反射膜
とを有し、更に、前記反射領域以外に成膜された反射膜上に設けら
れた冷却手段及び温度計測手段と、前記温度計測手段からの情報に基づいて前記冷却手段を
制御する制御手段を有したことを特徴とする露光装置。