JP2003066195A - 多層膜除去加工装置、多層膜反射鏡、その製造方法、軟ｘ線光学系及び露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱的な安定を必要とすることなく、多層膜の
除去加工時の加工量を精度良く計測できる多層膜除去加
工装置、多層膜反射鏡、その製造方法、軟Ｘ線光学系及
び露光装置を提供する。 【解決手段】 本発明に係る多層膜除去加工装置は、屈
折率の異なる少なくとも二種類以上の物質を交互に所定
の周期長で積層してなる多層膜を基板上に成膜した多層
膜反射鏡１１に対し、前記多層膜の一部を除去すること
により、多層膜反射鏡１１の反射波面の位相を補正する
多層膜除去加工装置であって、前記多層膜の一部を除去
する除去装置と、除去した物質を分析する分析装置１４
と、を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスな
どの製造に用いられる多層膜除去加工装置、多層膜反射
鏡、その製造方法、軟Ｘ線光学系及び露光装置に関する
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の進
展に伴い、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１１〜１４ｎｍ程度の波長を有する軟
Ｘ線を使用した投影リソグラフィ技術が開発されている
（例えば、D.Tichenor,et al, SPIE 2437(1995)292参
照）。この技術は、最近ではＥＵＶ(Extreme Ultra Vio
let:極紫外線)リソグラフィとも呼ばれているが、その
内容は同一である（以下、ＥＵＶリソグラフィと呼
ぶ）。ＥＵＶリソグラフィは、従来の光リソグラフィ
（波長１９０ｎｍ程度以上）では実現不可能な７０ｎｍ
以下の解像力を有する将来のリソグラフィ技術として期
待されている。

【０００３】この波長域では物質の屈折率が１に非常に
近いので、屈折や反射を利用した従来の光学素子は使用
できない。屈折率が１よりも僅かに小さいことによる全
反射を利用した斜入射ミラーや、界面での微弱な反射光
の位相を合わせて多数重畳させて、全体として高い反射
率を得る多層膜反射鏡（多層膜ミラー）などが使用され
る。１３．４ｎｍ付近の波長域では、モリブデン（Ｍ
ｏ）層とシリコン（Ｓｉ）層を交互に積層したＭｏ／Ｓ
ｉ多層膜を用いると直入射で６７．５％の反射率を得る
ことが出来、波長１１．３ｎｍ付近の波長域では、Ｍｏ
層とベリリウム（Ｂｅ）層を交互に積層したＭｏ／Ｂｅ
多層膜を用いると直入射で７０．２％の反射率を得るこ
とができる（例えば、C.Montcalm, Proc. SPIE, Vol. 3
331(1998)P.42参照）。

【０００４】ＥＵＶリソグラフィ装置は、主として軟Ｘ
線光源、照明光学系、マスクステージ、投影結像光学系
（投影光学系）、ウエハステージ等により構成される。
軟Ｘ線光源には、レーザープラズマ光源、放電プラズマ
光源や放射光などが使用される。照明光学系は、反射面
に斜め方向から入射した軟Ｘ線を反射させる斜入射ミラ
ー、反射面が多層膜により形成される多層膜ミラー及び
所定の波長の軟Ｘ線のみを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軟Ｘ線で照明す
る。なお、軟Ｘ線の波長域では透明な物質は存在しない
ので、マスクには従来の透過型のマスクではなく反射型
のマスクが使用される。

【０００５】マスク上に形成された回路パターンは、複
数の多層膜ミラー等で構成された投影結像光学系によ
り、レジストが塗布されたウエハ（感光性基板）上に結
像して該レジストに転写される。なお、軟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
（例えば、１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下）に維持されてい
る。

【０００６】投影結像光学系は複数の多層膜ミラーによ
り構成される。多層膜ミラーの反射率は１００％ではな
いので、光量の損失を抑えるためにミラーの枚数は出来
るだけ少なくすることが好ましい。これまでに、４枚の
多層膜ミラーからなる光学系（例えば、T. Jewell and
K. Thompson, USP 5,315,629、 T, Jewell, USP 5,063,
586参照）や、６枚の多層膜ミラーからなる光学系（例
えば、D. Williamson,特開平9-211332、USP 5,815,310
参照）などが報告されている。

【０００７】光束が一方向に進行する屈折光学系とは異
なり、反射光学系では光学系の中で光束が往復すること
になるので、ミラーによる光束のけられを避けるという
制限のために、開口数（ＮＡ）を大きくすることが難し
い。４枚光学系ではＮＡを０．１５程度までにしか出来
ないが、６枚光学系では更にＮＡの大きい光学系の設計
が可能になる。マスクステージとウエハステージが投影
結像光学系の両側に配置できるように、ミラーの枚数は
通常は偶数になっている。

【０００８】このような投影結像光学系は、限られた面
数で光学系の収差を補正しなければならないので、各ミ
ラーには非球面形状が適用され、また、所定の像高の近
傍でのみ収差の補正されたリングフィールド光学系にな
っている。マスク上のパターン全体をウエハ上に転写す
るためには、マスクステージとウエハステージとを、光
学系の倍率分だけ異なる速度でスキャンさせながら露光
を行う。

【０００９】上記のような露光装置の投影結像光学系
は、いわゆる回折限界の光学系であり、波面収差を充分
に小さくしておかないと設計通りの性能を得ることは出
来ない。回折限界の光学系における波面収差の許容値の
目安としては、Marechalによる二乗平均値（ＲＭＳ）で
使用波長の１／１４以内という基準がある（M. Born an
d E. Wolf, Principles of Optics, 4th edition, Perg
amon Press 1970, p.469参照）。これはStrehl強度（収
差のある光学系と無収差光学系との間の点像強度の最大
値の比）が８０％以上になるための条件である。実際の
露光装置の投影結像光学系は、これよりも更に低い収差
になるように製造されている。

【００１０】現在、盛んに研究開発が行われているＥＵ
Ｖリソグラフィ技術においては、露光波長は主として１
３ｎｍあるいは１１ｎｍ付近の波長が使われている。光
学系の波面収差（ＷＦＥ）に対して、個々のミラーに許
容される形状誤差（ＦＥ）は次式で与えられる。 （数式１） ＦＥ＝ＷＦＥ／２／ｎ^1/2（ＲＭＳ）

【００１１】ｎは光学系を構成するミラーの数であり、
更に２で割るのは、反射光学系では入射光と反射光の両
方がそれぞれ形状誤差の影響を受けるので、波面収差に
は形状誤差の２倍の誤差が乗るからである。結局、回折
限界の光学系において、個々のミラーに許容される形状
誤差（ＦＥ）は、波長λとミラーの枚数ｎに対して次式
で与えられる。 （数式２） ＦＥ＝λ／２８／ｎ^1/2（ＲＭＳ）

【００１２】この値は、波長１３ｎｍでは４枚のミラー
で構成された光学系の場合０．２３ｎｍＲＭＳとなり、
６枚のミラーで構成された光学系の場合０．１９ｎｍＲ
ＭＳとなる。

【００１３】しかしながら、このような高精度の非球面
形状ミラーを製造することは非常に困難であり、ＥＵＶ
リソグラフィがなかなか実用化できない第一の原因とな
っている。現在までに達成されている非球面の加工精度
は０．４〜０．５ｎｍＲＭＳの程度であり（C. Gwyn, E
xtreme Ultraviolet Lithography White Paper, EUVLL
C, 1998, p17参照）、ＥＵＶリソグラフィを実現するた
めには非球面の加工技術および計測技術の大幅な向上が
必要とされている。

【００１４】最近、山本によって多層膜ミラーの表面を
一層ずつ削り取ることによって、実質的にサブｎｍの形
状誤差を補正することのできる画期的な技術が報告され
た（M. Yamamoto, 7^th International Conference on S
ynchrotron Radiation Instrumentation, Berlin Germa
ny, August 21-25, 2000, POS2-189）。図７をもって、
その原理を説明する。

【００１５】図７（ａ）に示すように、Ａ，Ｂ二種類の
物質を一定の周期長ｄで交互に積層した多層膜の表面か
ら、図７（ｂ）に示すように一層対を除去する場合を考
える。図７（ａ）で、多層膜表面に対して垂直方向に進
行する光線に対する、厚さｄの多層膜一層対の光路長
は、ＯＰ＝ｎ_Aｄ_A＋ｎ_Bｄ_Bで与えられる。ここでｄ_A，
ｄ_Bは各層の厚さを表し、ｄ_A＋ｄ_B＝ｄである。ｎ_A，ｎ
_Bは物質Ａ，Ｂそれぞれの屈折率である。

【００１６】図７（ｂ）で、最表面の多層膜一層対を除
去した厚さｄの部分の光路長は、ＯＰ’＝ｎｄで与えら
れる。ｎは真空の屈折率を表し、ｎ＝１である。多層膜
の最上層を除去することによって、そこを通過する光線
が進む光学的距離が変化することになる。これは、実質
的にその変化分だけ面形状を修正したことと光学的に等
価である。

【００１７】光路長の変化（即ち、面形状の変化）は、
Δ＝ＯＰ’−ＯＰで与えられる。軟Ｘ線の波長域では、
物質の屈折率が１に近いので、Δは小さな量となり、本
方法により精密な面形状の補正が可能になる。具体例と
して、波長１３．４ｎｍでＭｏ／Ｓｉ多層膜を用いた場
合を示す。直入射で使用するために、ｄ＝６．８ｎｍ、
ｄ_Mo＝２．３ｎｍ、ｄ_Si＝４．５ｎｍとする。この波長
での屈折率は、ｎ_Mo＝０．９２、ｎ_Si＝０．９９８であ
る。これらの数値を用いて光路長の変化を計算すると、
ＯＰ＝６．６ｎｍ、ＯＰ’＝６．８ｎｍ、Δ＝０．２ｎ
ｍとなる。厚さ６．８ｎｍの層を除去する加工によっ
て、０．２ｎｍ相当の面形状の補正を行うことが出来
る。

【００１８】なお、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜の場合、Ｓｉ層の
屈折率は１に近いので、光路長の変化は主としてＭｏ層
の有無によるものであり、Ｓｉ層の有無には殆ど依存し
ない。従って、多層膜の層を除去する際に、Ｓｉ層の厚
さを正確に制御する必要は無い。この例ではＳｉ層の厚
さは４．５ｎｍであり、この層の途中で加工が停止すれ
ば良い。即ち、数ｎｍの精度の加工を施すことによって
０．２ｎｍ単位の面形状補正を行うことができる。

【００１９】実際には、多層膜成膜を行った後に反射波
面を測定し、その結果に基づいて部分的な多層膜の除去
加工量を決定し、実際の加工を行う。

【００２０】なお、多層膜の反射率は積層数とともに増
加して一定の層数を越えると飽和して一定になる。予め
反射率が飽和するのに充分な層数を積層しておけば、表
面から多層膜の一部を除去しても反射率の変化は生じな
い。一般的に多層膜は内部応力を有しており、多層膜を
基板に成膜又は除去すると内部応力によって基板形状が
変化する可能性がある。そこで、単位積層構造をＭｏ／
Ｓｉ等からＭｏ／Ｒｕ／Ｍｏ／Ｓｉ等として内部応力を
小さくしておけば、多層膜を基板に成膜又は除去した際
の基板形状の変化を低減できる。

【００２１】多層膜の除去加工の手法としては、レンズ
の研磨で一般的に行われているように、研磨剤を含んだ
研磨液を研磨面に供給しながら、研磨する部分に比較的
小さなスポンジ状の柔らかな部材を押し当て、除去しよ
うとする部分のみをわずかずつ研磨・除去する方法があ
る。また、他の方法としては、真空に排気した真空容器
内で狭い領域に絞ったイオンビームを照射することによ
り部分的な除去加工を行う手法等がある。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】前述した山本らの提案
した反射波面の制御法は非常に有効であるが、多層膜の
除去量を正確に制御する必要がある。除去加工に求めら
れる精度は、求められる波面形状の精度に比べると緩や
かであるが、それでも除去加工には数ｎｍの精度での制
御が必要となる。一般に高精度での反射面形状の測定は
干渉計を用いて行われるが、ｎｍオーダーの形状測定を
行うためには、測定環境を十分に制御する必要がある。
特に被検物の温度は重要で、加工前と加工後で形状を比
較する場合には、同じ温度での測定は必須である。

【００２３】また、多層膜の除去加工により反射波面の
修正を行う場合、どの程度除去が行われたかを確認しな
がら加工を行うことが望ましい。しかし、研磨液を用い
て研磨や、真空中でのイオンビームによる加工は、熱的
な平衡状態とは大きくかけ離れた状態で行われるため、
干渉計による精密な計測を多層膜の除去加工工程にすば
やくフィードバックすることは困難であった。このよう
な事情から、多層膜の除去加工時の加工量を必要な精度
で評価可能であり、しかも、干渉計による測定ほど熱的
な安定を必要としない評価方法が求められていた。

【００２４】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、熱的な安定を必要とする
ことなく、多層膜の除去加工時の加工量を精度良く計測
できる多層膜除去加工装置、多層膜反射鏡、その製造方
法、軟Ｘ線光学系及び露光装置を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る多層膜除去加工装置は、屈折率の異な
る少なくとも二種類以上の物質を交互に所定の周期長で
積層してなる多層膜を基板上に成膜した多層膜反射鏡に
対し、前記多層膜の一部を除去することにより、多層膜
反射鏡の反射波面の位相を補正する多層膜除去加工装置
であって、前記多層膜の一部を除去する除去装置と、除
去した物質を分析する分析装置と、を具備することを特
徴とする。

【００２６】上記多層膜除去加工装置によれば、除去装
置により多層膜の一部を除去加工しているときに、除去
された物質を分析装置により分析することで、該物質の
材質を知ることができる。これにより、熱的な安定を必
要とすることなく、多層膜の除去加工時の加工量を精度
良く計測できる。

【００２７】また、本発明に係る多層膜除去加工装置に
おいて、前記除去装置は、真空容器内に配置されたイオ
ン源から発するイオンビームを前記多層膜に照射するこ
とによって該多層膜の一部を除去する装置であり、前記
分析装置は、前記除去装置によって除去した物質の質量
を分析する質量分析装置であることも可能である。これ
により、真空容器中で多層膜の除去加工をイオンビーム
照射によって行いながら、同時に除去物質の質量分析を
行うことができ、どの層まで加工が進んだかをモニター
しながら除去加工を進めることができる。

【００２８】また、本発明に係る多層膜除去加工装置に
おいて、屈折率の異なる少なくとも二種類以上の物質を
交互に所定の周期長で積層してなる多層膜を基板上に成
膜した多層膜反射鏡に対し、前記多層膜の一部を除去す
ることにより、多層膜反射鏡の反射波面の位相を補正す
る多層膜除去加工装置であって、前記多層膜の一部を除
去する除去装置と、この除去装置で除去した後の多層膜
表面の物質の種類を分析する分析装置と、を具備するこ
とを特徴とする。

【００２９】また、本発明に係る多層膜除去加工装置に
おいて、前記分析装置は、多層膜表面の物質の種類を分
析することにより多層膜表面の物質の面分布を測定する
ものであることも可能である。これにより、多層膜の除
去加工によって最上層に生じた物質分布を知ることがで
き、この分布から各位置での多層膜の除去量を知ること
が可能となる。表面に露出した物質の種類を分析するの
で、多層膜が熱的平衡状態に達する必要はなく、測定結
果を短時間のうちに装置にフィードバックでき、加工を
短時間で終了することができる。

【００３０】また、本発明に係る多層膜除去加工装置に
おいて、前記除去装置は、真空容器内に配置されたイオ
ン源から発するイオンビームを前記多層膜に照射するこ
とによって該多層膜の一部を除去する装置であり、前記
分析装置は、多層膜表面の物質の種類を光電子分光によ
り分析する光電子分光分析装置又はオージェ電子分光分
析装置であることも可能である。これにより、除去加工
を施した多層膜表面を光電子分光分析あるいはオージェ
電子分光分析によって分析し、最上層に露出している物
質の分布を知ることができ、この分布からどの部分でど
の程度除去加工が行われたかを確認することができる。
また、これらの分析は熱的平衡状態で行う必要はないの
で、除去加工後直ちに行うことができ、測定結果を短時
間のうちに装置にフィードバックでき、加工を短時間で
終了することができる。

【００３１】また、本発明に係る多層膜除去加工装置に
おいて、前記除去装置は、真空容器内に配置されたイオ
ン源から発するイオンビームを前記多層膜に照射するこ
とによって該多層膜の一部を除去する装置であり、前記
分析装置は、多層膜表面に形成された膜の状態を測定す
るエリプソメータであることも可能である。

【００３２】上記多層膜除去加工装置によれば、エリプ
ソメータにより多層膜表面の多層構造の変化の様子を知
ることができる。加工が行われていない部分では最上層
が均一な厚さのある物質の層であるが、除去加工がなさ
れた部分では、ある物質の層あるいは他の物質の層であ
り、最上層の厚さも一定ではない。除去量が連続的に変
化している領域をエリプソメータにより測定すると、そ
の信号強度は振動し、その振動の回数を除去加工の行わ
れていない領域から数えることで最上層に露出している
層がある物質の層か他の物質の層であるかを知ることが
できる。さらに、この測定を多層膜面全体で行えば、そ
の分布を知ることができ、その分布からどの部分でどの
程度の除去加工が行われたかを確認することができる。
また、この測定は熱的平衡状態で行う必要はないので、
除去加工後直ちに行うことができ、測定結果を短時間の
うちに装置にフィードバックでき、加工を短時間で終了
することができる。

【００３３】また、本発明に係る多層膜除去加工装置に
おいて、前記除去装置は、真空容器内に配置されたイオ
ン源から発するイオンビームを前記多層膜に照射するこ
とによって該多層膜の一部を除去する装置であり、前記
分析装置は、赤外、可視又は紫外領域の光に対する反射
率の差を用いて多層膜表面の物質分布を検出するもので
あることも可能である。

【００３４】上記多層膜除去加工装置によれば、最上層
がある物質の層であるときと他の物質の層であるときに
生ずる赤外、可視又は紫外反射率の差を検出することが
できるので、多層膜表面にどちらの層が露出しているか
を知ることができ、その分布からどの部分でどの程度除
去加工が行われたかを確認することができる。また、こ
の測定は熱的平衡状態で行う必要はないので、除去加工
後直ちに行うことができ、測定結果を短時間のうちに装
置にフィードバックでき、加工を短時間で終了すること
ができる。

【００３５】本発明に係る多層膜反射鏡の製造方法は、
屈折率の異なる少なくとも二種類以上の物質を交互に所
定の周期長で積層してなる多層膜を基板上に成膜した多
層膜反射鏡に対し、前記多層膜の一部を除去することに
より、多層膜反射鏡の反射波面の位相を補正した多層膜
反射鏡の製造方法において、前記多層膜の一部を除去し
ながら、この除去された物質を分析することにより、所
望の除去量の加工を行うことを特徴とする。

【００３６】また、本発明に係る多層膜反射鏡の製造方
法において、前記多層膜の一部の除去は、真空容器内に
配置されたイオン源から発するイオンビームを前記多層
膜に照射することによって行うものであり、前記物質の
分析は、該物質の質量を分析することにより行うもので
あることも可能である。

【００３７】本発明に係る多層膜反射鏡の製造方法は、
屈折率の異なる少なくとも二種類以上の物質を交互に所
定の周期長で積層してなる多層膜を基板上に成膜した多
層膜反射鏡に対し、前記多層膜の一部を除去することに
より、多層膜反射鏡の反射波面の位相を補正した多層膜
反射鏡の製造方法において、前記多層膜の一部を除去し
た後の多層膜表面の物質の種類を分析することにより、
所望の除去量の加工を行うことを特徴とする。

【００３８】また、本発明に係る多層膜反射鏡の製造方
法において、前記多層膜の一部の除去は、真空容器内に
配置されたイオン源から発するイオンビームを前記多層
膜に照射することによって行うものであり、前記物質の
種類の分析は、光電子分光又はオージェ電子分光により
行うものであることも可能である。

【００３９】また、本発明に係る多層膜反射鏡の製造方
法において、前記多層膜の一部の除去は、真空容器内に
配置されたイオン源から発するイオンビームを前記多層
膜に照射することによって行うものであり、前記物質の
種類の分析は、エリプソメータにより行うものであるこ
とも可能である。

【００４０】また、本発明に係る多層膜反射鏡の製造方
法において、前記多層膜の一部の除去は、真空容器内に
配置されたイオン源から発するイオンビームを前記多層
膜に照射することによって行うものであり、前記物質の
種類の分析は、赤外、可視又は紫外領域の光に対する反
射率の差を用いて行うものであることも可能である。

【００４１】本発明に係る多層膜反射鏡は、基板と、こ
の基板上に形成され、屈折率の異なる少なくとも二種類
以上の物質を交互に所定の周期長で積層してなる多層膜
と、前記多層膜の反射波面の位相を補正するために、前
記多層膜の一部が除去された除去部と、を具備し、前記
除去部は、多層膜の一部を除去しながら、この除去され
た物質を分析することにより、所望の除去量の加工を行
って形成されていることを特徴とする。

【００４２】本発明に係る多層膜反射鏡は、基板と、こ
の基板上に形成され、屈折率の異なる少なくとも二種類
以上の物質を交互に所定の周期長で積層してなる多層膜
と、前記多層膜の反射波面の位相を補正するために、前
記多層膜の一部が除去された除去部と、を具備し、前記
除去部は、多層膜の一部を除去した後の多層膜表面の物
質を分析することにより、所望の除去量の加工を行って
形成されていることを特徴とする。

【００４３】本発明に係る軟Ｘ線光学系は、前記多層膜
反射鏡を用いて構成されたことを特徴とする。

【００４４】本発明に係る露光装置は、軟Ｘ線を発生さ
せる軟Ｘ線光源と、この軟Ｘ線光源からの軟Ｘ線をマス
クに導く照明光学系と、前記マスクからの軟Ｘ線を感光
性基板に導く投影光学系とを有し、前記マスクのパター
ンを感光性基板へ転写する露光装置において、前記照明
光学系、前記マスク及び前記投影光学系のうちの少なく
とも一つに前記多層膜反射鏡を有することを特徴とす
る。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明に係る第１
の実施の形態による多層膜除去加工装置を示す概略図で
ある。図２（ａ）は、図１に示す多層膜除去加工装置を
用いて除去加工した多層膜であって最表面に露出したモ
リブデンとシリコンの分布を示す平面図であり、図２
（ｂ）は、図２（ａ）に示す２ｂ−２ｂ線に沿った断面
図である。

【００４６】図１に示すように、多層膜除去加工装置は
真空容器（図示せず）を有し、この真空容器内には、表
面に多層膜を成膜した凹面多層膜基板（多層膜反射鏡）
１１を載置するステージ４５が配置されている。多層膜
基板１１の表面には図２に示す多層膜２３が成膜されて
いる。この多層膜はモリブデン（Ｍｏ）２１とシリコン
（Ｓｉ）２２を交互に積層したＭｏ／Ｓｉ多層膜２３で
あり、最上層はシリコン２２である。真空容器内にはイ
オン源１２が配置されており、このイオン源１２はステ
ージ４５に正対するように位置している。イオン源１２
からイオンビーム１３を多層膜に照射することで多層膜
の除去加工を行う。また、真空容器内には原子の質量を
分析する質量分析装置１４が配置されており、この質量
分析装置１４はイオンビームの照射により除去された物
質の質量を分析するものである。

【００４７】次に、上記多層膜除去加工装置を用いて多
層膜を除去する方法について説明する。図１に示す多層
膜反射鏡１１は、ＥＵＶリソグラフィ用投影光学系を構
成する多層膜反射鏡のうちの１枚であり、多層膜成膜後
に一度投影光学系として組み立てて調整がなされ、露光
波長である波長１３．５ｎｍを用いた干渉計において光
学系全体としての波面収差が測定される。この波面収差
を改善するために、この多層膜反射鏡１１における反射
波面をどのように修正すればよいかが計算され、その修
正波面を得るために多層膜を鏡上のどの位置でどれだけ
除去すればよいかの計算がなされる。

【００４８】多層膜反射鏡１１については、反射波面の
測定がなされており、収差の小さい反射波面を得るため
には、Ａの位置で多層膜２層分のモリブデン２１の除去
を行う必要がある。

【００４９】ステージ４５は、多層膜を除去すべき位置
にイオンビーム１３が照射されるように制御される。即
ち、多層膜除去加工装置において、多層膜反射鏡１１を
除去加工が必要な位置Ａにイオンビームが照射されるよ
うに配置する。この状態で多層膜にイオンビーム１３が
照射されると、多層膜を構成する物質が除去され、除去
された物質は質量分析装置１４によってその質量分析が
行われる。

【００５０】イオンビーム照射によって、図２に示すよ
うにまず最初に最上層のシリコン層２２が除去され、質
量分析装置ではシリコンが検出される。シリコン層２２
の厚さを越えて加工が進むとモリブデン層２１が露出
し、モリブデンが除去され始めるため、質量分析装置で
はモリブデンが検出され始める。このように加工を続け
ると、多層膜２３の各層に除去加工が及ぶ毎に質量分析
装置ではシリコン２２とモリブデン２１が交互に検出さ
れる。

【００５１】ただし、図２（ｂ）に示すように、加工部
分の側面には、貫通したシリコン層２２やモリブデン層
２１の断面が存在し、その側面にもイオンビームが照射
されるため、最上層シリコンの除去の時を除くとモリブ
デンのみ或いはシリコンのみの信号が質量分析装置から
得られることはない。モリブデンとシリコンの信号強度
はお互いに逆位相で入れ替わりながら変化し、加工が進
むにしたがって２つのピークのコントラストは徐々に低
下していく。

【００５２】ＥＵＶ投影光学系の波面収差向上を目的と
した多層膜除去加工では、モリブデン層が何層除去され
たかが重要である。上記加工は、質量分析装置のモリブ
デンの信号が２回目の極大を得て、シリコンの信号が極
大を迎えるまでに終了する。このとき、図２に示す除去
加工領域２４の中央部で除去が最も進み、最上層から数
えて３層目のシリコン層にまで到達している。よって、
モリブデン層は２層除去されており、所望の除去量で加
工を行うことができる。

【００５３】上記第１の実施の形態によれば、多層膜除
去加工装置に質量分析装置１４を配置しているため、多
層膜の除去加工中にリアルタイムで加工している層をフ
ィードバックすることができ、加工量をモニターでき、
どの程度除去が行われたかを確認しながら加工を行うこ
とが可能となる。従って、何層除去されたかが重要な多
層膜中のモリブデン層を所定の層数だけ除去加工するこ
とができるので、高い精度での波面補正を達成できる。
これにより、光学系の波面収差を低減して結像特性を向
上することができる。また、干渉計による形状計測のよ
うに基板本体が熱的に安定な状態に達する必要がないの
で、加工中の熱に影響されることなく、短時間で所望量
の加工を完了することができる。

【００５４】図３は、本発明に係る第２の実施の形態に
よる多層膜除去加工装置を概略的に示す構成図であり、
図１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分につい
てのみ説明する。

【００５５】図３に示す多層膜除去加工装置は単色Ｘ線
照明装置５４と光電子分析装置５６を備えている。単色
Ｘ線照明装置５４と光電子分析装置５６は、多層膜の除
去加工を行った後に表面に露出した物質がモリブデンで
あるかシリコンであるかの分析を行うものである。つま
り、単色Ｘ線照明装置５４から多層膜の表面にＸ線を照
射し、その照射された部分からの光電子を光電子分析装
置５６によって分析することで、多層膜表面の物質を判
定する。このようにして除去加工領域を内部に含む領域
の２次元マッピングを行う。これにより、図２（ａ）に
示したような表面に露出した物質の２次元分布を得るこ
とができる。この２次元分布から、どの部分が何層目ま
で除去加工が進んでいるかを知ることができる。

【００５６】ただし、図２のような単純な加工形状でな
い場合には、分布だけからでは隣の領域に対して凹なの
か凸なのかが判断できない場合もある。しかし、本実施
の形態のようにイオンビーム１３を照射する位置と時間
を制御しながら加工を行う場合は、どの位置が最も多層
膜除去が進んでいるかを予想できるので、除去量の分布
を全領域で充分に把握することが可能となる。

【００５７】上記多層膜除去加工装置を用いて多層膜を
除去し、多層膜の表面に露出している物質を分析する場
合、多層膜の一部の除去加工を行った後に多層膜の表面
の分析を行っても良いし、多層膜の除去加工を行いなが
ら多層膜の表面の分析を行うことも可能である。

【００５８】上記第２の実施の形態によれば、多層膜除
去加工装置に単色Ｘ線照明装置５４及び光電子分析装置
５６を配置しているため、多層膜の除去加工後又は除去
加工中に多層膜の表面に露出している物質を分析するこ
とができる。これにより、多層膜の最表面の物質分布を
知ることができる。この分布から各位置での多層膜の除
去量を知ることが可能となる。従って、高い精度での波
面補正を達成できる。これにより、光学系の波面収差を
低減して結像特性を向上することができる。また、多層
膜の表面に露出した物質の種類を分析するので、分析時
に基板が熱的平衡状態で行う必要はなく、多層膜の除去
加工後直ちに分析を行うことができる。従って、測定結
果を短時間のうちに除去加工装置にフィードバックする
ことができ、除去加工を短時間で終了することができ
る。

【００５９】尚、上記第２の実施の形態では、多層膜の
最表面の物質がモリブデンであるかシリコンであるかを
光電子分光による光電子分析装置によって分析している
が、分析方法はこれに限るものではなく、オージェ電子
分光分析装置によって分析することも可能である。

【００６０】図４は、本発明に係る第３の実施の形態に
よる多層膜除去加工装置を概略的に示す構成図であり、
図１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分につい
てのみ説明する。

【００６１】図４に示す多層膜除去加工装置はエリプソ
メータ６４ａ，６４ｂを有し、イオンビーム１３による
除去加工中にエリプソメータによって加工領域を測定し
ている。エリプソメータ６４ａ，６４ｂは、多層膜表面
に光を照射して、その反射光の偏光状態を計測すること
で表面に形成された膜の状態を測定する装置である。光
源には白色光を分光器で単色化した光、あるいはレーザ
ー光等を用いる。光源から発した光学素子等で偏向さ
せ、偏向光を多層膜表面に照射する。多層膜で反射した
光はその屈折率や膜厚、あるいはその構造によって偏向
の変わり方が異なるので、エリプソメータで測定するこ
とにより、多層膜の表面付近における構造の変化を感度
良く検出することができる。加工の工程でシリコン層と
モリブデン層が１層対除去されると、多層膜の表面部分
の構造は除去前の状態と同じ状態になるため、加工を続
けると、エリプソメータから得られる信号は振動を繰り
返す。この振動の回数を計測することで、イオンビーム
加工中にどれだけの層数が除去されたかを知ることがで
きる。

【００６２】上記多層膜除去加工装置を用いて多層膜を
除去し、多層膜の表面付近における構造の変化をエリプ
ソメータで検出する場合、多層膜の一部の除去加工を行
った後にエリプソメータで検出しても良いし、多層膜の
除去加工を行いながらエリプソメータで検出することも
可能である。

【００６３】上記第３の実施の形態によれば、エリプソ
メータ６４ａ，６４ｂにより多層膜の表面付近における
構造の変化を検出することができる。これにより、多層
膜の除去量を知ることができるので、多層膜を精度良く
除去加工できる。従って、高い精度での波面補正を達成
でき、光学系の波面収差を低減して結像特性を向上する
ことができる。また、エリプソメータによる分析では、
分析時に基板が熱的平衡状態で行う必要はなく、多層膜
の除去加工後直ちに分析を行うことができる。従って、
測定結果を短時間のうちに除去加工装置にフィードバッ
クすることができ、除去加工を短時間で終了することが
できる。

【００６４】図５は、本発明に係る第４の実施の形態に
よる多層膜除去加工装置を概略的に示す構成図であり、
図１と同一部分には同一符号を付し、異なる部分につい
てのみ説明する。

【００６５】図５に示す多層膜除去加工装置は、基板表
面を撮像できるＣＣＤカメラ７４を有している。Ｍｏ／
Ｓｉ多層膜を除去加工することによりモリブデン層が最
上層に露出する領域とシリコン層が露出する領域が生ず
るが、これらの領域の赤外・可視・紫外領域の光に対す
る反射率には差が生じる。例えば可視光の場合、モリブ
デン層が露出した部分ではシリコン層が露出した部分よ
りも反射率が高く、明るく見える。これを利用してＣＣ
Ｄカメラ７４で基板表面の可視像を撮影することによ
り、どの領域でどちらの層が露出しているかを調べるこ
とができる。このようにして多層膜の表面の物質分布を
検出することで、各領域の除去加工量を知ることができ
る。

【００６６】上記第４の実施の形態によれば、多層膜除
去加工装置にＣＣＤカメラ７４を配置しているため、除
去加工中に多層膜の表面の各領域の除去加工量を知るこ
とができる。これにより、多層膜を精度良く除去加工す
ることができるので、高い精度での波面補正を達成でき
る。従って、光学系の波面収差を低減して結像特性を向
上することができる。また、分析時に基板が熱的平衡状
態で行う必要はなく、多層膜の除去加工後直ちに分析を
行うことができる。従って、測定結果を短時間のうちに
除去加工装置にフィードバックすることができ、除去加
工を短時間で終了することができる。

【００６７】尚、上記第４の実施の形態では、多層膜の
除去加工をイオンビーム１３の照射によって行っている
が、多層膜の除去加工の方法はこれに限られるものでは
なく、他の除去加工の方法を用いることも可能であり、
例えば研磨液を用いた多層膜表面の研磨によって除去加
工を行うことも可能である。この場合、加工は真空容器
中ではなく大気雰囲気中で行われるが、ＣＣＤカメラに
よる基板表面の可視光像撮影は問題なく行うことが可能
である。

【００６８】また、上記第４の実施の形態では、ＣＣＤ
カメラにより基板表面の可視光像を撮影して多層膜の表
面の物質分布を検出しているが、赤外・可視・紫外領域
の光に対する反射率の差を用いて多層膜表面の物質分布
を検出するものであれば、ＣＣＤカメラ以外の手段によ
って多層膜表面の物質分布を検出することも可能であ
る。

【００６９】図６は、本発明に係る第１〜第４の実施の
形態により高い精度での波面補正を行った多層膜反射鏡
を備えたＸ線露光装置の一例を示す構成図である。

【００７０】Ｘ線露光装置は、主に軟Ｘ線光源Ｓ、コン
デンサＣ、照明光学系、マスクＭのステージ（図示せ
ず）、投影光学系、ウエハＷのステージ（図示せず）な
どにより構成されている。軟Ｘ線光源Ｓには、プラズマ
励起用のレーザーＬからなるレーザープラズマ光源の他
に放電プラズマ光源や放射光などが使用される。照明光
学系（ＩＲ１、ＩＲ２、ＩＲ３およびＩＲ４等）は、反
射面に斜め方向から入射した軟Ｘ線を反射させる斜入射
ミラー、反射面が多層膜により形成される多層膜ミラ
ー、および所定の波長の軟Ｘ線のみを透過させるフィル
ター等により構成されている。この照明光学系によって
フォトマスクＭ上を所望の波長の軟Ｘ線で照明する。

【００７１】軟Ｘ線の波長域では透明な物質は存在しな
いので、マスクＭには従来の透過型のマスクではなく反
射型のマスクが使用される。投影結像光学系は複数の多
層膜ミラー（ＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ３およびＰＲ４）等
により構成されている。マスクＭ上に形成された回路パ
ターンは、投影結像光学系によりレジストが塗布された
ウエハＷ上に結像して該レジストに転写される。なお、
軟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（例えば、１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下）に
維持されている。

【００７２】前記照明光学系、前記マスクＭ及び前記投
影光学系のうちの少なくとも一つに第１〜第４の実施の
形態の多層膜反射鏡を有する。

【００７３】尚、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、種々変更して実施することが可能である。例えば、
露光装置の軟Ｘ線光学系に前記多層膜反射鏡を適用して
いるが、軟Ｘ線光学系は露光装置に限定されるものでは
なく、他の軟Ｘ線光学系に多層膜反射鏡を適用すること
も可能である。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、除
去装置により多層膜の一部を除去加工しているときに、
除去された物質を分析装置により分析することで、該物
質の材質を知ることができる。したがって、熱的な安定
を必要とすることなく、多層膜の除去加工時の加工量を
精度良く計測できる多層膜除去加工装置、多層膜反射
鏡、その製造方法、軟Ｘ線光学系及び露光装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施の形態による多層膜除
去加工装置を示す概略図である。

【図２】（ａ）は、図１に示す多層膜除去加工装置を用
いて除去加工した多層膜であって最表面に露出したモリ
ブデンとシリコンの分布を示す平面図であり、（ｂ）
は、（ａ）に示す２ｂ−２ｂ線に沿った断面図である。

【図３】本発明に係る第２の実施の形態による多層膜除
去加工装置を概略的に示す構成図である。

【図４】本発明に係る第３の実施の形態による多層膜除
去加工装置を概略的に示す構成図である。

【図５】本発明に係る第４の実施の形態による多層膜除
去加工装置を概略的に示す構成図である。

【図６】本発明に係る第１〜第４の実施の形態により高
い精度での波面補正を行った多層膜反射鏡を備えたＸ線
露光装置の一例を示す構成図である。

【図７】（ａ），（ｂ）は、多層膜除去による反射波面
の制御を説明する断面図である。

【符号の説明】

１１…凹面多層膜基板（多層膜反射鏡） １２…イオン
源 １３…イオンビーム １４…質量分
析装置 ２１…モリブデン（Ｍｏ） ２２…シリコ
ン（Ｓｉ） ２３…多層膜 ２４…除去加
工領域 ４５…ステージ ５４…単色Ｘ
線照明装置 ５６…光電子分析装置 ６４ａ，６４
ｂ…エリプソメータ ７４…ＣＣＤカメラ

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０２ Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０２ Ｇ２１Ｋ 5/02 Ｇ２１Ｋ 5/02 Ｘ Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５３１Ａ Ｆターム(参考） 2G001 AA01 BA08 BA09 CA03 GA01 GA06 GA13 KA01 RA04 RA08 2H042 DA08 DA12 2H087 KA21 TA02 TA06 2H097 AA03 AB09 CA06 CA13 LA10 5F046 GA03 GB01 GC03

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屈折率の異なる少なくとも二種類以上の
   物質を交互に所定の周期長で積層してなる多層膜を基板
   上に成膜した多層膜反射鏡に対し、前記多層膜の一部を
   除去することにより、多層膜反射鏡の反射波面の位相を
   補正する多層膜除去加工装置であって、 前記多層膜の一部を除去する除去装置と、 除去した物質を分析する分析装置と、 を具備することを特徴とする多層膜除去加工装置。
2. 【請求項２】 前記除去装置は、真空容器内に配置され
   たイオン源から発するイオンビームを前記多層膜に照射
   することによって該多層膜の一部を除去する装置であ
   り、前記分析装置は、前記除去装置によって除去した物
   質の質量を分析する質量分析装置であることを特徴とす
   る請求項１に記載の多層膜除去加工装置。
3. 【請求項３】 屈折率の異なる少なくとも二種類以上の
   物質を交互に所定の周期長で積層してなる多層膜を基板
   上に成膜した多層膜反射鏡に対し、前記多層膜の一部を
   除去することにより、多層膜反射鏡の反射波面の位相を
   補正する多層膜除去加工装置であって、 前記多層膜の一部を除去する除去装置と、 この除去装置で除去した後の多層膜表面の物質の種類を
   分析する分析装置と、を具備することを特徴とする多層
   膜除去加工装置。
4. 【請求項４】 前記分析装置は、多層膜表面の物質の種
   類を分析することにより多層膜表面の物質の面分布を測
   定するものであることを特徴とする請求項３に記載の多
   層膜除去加工装置。
5. 【請求項５】 前記除去装置は、真空容器内に配置され
   たイオン源から発するイオンビームを前記多層膜に照射
   することによって該多層膜の一部を除去する装置であ
   り、前記分析装置は、多層膜表面の物質の種類を光電子
   分光により分析する光電子分光分析装置又はオージェ電
   子分光分析装置であることを特徴とする請求項３又は４
   に記載の多層膜除去加工装置。
6. 【請求項６】 前記除去装置は、真空容器内に配置され
   たイオン源から発するイオンビームを前記多層膜に照射
   することによって該多層膜の一部を除去する装置であ
   り、前記分析装置は、多層膜表面に形成された膜の状態
   を測定するエリプソメータであることを特徴とする請求
   項３又は４に記載の多層膜除去加工装置。
7. 【請求項７】 前記除去装置は、真空容器内に配置され
   たイオン源から発するイオンビームを前記多層膜に照射
   することによって該多層膜の一部を除去する装置であ
   り、前記分析装置は、赤外、可視又は紫外領域の光に対
   する反射率の差を用いて多層膜表面の物質分布を検出す
   るものであることを特徴とする請求項３又は４に記載の
   多層膜除去加工装置。
8. 【請求項８】 屈折率の異なる少なくとも二種類以上の
   物質を交互に所定の周期長で積層してなる多層膜を基板
   上に成膜した多層膜反射鏡に対し、前記多層膜の一部を
   除去することにより、多層膜反射鏡の反射波面の位相を
   補正した多層膜反射鏡の製造方法において、 前記多層膜の一部を除去しながら、この除去された物質
   を分析することにより、所望の除去量の加工を行うこと
   を特徴とする多層膜反射鏡の製造方法。
9. 【請求項９】 前記多層膜の一部の除去は、真空容器内
   に配置されたイオン源から発するイオンビームを前記多
   層膜に照射することによって行うものであり、前記物質
   の分析は、該物質の質量を分析することにより行うもの
   であることを特徴とする請求項８に記載の多層膜反射鏡
   の製造方法。
10. 【請求項１０】 屈折率の異なる少なくとも二種類以上
    の物質を交互に所定の周期長で積層してなる多層膜を基
    板上に成膜した多層膜反射鏡に対し、前記多層膜の一部
    を除去することにより、多層膜反射鏡の反射波面の位相
    を補正した多層膜反射鏡の製造方法において、 前記多層膜の一部を除去した後の多層膜表面の物質の種
    類を分析することにより、所望の除去量の加工を行うこ
    とを特徴とする多層膜反射鏡の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記多層膜の一部の除去は、真空容器
    内に配置されたイオン源から発するイオンビームを前記
    多層膜に照射することによって行うものであり、前記物
    質の種類の分析は、光電子分光又はオージェ電子分光に
    より行うものであることを特徴とする請求項１０に記載
    の多層膜反射鏡の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記多層膜の一部の除去は、真空容器
    内に配置されたイオン源から発するイオンビームを前記
    多層膜に照射することによって行うものであり、前記物
    質の種類の分析は、エリプソメータにより行うものであ
    ることを特徴とする請求項１０に記載の多層膜反射鏡の
    製造方法。
13. 【請求項１３】 前記多層膜の一部の除去は、真空容器
    内に配置されたイオン源から発するイオンビームを前記
    多層膜に照射することによって行うものであり、前記物
    質の種類の分析は、赤外、可視又は紫外領域の光に対す
    る反射率の差を用いて行うものであることを特徴とする
    請求項１０に記載の多層膜反射鏡の製造方法。
14. 【請求項１４】 基板と、この基板上に形成され、屈折
    率の異なる少なくとも二種類以上の物質を交互に所定の
    周期長で積層してなる多層膜と、 前記多層膜の反射波面の位相を補正するために、前記多
    層膜の一部が除去された除去部と、 を具備し、 前記除去部は、多層膜の一部を除去しながら、この除去
    された物質を分析することにより、所望の除去量の加工
    を行って形成されていることを特徴とする多層膜反射
    鏡。
15. 【請求項１５】 基板と、 この基板上に形成され、屈折率の異なる少なくとも二種
    類以上の物質を交互に所定の周期長で積層してなる多層
    膜と、 前記多層膜の反射波面の位相を補正するために、前記多
    層膜の一部が除去された除去部と、 を具備し、 前記除去部は、多層膜の一部を除去した後の多層膜表面
    の物質を分析することにより、所望の除去量の加工を行
    って形成されていることを特徴とする多層膜反射鏡。
16. 【請求項１６】 請求項１４又は１５に記載の多層膜反
    射鏡を用いて構成されたことを特徴とする軟Ｘ線光学
    系。
17. 【請求項１７】 軟Ｘ線を発生させる軟Ｘ線光源と、こ
    の軟Ｘ線光源からの軟Ｘ線をマスクに導く照明光学系
    と、前記マスクからの軟Ｘ線を感光性基板に導く投影光
    学系とを有し、前記マスクのパターンを感光性基板へ転
    写する露光装置において、 前記照明光学系、前記マスク及び前記投影光学系のうち
    の少なくとも一つに請求項１４又は１５に記載の多層膜
    反射鏡を有することを特徴とする露光装置。