JP2005156201A - Ｘ線全反射ミラーおよびｘ線露光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】Ｘ線の全反射領域における斜入射の反射ミラーの反射率を向上させる。
【解決手段】図１の（ａ）に示す単層膜構成のＸ線全反射ミラーの反射率は、単層反射膜１２の成膜による密度低下のために理論値より大幅に低下する。そこで図１の（ｂ）に示すように、２つの材料からなる第１層２ａ、第２層２ｂからなる積層ペアを少なくとも１ペア有し、単層反射膜１２と同じ入射角度θで同じ理論反射率となるように最適化を行った多層膜構成にして、オーバーコートとなる保護層３を設ける。多層膜構成のＸ線全反射ミラーの実際の反射率は、各層の吸収が少ないために、単層膜構成のＸ線全反射ミラーに比べて理論値に近い。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線露光装置の投影光学系等において用いられるＸ線全反射ミラーおよびＸ線露光装置に関するものである。
Ｘ線領域における物質の屈折率は、真空中と同じ、１に近くなり、物質によっては１よりも小さくなる材料があり、このような材料を用いて、入射角度の大きい、いわゆる斜入射の全反射ミラーが、Ｘ線露光装置の投影光学系等において使われている。しかし通常、Ｘ線領域では物質には吸収が存在するため、高い反射率を得るのは難しかった。
加えて、単一材料を全反射可能な厚さに成膜する場合、コラムなどが形成されて膜表面が荒れてしまい、反射率低下を招く。特にＥＵＶ波長で用いられるＭｏの全反射膜は、結晶化しやすく大きなコラムができる傾向にあり、これも、反射率低下の一因となることがある。
さらに、一般にスパッタリングや、蒸着などの成膜方法によりできた膜は、バルク材料に比べて密度が低く、膜の屈折率は使用環境に近づくため、反射率がより一層低下する傾向にあった。例えば図４に示すように、基板１０１上にＭｏ膜１０２をスパッタリングによって成膜し、その上にＳｉ膜１０３を保護層として積層した単層膜構成のＸ線全反射ミラーでは、バルク密度での計算値である理論反射率より実際の反射率が低下するのを避けることができない。
従って、入射角度の大きい全反射領域、すなわち、斜入射においては充分に高反射率であるＸ線ミラーを実現するのは困難であった。
他方、全反射領域外の小さい入射角度で高反射率のミラーを得るためには、必ず多層膜構成にしなければならず、一般に広く知られているのは、例えば特開平５−８９８１８号公報に記載されているように、垂直入射で全体が一定膜厚の１／４波長積層体に似たブラッグ反射の条件を満足する多層膜である。
特開平５−０８９８１８号公報
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、全反射入射角度領域において、単層膜のＸ線全反射ミラーより高い反射率を実現できるＸ線全反射ミラーおよびＸ線露光装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するため、本発明のＸ線全反射ミラーは、Ｘ線の全反射領域における入射角度で用いられるＸ線全反射ミラーであって、屈折率の異なる２つの材料層からなる積層ペアを少なくとも１ペア備えており、前記２つの材料層のうちの一方と同じ材料からなる単層膜構成のＸ線全反射ミラーと同じ入射角度で同じ理論反射率を得るように最適化された多層膜構成の反射膜を有することを特徴とする。
一方の材料層がＭｏ、ＲｕおよびＲｈのうちの少なくとも１つを含む材料からなり、他方が、Ｓｉ、Ｂｅ、Ｐ、Ｓｒ、ＲｂおよびＲｂＣのうちの少なくとも１つを含む材料からなるとよい。
各ペアの２つの材料層が、それぞれスパッタリング法または蒸着法によって成膜されているとよい。
最上層として、Ｃ、Ｒｕ、Ｓｉ、ＳｉＯ2 およびＢ4 Ｃのうちの少なくとも１つを含む保護層が設けられているとよい。
本発明のＸ線露光装置は、上記のＸ線全反射ミラーを含む投影光学系を備えたことを特徴とする。
一般にスパッタリングや、蒸着などの成膜によりできた膜は、バルク材料に比べて密度が低い。本発明は、この現象を逆手に取り、その密度低下を利点として使うものである。
すなわち、膜の密度低下により、屈折率は使用環境の屈折率に近づく。通常Ｘ線ミラーは真空もしくは減圧気体中で使用されるため、屈折率はほぼ１に近くなる。このため、単一材料で構成された単層膜構成のＸ線全反射ミラーの場合、実際の反射率は理論値より大幅に低下する。
他方、膜の密度低下によって吸収も低下するため、他の材料を組み合わせた多層膜構成にして、同じ全反射領域の入射角度で最適化したものは、単一材料の単層膜構成に比べて実際の反射率が理論値に近くなり、高反射率のＸ線全反射ミラーを実現することができる。
図１の（ａ）に示すものは、基板１１に、対応する入射角度θがＸ線の全反射領域である斜入射の単層反射膜１２を成膜し、その上に保護層１３を設けた単層膜構成のＸ線全反射ミラーであり、この単層膜構成のＸ線全反射ミラーと同じ材料を用いて、同じ斜入射の入射角度θで同じ理論反射率を得ることのできる多層膜構成の反射膜を有するＸ線反射ミラーを設計する。すなわち、同図の（ｂ）に示すように、基板１上に屈折率の異なる２つの材料層である第１層２ａ、第２層２ｂからなる積層ペアを少なくとも１ペア有する多層膜２を設け、その上に保護層３を設けた多層膜構成にして、上記の条件で最適化を行う。
図１の（ａ）の単層反射膜１２および同図の（ｂ）の第２層２ｂの材料は、Ｍｏ、ＲｕまたはＲｈを主成分とする材料もしくはそれらの化合物であり、第１層２ａの材料は、Ｓｉ、Ｂｅ、Ｐ、Ｓｒ、ＲｂまたはＲｂＣを主成分とする材料もしくはそれらの化合物である。
そして、多層膜２の最表面にオーバーコートとして設けられる保護層３の材料は、Ｃ、Ｒｕ、Ｓｉ、ＳｉＯ2 、またはＢ4 Ｃを主成分とする材料、もしくはそれらの化合物である。
第１、第２層２ａ、２ｂおよび保護層３の成膜方法は、それぞれスパッタリング、もしくは蒸着である。
図１の（ｂ）に示す多層膜構成のＸ線全反射ミラーをスパッタリングもしくは蒸着によって製作すると、図１の（ａ）に示す単層膜構成のＸ線全反射ミラーに比べて、理論値に近い高反射率を得ることができる。これは、多層膜構成のＸ線全反射ミラーは吸収が少ないため、バルク密度に基づいた理論反射率に近く、単層膜構成のＸ線全反射ミラーでは逆に密度低下による屈折率の変化が実際の反射率に大きく影響するためであると推測される。
本実施例は、波長１３．５ｎｍのＸ線領域におけるＭｏ単層反射膜の全反射ミラーを基本構造として最適化を行った多層膜構成のＸ線全反射ミラーであり、図１の（ｂ）に示すように、基板１上にＳｉからなる第１層２ａとＭｏからなる第２層２ｂを一つの積層ペアとする所定数のペアをスパッタ法によって積層し、最表面にＳｉの保護層３をオーバーコートとして設けている。各ペアのＳｉの膜厚は２１ｎｍ±１ｎｍ、Ｍｏの膜厚は１６ｎｍ±１ｎｍであり、Ｓｉオーバーコート膜厚は、約２ｎｍである。
図２は、本実施例によるＸ線全反射ミラーの入射角度（°）に対する角度反射特性を実測した結果を示すもので、実線で示すグラフＡが本実施例での対バルク密度比が９７％の多層膜構成の実際の反射率Ｒであり、破線で示すグラフＢが対バルク密度比が９７％の基本構造（単層膜構成）のＭｏ全反射ミラーの実際の反射率Ｒである。矢印で示すように、入射角度７４°付近に最適化された多層膜構成にすることで、Ｍｏのみの単層膜からなる全反射ミラーよりも高い反射率を得ることができる。
図３は、単層膜構成のＭｏ全反射ミラーの実際の反射率Ｒの角度特性を実線のグラフＢで示し、破線のグラフＣで示すバルク材の屈折率を用いた理論反射率と比較したものである。スパッタ成膜による、対バルク密度比で９７％のＭｏ単層膜の全反射ミラーの場合は、成膜の密度低下により、全反射付近の入射角度で実際の反射率が低下することがわかる。
なお、上記の基本構造における基板１１上の単層膜１２は、約３００ｎｍの厚さのＭｏ膜、保護層１３は、約２ｎｍの厚さのＳｉ膜である。
このように、高い入射角度のＸ線の全反射領域でも、多層膜構成にすることで高反射のミラーが作成可能となり、Ｘ線露光装置の投影光学系に搭載すれば、Ｘ線露光装置の高性能化に大きく貢献できる。
一実施の形態を説明するもので、（ａ）は単層膜による基本構造、（ｂ）は（ａ）の基本構造に基づいて最適化を行った多層膜構成のＸ線全反射ミラーを示すものである。 一実施例による角度反射特性を示すグラフである。 単層膜構成による角度反射特性の理論値と実際の反射率を比較したグラフである。 一従来例による膜構成を示す図である。
符号の説明
１ 基板
２ 多層膜
２ａ 第１層
２ｂ 第２層
３ 保護層

Claims (5)

  1. Ｘ線の全反射領域における入射角度で用いられるＸ線全反射ミラーであって、屈折率の異なる２つの材料層からなる積層ペアを少なくとも１ペア備えており、前記２つの材料層のうちの一方と同じ材料からなる単層膜構成のＸ線全反射ミラーと同じ入射角度で同じ理論反射率を得るように最適化された多層膜構成の反射膜を有することを特徴とするＸ線全反射ミラー。
  2. 一方の材料層がＭｏ、ＲｕおよびＲｈのうちの少なくとも１つを含む材料からなり、他方が、Ｓｉ、Ｂｅ、Ｐ、Ｓｒ、ＲｂおよびＲｂＣのうちの少なくとも１つを含む材料からなることを特徴とする請求項１記載のＸ線全反射ミラー。
  3. 各ペアの２つの材料層が、それぞれスパッタリング法または蒸着法によって成膜されていることを特徴とする請求項１または２記載のＸ線全反射ミラー。
  4. 最上層として、Ｃ、Ｒｕ、Ｓｉ、ＳｉＯ2 およびＢ4 Ｃのうちの少なくとも１つを含む保護層が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載のＸ線全反射ミラー。
  5. 請求項１ないし４いずれか１項記載のＸ線全反射ミラーを含む投影光学系を備えたことを特徴とするＸ線露光装置。
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