JPH07283116A

JPH07283116A - Ｘ線投影露光装置

Info

Publication number: JPH07283116A
Application number: JP6073536A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Murakami; 勝彦村上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 1995-10-27
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JP3358097B2

Abstract

(57)【要約】【目的】物体側（マスク４側）及び像側（ウェファー
７側）の両方でテレセントリックな光学系を使用するこ
とが可能なＸ線投影露光装置を提供すること。【構成】少なくとも、Ｘ線源２と、該Ｘ線源２から発
するＸ線を反射型マスク４上に照射する照明光学系３
と、該マスク４上に形成されたパターンの像をウェファ
ー７上に投影結像する投影結像光学系６とからなるＸ線
投影露光装置において、前記照明光学系３からのＸ線の
主光線を前記反射型マスク４の表面に垂直入射させ、か
つ、前記反射型マスク４で垂直反射したＸ線の主光線を
前記投影結像光学系６へ、該光学系６の光軸と平行に入
射させるＸ線ビームスプリッター１を設けたことを特徴
とするＸ線投影露光装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線リソグラフィー等
に用いられるＸ線投影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（波長１９３〜４３６
ｎｍ）に代わって、これより波長の短い軟Ｘ線（波長５
〜２０ｎｍ）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
図５に示すように、主としてＸ線源、照明光学系、マス
ク及びマスクステージ、投影結像光学系、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。

【０００４】斜入射ミラーは、１００％に近い反射率を
得ることも可能であるが、斜入射角（反射面から測った
入射角）が１０度以下の斜入射でしか使用できない。多
層膜ミラーは、Ｘ線を垂直に反射することも可能である
が、１００％に近い反射率は得られない。シリコンのＬ
吸収端（12.3ｎｍ）より長波長側で、モリブデンとシリ
コンからなる多層膜を用いたときに最も高い反射率が得
られるが、波長１３〜１５ｎｍでは、入射角によらず７
０％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、開発されていない。

【０００５】Ｘ線源には、放射光光源（Synchrotron Ra
diation Source）またはレーザープラズマＸ線源等の、
強力な軟Ｘ線の得られる光源が使用される。放射光光源
は、光速に近い速度で運動する電子が磁場によって進行
方向を偏向されるときに、電子軌道の接線方向に放射さ
れる電磁波を利用するものである。レーザープラズマＸ
線源は、ターゲットに強力なレーザーパルスを照射する
と、蒸発したターゲット物質がプラズマ化し、そこから
Ｘ線を含む電磁波が放射されるものである。

【０００６】照明光学系は、斜入射ミラー、多層膜ミラ
ー、および所定（所望）波長のＸ線のみを透過または反
射させるフィルター等により構成され、マスク上を所望
波長のＸ線で照明する。マスクとしては、透過型マスク
と反射型マスクとが知られている。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（パターン）に設けるこ
とによってパターンを形成したものである。一方、反射
型マスクは、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。

【０００７】透過型マスクでは、Ｘ線の吸収を抑えるた
めに、0.1 μｍ程度以下の厚さの非常に脆弱なメンブレ
ンを使用しなければならない。そのため、実用的な寸法
（１００ｍｍ以上）のマスクを作製することができな
い。一方、反射型マスクは、充分な機械的強度を持つ厚
い基板を用いることができる。従って、Ｘ線投影露光を
実際の半導体製造に適用する際には、反射型マスクが使
用される。

【０００８】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等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
像されてフォトレジストに転写される。投影結像光学系
は、全て反射系（多層膜ミラー）で構成しなければなら
ない。また、多層膜ミラーの反射率があまり高くないの
で、実用的なスループットを得るためには、ミラーの枚
数を極力少なくしなければならない。そのため、広い露
光領域全体で収差を補正することは困難である。

【０００９】そこで、図４に示すようなリングフィール
ド光学系が考案されている。この光学系２０は、光軸２
１から所定の距離だけ離れた狭い輪帯状の領域（リング
フィールド）２２内で収差が補正されている。マスク２
３上のリングフィールド２２ａがウェファー２４上のリ
ングフィールド２２ｂへ投影結像される。ウェファー２
４上の露光領域の大きさは、輪帯の幅方向では0.5 ｍｍ
程度の狭い領域しかとれないが、光学系２０が回転対称
なので、輪帯に沿った方向では広い範囲を使用できる。

【００１０】露光を行う際は、図４に示したように、例
えばマスク上で長さ１２０ｍｍ程度の円弧状の露光領域
２５ｂを使用し、マスク２３とウェファー２４を縮小倍
率に応じた速度比で同期して走査することによって、３
０×３０ｍｍ程度の実用的な寸法の露光領域を確保す
る。なお、Ｘ線は大気に吸収されて減衰するため、Ｘ線
の光路は全て所定の真空度に維持されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来からの投影露光装
置の投影結像光学系には、テレセントリックな光学系が
使用されている。テレセントリックな光学系とは、物体
面あるいは像面においていずれの点でも主光線が光軸に
対して平行な光学系であり、それぞれ、物体側テレセン
トリック、像側テレセントリックという。通常、物体面
および像面は光軸に対して垂直なので、これらの主光線
はマスクおよびウェファーに対して垂直に入射する。

【００１２】従来の紫外線を用いた露光装置では、物体
側（マスク側）も像側（ウェファー側）も両方ともテレ
セントリックな投影光学系が使用されている。テレセン
トリックな光学系を用いることの利点は、マスクまたは
ウェファーが光軸方向に移動しても光学系の倍率が変わ
らないことと、像面上で分解能が一定であることであ
る。これらの特性は、回折限界の結像性能を得ようとす
るリソグラフィー装置にとっては非常に重要である。

【００１３】ところが、図５に示すような従来の軟Ｘ線
投影露光装置においては、像側（ウェファー側）をテレ
セントリックにすることは可能だが、反射型マスク４を
使用するため、マスクへの入射光（およびマスクでの反
射光）は、マスク面に対して垂直にすることは不可能で
あり、物体側（マスク側）をテレセントリックにした光
学系を使用できないという重大な問題点があった。

【００１４】このような配置においても、光軸に対して
垂直ではなく傾いた物体面を有する投影結像光学系を用
いることによって、テレセントリックの条件を満たしな
がら反射マスクへの入射角を垂直ではなくすることは理
論的には可能である。しかしながら、物体面は光軸に対
して回転対称であるから、光軸に対して傾いた物体面は
平面ではない。従って、その場合には、曲率を持ったマ
スクを使用しなければならないことになり、これは非現
実的である。

【００１５】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、物体側（マスク側）及び像側（ウェフ
ァー側）の両方でテレセントリックな光学系を使用する
ことが可能なＸ線投影露光装置を提供することを目的と
する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「少なくとも、Ｘ線源と、該Ｘ線源から発するＸ線を
反射型マスク上に照射する照明光学系と、該マスク上に
形成されたパターンの像をウェファー上に投影結像する
投影結像光学系とからなるＸ線投影露光装置において、
前記照明光学系からのＸ線の主光線を前記反射型マスク
の表面に垂直入射させかつ、前記反射型マスクで垂直反
射したＸ線の主光線を前記投影結像光学系へ、該光学系
の光軸と平行に入射させるＸ線ビームスプリッターを設
けたことを特徴とするＸ線投影露光装置（請求項１）」
を提供する。

【００１７】また、本発明は第二に「前記Ｘ線ビームス
プリッターは、少なくとも、開口部を有する基板と、該
開口部を塞ぐように該基板上に形成してなる自立多層膜
とからなることを特徴とする請求項１記載のＸ線投影露
光装置（請求項２）」を提供する。また、本発明は第三
に「前記Ｘ線ビームスプリッターの開口部に、前記自立
多層膜を支持する梁状の支持部を設けたことを特徴とす
る請求項２記載のＸ線投影露光装置（請求項３）」を提
供する。

【００１８】また、本発明は第四に「前記Ｘ線ビームス
プリッターを、その表面に対して平行な方向へ振動させ
る振動手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３記載
のＸ線投影露光装置（請求項４）」を提供する。また、
本発明は第五に「前記Ｘ線ビームスプリッターの破損を
検知する検知手段を設けたことを特徴とする請求項１〜
４記載のＸ線投影露光装置（請求項５）」を提供する。

【００１９】また、本発明は第六に「複数個のＸ線ビー
ムスプリッターを収納する収納手段と、前記検知手段に
より破損が検知されたＸ線ビームスプリッターを前記収
納手段に収納されたＸ線ビームスプリッターと交換する
交換手段とを更に設けたことを特徴とする請求項５記載
のＸ線投影露光装置（請求項６）」を提供する。また、
本発明は第七に「前記Ｘ線ビームスプリッターの、使用
Ｘ線に対する反射率と透過率とを等しく又は略等しくし
てなることを特徴とする請求項１〜６記載のＸ線投影露
光装置（請求項７）」を提供する。

【００２０】

【作用】本発明にかかるＸ線投影露光装置の例を図１及
び図２を参照して説明する。図１及び図２に示す装置で
は、物体側（マスク側）と像側（ウェファー側）の両方
がテレセントリックなリングフィールド投影結像光学系
６を用いている。Ｘ線源２から発したＸ線は、照明光学
系３により、その主光線が互いに平行であり、且つ所定
寸法の照明領域を照射するのに充分な大きさをもつＸ線
光束に成形される。

【００２１】このＸ線光束を、まず、Ｘ線ビームスプリ
ッター１により反射（図１の場合）又は透過（図２の場
合）させてから、反射型マスク４に対して、その主光線
（反射光又は透過光）が垂直になるように入射させる。
反射型マスク４の直前には、円弧状に照明領域を制限す
るためのスリット９を設けることが好ましい。反射型マ
スク４で垂直に反射したＸ線光束を、Ｘ線ビームスプリ
ッター１により透過（図１の場合）又は反射（図２の場
合）させた後、投影結像光学系６へ入射させる。このと
き、投影結像光学系６への互いに平行である入射Ｘ線光
束の主光線の方向と投影結像光学系６の光軸とを平行に
する。これで、物体側（マスク側）がテレセントリック
な軟Ｘ線投影露光装置を構成することができる。

【００２２】ウェファー７は、その表面が投影結像光学
系６の光軸に対して垂直になるように設置されており、
像側（ウェファー側）でもテレセントリックな結像が行
われる。一度に露光できる領域は、例えば幅0.5 ｍｍ、
長さ３０ｍｍ程度の円弧状の範囲なので、マスクステー
ジ５とウェファーステージ８とを、投影結像光学系６の
縮小倍率に応じた速度比で同期走査（スキャン）しなが
ら露光することによって、３０×３０ｍｍ程度の露光領
域を得る。

【００２３】この領域を露光したら、ウェファー７の位
置をずらして（ステップして）、次の露光を行う。この
ようなステップ・アンド・スキャン動作を繰り返すこと
によってウェファー全面を露光する。本発明にかかるＸ
線ビームスプリッターは、少なくとも、開口部を有する
基板と、該開口部を塞ぐように該基板上に形成してなる
自立多層膜とにより構成することが好ましい（請求項
２）。このようなＸ線ビームスプリッター１の構造の一
例を図３に示す（図３ａは平面図、図３ｂは断面図）充分な機械的強度を持つ基板１１に窓部（開口部）１２
を形成し、この開口部１２を覆うように自立した多層膜
１３が形成されている。開口部１２は、Ｘ線が透過およ
び反射する円弧状の領域（図中破線で示す）よりも全体
として大きめの長方形に形成してある。

【００２４】Ｘ線ビームスプリッターの開口部には、自
立多層膜を支持する梁状の支持部を設けることが好まし
い（請求項３）。例えば、自立多層膜１３の強度が不十
分で大きな面積では自立し難い場合には、開口部に設け
た梁状の支持部１４により、自立多層膜１３を補強（支
持）することができる。Ｘ線ビームスプリッター１は、
投影結像光学系６の焦点からずれた位置に設置されるの
で、このような支持部１４があっても、支持部１４の影
が直接ウェファー７上に転写されることはないが、露光
領域の照度ムラの原因となる。

【００２５】そこで、Ｘ線ビームスプリッターを、その
表面に対して平行な方向へ振動させる振動手段を設ける
ことが好ましい（請求項４）。即ち、Ｘ線ビームスプリ
ッター１をその表面に平行な面内で、例えば長方形の開
口部１２の長手方向に振動させることにより、照度ムラ
を防ぐことができる自立多層膜１３は、支持部１４によ
り補強されている場合でも、壊れやすいものである。即
ち、長時間連続して露光を続けると、自立多層膜１３が
途中で破損する可能性が充分にある。

【００２６】そこで、前記Ｘ線ビームスプリッターの破
損を検知する検知手段を設けることが好ましい（請求項
５）。即ち、Ｘ線ビームスプリッター１の破損を検知す
る手段として例えば、Ｘ線検出器を設けることが好まし
い。Ｘ線検出器には、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレ
ート）、光電子増倍管、Ｘ線ダイオード、Ｘ線ＣＣＤな
どを使用することができる。

【００２７】例えば、図１の配置の場合には、照明光学
系３からのＸ線がＸ線ビームスプリッター１を透過する
位置にＸ線検出器１０ａを設置しておき、検出されるＸ
線強度の増加によってＸ線ビームスプリッター１の破損
を検知することができる。あるいは、スリット９上にＸ
線検出器１０ｂを設置しておき、検出されるＸ線強度の
低下によってＸ線ビームスプリッター１の破損を検知す
ることができる。

【００２８】また、図２の配置の場合には、スリット９
上にＸ線検出器１０ｂを設置しておき、検出されるＸ線
強度の増加によってＸ線ビームスプリッター１の破損を
検知することができる。Ｘ線ビームスプリッターの破損
を検知する検知手段の他に、複数個のＸ線ビームスプリ
ッターを収納する収納手段と、前記検知手段により破損
が検知されたＸ線ビームスプリッターを前記収納手段に
収納されたＸ線ビームスプリッターと交換する交換手段
とを更に設けることが好ましい（請求項６）。

【００２９】例えば、前記収納手段に予め複数の予備の
Ｘ線ビームスプリッターを収納しておく。そして、破損
を検出したら直ちに前記交換手段により新品（予備のＸ
線ビームスプリッター）と交換する。このような手段を
設けることによって、Ｘ線ビームスプリッターが万一破
損しても運転を停止する必要がなくなり、Ｘ線投影露光
装置の稼働率を高めることができる。

【００３０】ところで、Ｘ線ビームスプリッター１にＸ
線が入射すると、その一部は反射し一部は透過して、残
りは多層膜１３に吸収される。本発明にかかる軟Ｘ線投
影露光装置（例えば、図１および図２）においては、照
明光学系３から出たＸ線は、投影結像光学系６に至るま
での間に、Ｘ線ビームスプリッター１で一回の反射と一
回の透過を行う。

【００３１】従って、投影結像光学系６へ入射するＸ線
の強度は、多層膜１３の反射率をＲ透過率をＴとする
と、Ｒ×Ｔに比例する。Ｒ＋Ｔ＋Ａは一定なので（Ａは
多層膜の吸収）、Ｒ＝Ｔの時にＲ×Ｔは最大となり、投
影結像光学系６へ入射するＸ線の強度は最大になる。従
って、Ｘ線ビームスプリッターの、使用Ｘ線に対する反
射率と透過率とを等しく又は略等しくすることが好まし
い（請求項７）。多層膜１３の積層数を増すと、反射率
は増加し、透過率は低下するので、この条件（Ｒ＝Ｔ）
を満たすように、適当な積層数を選択することが好まし
い。

【００３２】本発明にかかる多層膜としては、例えば、
モリブデン／ケイ素、モリブデン／ケイ素化合物、ルテ
ニウム／ケイ素、ルテニウム／ケイ素化合物、ロジウム
／ケイ素、ロジウム／ケイ素化合物、等の各組み合わせ
のうち、いずれか一つの組み合わせで交互に複数回積層
したものが好ましい。以下、実施例により本発明を更に
詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるも
のではない。

【００３３】

【実施例】まず、本発明にかかるＸ線ビームスプリッタ
ーの作製方法の例について説明する。図６はＸ線ビーム
スプリッターの第１の作製方法を示す図である。まず、
両面研磨したシリコンウェファー６１の裏面に減圧ＣＶ
Ｄ（Chemical Vapour Deposition）により、厚さ0.1 μ
ｍのシリコンナイトライド（Ｓｉ₃Ｎ₄）膜を形成す
る。

【００３４】この上にフォトレジストを塗布し、フォト
リソグラフィーによりレジストをパターニングして、Ｘ
線ビームスプリッターの窓（開口部）となる部分のレジ
ストを除去する。このレジストをマスクとして、シリコ
ンナイトライド膜をＣＦ₄ガスを用いたＲＩＥ（Reacti
ve Ion Etching）によりエッチングして、Ｘ線ビームス
プリッターの窓（開口部）となる部分が除去されたシリ
コンナイトライド膜６２を形成する（図６ａ）。

【００３５】次に、このシリコンウェファー６１の表面
に高周波マグネトロンスパタリングにより、モリブデン
とシリコン（ケイ素）の多層膜６３を形成する（図６
ｂ）。多層膜６３の周期長と積層数は、Ｘ線ビームスプ
リッターの所望の入射角と反射率、透過率を得られる値
に適宜設定する。最後に、裏面のシリコンナイトライド
膜６２をマスクとして、ＫＯＨ水溶液により、シリコン
ウェファー６１をエッチングして、窓部（開口部）６４
を形成する。多層膜を形成している側のシリコンも、こ
のＫＯＨ水溶液に侵されるので、多層膜の第１層目（シ
リコンウェファーに最初に形成する層）はモリブデンと
する。シリコンナイトライド膜６２の残されていた部分
のシリコンウェファー６１はエッチングされずに残るの
で、多層膜６３の支持部６５が形成される。（図６ｃ）図７はＸ線ビームスプリッターの第２の作製方法を示す
図である。

【００３６】まず、例えば、シリコンウェファーなどの
基板７１の表面に、厚さ１μｍ程度にフォトレジスト７
２を塗布する。この上に、高周波マグネトロンスパッタ
リングにより、モリブデンとシリコンの多層膜７３を形
成する（図７ａ）。多層膜７３の周期長と積層数は、Ｘ
線ビームスプリッターの所望の入射角と、反射率又は透
過率が得られる値に適宜設定する。

【００３７】一般にスパッタリングにより形成した薄膜
は、圧縮応力を持つことが多いが、ここでは多層膜の内
部応力が０に近くなるように成膜条件を調節する。具体
的には、成膜時のガス圧力を通常（例えば５ｍＴｏｒｒ
程度）よりもやや高め（例えば、２０ｍＴｏｒｒ程度）
にするか、或いは、成膜時に基板を例えば、１００℃程
度に加熱することによって内部応力を低減することがで
きる。

【００３８】次に、このようにして表面に多層膜７３を
形成した基板７１を、アセトン等の有機溶剤に浸漬す
る。そうすると、レジスト７２は有機溶剤に溶けるの
で、多層膜７３が基板７１から剥がれる。この多層膜７
３（図７ｂ）を掬い取って、予め窓部（開口部）７５と
支持部７６を形成しておいた別の基板７４上に接着剤を
用いて貼り付けることにより、図７ｃに示すようなＸ線
ビームスプリッターが完成する。

【００３９】次に、このようにして作製したＸ線ビーム
スプリッタの特性の例について説明する。図８は、波長
１３ｎｍ、入射角４５度で使用するＸ線ビームスプリッ
ターの反射率（実線）と透過率（破線）を示す。多層膜
は、モリブデン層の厚さが3.2 ｎｍ、シリコン層の厚さ
が6.4 ｎｍ、積層数は１２層対であり、全体の厚さは11
5.2 ｎｍである。反射率は３３％、透過率は３４％であ
るので、このＸ線ビームスプリッターの効率（反射率と
透過率の積）は１１％である。

【００４０】図９は、波長１３ｎｍ、入射角１５度で使
用するＸ線ビームスプリッターの反射率（実線）と透過
率（破線）を示す。多層膜は、モリブデン層の厚さが2.
3ｎｍ、シリコン層の厚さが4.6 ｎｍ、積層数は１３層
対であり、全体の厚さは89.7ｎｍである。反射率は３９
％、透過率は４３％であるので、このＸ線ビームスプリ
ッターの効率（反射率と透過率の積）は１７％である。

【００４１】図１０は、波長１３ｎｍ、入射角６０度で
使用するＸ線ビームスプリッターの反射率（実線）と透
過率（破線）を示す。多層膜は、モリブデン層の厚さが
4.8ｎｍ、シリコン層の厚さが9.6 ｎｍ、積層数は４層
対であり、全体の厚さは57.6ｎｍである。反射率は４１
％、透過率は３３％であるので、このＸ線ビームスプリ
ッターの効率（反射率と透過率の積）は１４％である。

【００４２】以上三つのＸ線ビームスプリッターは、非
偏光のＸ線に対して用いられるものであり、レーザープ
ラズマＸ線源を光源とする場合に使用する。放射光は直
線偏光なので、その場合は若干多層膜の構成が異なる。
図１１は、波長１３ｎｍのｓ偏光に対して、入射角４５
度で使用するＸ線ビームスプリッターの反射率（実線）
と透過率（破線）を示す。多層膜は、モリブデン層の厚
さが3.2 ｎｍ、シリコン層の厚さが6.4 ｎｍ、積層数は
６層対であり、全体の厚さは57.6ｎｍである。反射率は
３８％、透過率は４４％であるので、このＸ線ビームス
プリッターの効率（反射率と透過率の積）は１７％であ
る。

【００４３】次に、本発明にかかるＸ線投影露光装置の
実施例について具体的に説明する。図１２は、入射角４
５度のＸ線ビームスプリッターを用いた本発明にかかる
Ｘ線投影露光装置の第１実施例である。かかる装置は、
不図示の真空チャンバー内に設置されており、所定の真
空度の下で動作するものである。Ｘ線源２にレーザープ
ラズマＸ線源を用いた場合には、図８に示した特性のＸ
線ビームスプリッターを用い、放射光光源を用いた場合
には、図１１に示した特性のＸ線ビームスプリッターを
用いる。後者の場合には、投影結像光学系６の光軸は、
放射光光源の電子軌道面（通常は水平面）に対して垂直
になるよう配置される。

【００４４】照明光学系３から出たＸ線は、Ｘ線ビーム
スプリッター１により反射された後マスクステージ５に
保持されたマスク４へ垂直に入射する。Ｘ線ビームスプ
リッター１を透過したＸ線は、Ｘ線検出器（検知手段の
一例）１０ａにより、その強度が監視される。マスク４
の直前には、露光領域を制限するための円弧状の開口を
もったスリット９が設置されている。このスリット上に
もＸ線検出器（検知手段の一例）１０ｂが設けられてお
り、Ｘ線の強度を監視する。

【００４５】Ｘ線ビームスプリッター１が破損すると、
Ｘ線検出器１０ａの出力は増加し、Ｘ線検出器１０ｂの
出力は低下するので、破損を直ちに検知することができ
る。マスク４で垂直に反射したＸ線は、再度Ｘ線ビーム
スプリッター１へ入射し、これを透過した後、投影結像
光学系６へ入射する。本実施例では、投影結像光学系６
には４枚の非球面形状の反射面からなる光学系を用い
た。各反射面には、Ｘ線を反射するためのモリブデンと
シリコンからなる多層膜がコーティングされている。

【００４６】この光学系は、物体側（マスク側）と像側
（ウェファー側）の両側とも、テレセントリックな光学
系である。この光学系の像側（ウェファー側）開口数は
0.08、縮小倍率は１／４であり、波長１３ｎｍにおいて
0.1 μｍの解像力を有する。投影結像光学系６は、ウェ
ファーステージ８に保持されたウェファー７の表面にマ
スクパターンの像を形成する。

【００４７】一度に露光される領域は、幅0.5 ｍｍ、長
さ３０ｍｍの細い円弧状の領域であるので、マスクステ
ージ５とウェファーステージ８を動かして、マスク４と
ウェファー７とを縮小倍率に応じた速度比で同期走査
（スキャン）を行うことにより３０ｍｍ角の露光領域に
マスク４上のパターン全体を転写する。ウェファー７上
の一つの露光領域を露光した後、ウェファーステージ８
を動かしてウェファー７の位置をずらし（ステップし
て）、再度次の露光領域をスキャンしてパターンの転写
を行う。

【００４８】このようなステップ・アンド・スキャン動
作を繰り返すことによって、直径が８インチから１２イ
ンチのウェファー７全面へパターンの転写を行う。本実
施例のＸ線投影露光装置には、Ｘ線ビームスプリッター
１を、その面内で振動させるための振動駆動手段（振動
手段の一例）１０１が設けられており、自立多層膜を補
強（支持）する梁（支持部）により露光領域の照度ムラ
が生じることを防ぐ。

【００４９】また、本実施例の露光装置には、予備のＸ
線ビームスプリッターを２０枚収納するＸ線ビームスプ
リッター収納部（収納手段の一例）１０３と、収納部１
０３から使用時の位置へＸ線ビームスプリッターを搬送
して交換する搬送手段（交換手段の一例）１０２が設け
られている。Ｘ線検出器１０（１０ａ，１０ｂ）によっ
てＸ線ビームスプリッター１の破損が検知されると、直
ちに搬送手段１０２により破損したＸ線ビームスプリッ
ター１は、収納部１０３に納められている予備品と交換
される。

【００５０】真空を破ってＸ線ビームスプリッター１を
交換し、再度所定の真空度まで排気する必要がないた
め、露光装置の運転停止時間を最小限に（数十秒間に）
とどめることができるので、スループットが大幅に向上
する。図１３は、入射角１５度のＸ線ビームスプリッタ
ーを用いた本発明にかかるＸ線投影露光装置の第２実施
例である。かかる装置は、不図示の真空チャンバー内に
設置されており、所定の真空度の下で動作するものであ
る。

【００５１】Ｘ線源２には、レーザープラズマＸ線源を
用いている。照明光学系３から出たＸ線は、Ｘ線ビーム
スプリッター１により反射された後、マスクステージ５
に保持されたマスク４へ垂直に入射する。Ｘ線ビームス
プリッター１を透過したＸ線は、Ｘ線検出器（検知手段
の一例）１０ａにより、その強度を監視される。マスク
４の直前には露光領域を制限するための円弧状の開口を
もったスリット９が設置されている。このスリット上に
もＸ線検出器（検知手段の一例）１０ｂが設けられ、Ｘ
線の強度を監視する。

【００５２】Ｘ線ビームスプリッター１が破損すると、
Ｘ線検出器１０ａの出力は増加し、Ｘ線検出器１０ｂの
出力は低下するので、破損を直ちに検知することができ
る。マスク４で垂直に反射したＸ線は、再度Ｘ線ビーム
スプリッター１へ入射し、これを透過した後、投影結像
光学系６へ入射する。本実施例では、投影結像光学系６
には、２枚の非球面形状の反射面からなる光学系を用い
た。各反射面にはＸ線を反射するためのモリブデンとシ
リコンからなる多層膜がコーティングされている。

【００５３】この光学系は、物体側（マスク側）と像側
（ウェファー側）の両側ともテレセントリックな光学系
である。この光学系の像側（ウェファー側）開口数は0.
08、縮小倍率は１／４であり、波長１３ｎｍにおいて0.
1 μｍの解像力を有する。投影結像光学系６は、ウェフ
ァーステージ８に保持されたウェファー７の表面にマス
クパターンの像を形成する。

【００５４】一度に露光される領域は幅0.5 ｍｍ、長さ
３０ｍｍの細い円弧状の領域であるので、マスク４とウ
ェファー７とを縮小倍率に応じた速度比で同期走査（ス
キャン）を行うことにより、３０ｍｍ角の露光領域にマ
スク４上のパターン全体を転写する。ウェファー７上の
一つの露光領域を露光した後、ウェファーステージ８を
動かしてウェファー７の位置をずらし（ステップし
て）、再度次の露光領域をスキャンしてパターンの転写
を行う。

【００５５】このようなステップ・アンド・スキャン動
作を繰り返すことによって、直径が８インチから１２イ
ンチのウェファー７の全面へパターンの転写を行う。本
実施例のＸ線投影露光装置には、Ｘ線ビームスプリッタ
ー１を、その面内で振動させるための振動駆動手段（振
動手段の一例）１０１が設けられており、自立多層膜を
補強（支持）する梁（支持部）により露光領域の照度ム
ラが生じることを防ぐ。

【００５６】また、本実施例の露光装置には、予備のＸ
線ビームスプリッターを２０枚収納するＸ線ビームスプ
リッター収納部（収納手段の一例）１０３と、収納部１
０３から使用時の位置へＸ線ビームスプリッターを搬送
して交換する搬送手段（交換手段の一例）１０２が設け
られている。Ｘ線検出器１０（１０ａ，１０ｂ）によっ
てＸ線ビームスプリッター１の破損が検知されると、直
ちに搬送手段１０２により破損したＸ線ビームスプリッ
ター１は、収納部１０３に納められている予備品と交換
される。

【００５７】真空を破ってＸ線ビームスプリッター１を
交換し、再度所定の真空度まで排気する必要がないた
め、露光装置の運転停止時間を最小限に（数十秒間に）
とどめることができるので、スループットが大幅に向上
する。図１４は、入射角６０度のＸ線ビームスプリッタ
ーを用いた本発明にかかるＸ線投影露光装置の第３実施
例である。かかる装置は、不図示の真空チャンバー内に
設置されており、所定の真空度の下で動作するものであ
る。

【００５８】Ｘ線源２には、レーザープラズマＸ線源を
用いている。照明光学系３から出たＸ線は、Ｘ線ビーム
スプリッター１を透過した後、マスクステージ５に保持
されたマスク４へ垂直に入射する。マスク４の直前に
は、露光領域を制限するための円弧状の開口をもったス
リット９が設置されている。このスリット上にはＸ線検
出器１０ｂが設けられておりＸ線の強度を監視する。

【００５９】Ｘ線ビームスプリッター１が破損すると、
Ｘ線検出器１０ｂの出力は低下するので、破損を直ちに
検知することができる。マスク４で垂直に反射したＸ線
は、再度Ｘ線ビームスプリッター１へ入射してこれより
反射された後、投影結像光学系６へ入射する。本実施例
では、投影結像光学系６には２枚の球面形状の反射面で
３回反射するオフナー光学系を用いた。各反射面には、
Ｘ線を反射するためのモリブデンとシリコンからなる多
層膜がコーティングされている。

【００６０】この光学系は、物体側（マスク側）と像側
（ウェファー側）の両側ともテレセントリックな光学系
である。この光学系の像側（ウェファー側）開口数は0.
08、縮小倍率は等倍であり、波長１３ｎｍにおいて0.1
μｍの解像力を有する。投影結像光学系６の後には、マ
スクステージ５とウェファーステージ８との干渉を防ぐ
ために、Ｘ線ビームを折り曲げるための平面形状の多層
膜ミラー１４１が設置されている。

【００６１】投影結像光学系６は、ウェファーステージ
８に保持されたウェファー７の表面にマスクパターンの
像を形成する。一度に露光される領域は幅0.5 ｍｍ、長
さ３０ｍｍの細い円弧状の領域であるので、マスク４と
ウェファー７とを同じ速度で同期走査（スキャン）を行
うことにより、３０ｍｍ角の露光領域にマスク４上のパ
ターン全体を転写する。

【００６２】ウェファー７上の一つの露光領域を露光し
た後、ウェファーステージ８を動かしてウェファー７の
位置をずらし（ステップして）、再度次の露光領域をス
キャンしてパターンの転写を行う。このようなステップ
・アンド・スキャン動作を繰り返すことによって、直径
が８インチから１２インチのウェファー７の全面へパタ
ーンの転写を行う。

【００６３】本実施例のＸ線投影露光装置には、Ｘ線ビ
ームスプリッター１を、その面内で振動させるための振
動駆動手段（振動手段の一例）１０１が設けられてお
り、自立多層膜を補強（支持）する梁（支持部）により
露光領域の照度ムラが生じることを防ぐ。また、本実施
例の露光装置には、予備のＸ線ビームスプリッターを２
０枚収納するＸ線ビームスプリッター収納部（収納手段
の一例）１０３と、収納部１０３から使用時の位置へＸ
線ビームスプリッターを搬送して交換する搬送手段（交
換手段の一例）１０２が設けられている。

【００６４】Ｘ線検出器１０によってＸ線ビームスプリ
ッター１の破損が検知されると、直ちに搬送手段１０２
により破損したＸ線ビームスプリッター１は、収納部１
０３に納められている予備品と交換される。真空を破っ
てＸ線ビームスプリッター１を交換し、再度所定の真空
度まで排気する必要がないため、露光装置の運転停止時
間を最小限に（数十秒間に）とどめることができるの
で、スループットが大幅に向上する。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば反射型マ
スクへのＸ線の入射角を垂直にすることができるので、
従来のＸ線投影露光装置では使用できなかった物体側
（マスク側）テレセントリックな投影結像光学系を使用
することが可能となり、露光装置の結像性能を大幅に向
上することができる。

【００６６】また、本発明にかかるＸ線ビームスプリッ
ターの反射角度は、任意の値に設定することができるの
で、露光装置の構成要素（Ｘ線源、照明光学系、マスク
ステージ、投影結像光学系、ウェファーステージなど）
の配置の自由度が増し、露光装置全体をコンパクトに設
計することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線投影露光装置の一例を示す構成図
である。

【図２】本発明のＸ線投影露光装置の他例を示す構成図
である。

【図３】本発明にかかるＸ線ビームスプリッターの一例
を示す概略平面図（ａ）及び概略断面図（ｂ）である。

【図４】リングフィールド光学系の一例を示す概略斜視
図である。

【図５】従来の軟Ｘ線投影露光装置の一例を示す構成図
である。

【図６】本発明にかかるＸ線ビームスプリッターを作製
する方法の一例（第１の製作方法）を説明する概略断面
図である。

【図７】本発明にかかるＸ線ビームスプリッターを作製
する方法の一例（第２の製作方法）を説明する概略断面
図である。

【図８】実施例に用いられる第１のＸ線ビームスプリッ
ターの反射透過特性図である。

【図９】実施例に用いられる第２のＸ線ビームスプリッ
ターの反射透過特性図である。

【図１０】実施例に用いられる第３のＸ線ビームスプリ
ッターの反射透過特性図である。

【図１１】実施例に用いられる第４のＸ線ビームスプリ
ッターの反射透過特性図である。

【図１２】本発明にかかるＸ線投影露光装置の第１実施
例を示す構成図である。

【図１３】本発明にかかるＸ線投影露光装置の第２実施
例を示す構成図である。

【図１４】本発明にかかるＸ線投影露光装置の第３実施
例を示す構成図である。

【主要部分の符号の説明】

１Ｘ線ビームスプリッター２Ｘ線源３照明光学系４反射型マスク５マスクステージ６投影結像光学系７ウェファー８ウェファーステージ９スリット１０Ｘ線検出器（検知手段の一例）１１基板１２窓部（開口部）１３多層膜１４支持部２０リングフィールド光学系２１光軸２２リングフィールド２３マスク２４ウェファー２５円弧状の露光領域６１シリコンウェファー６２シリコンナイトライド膜６３多層膜６４窓部（開口部）６５支持部７１シリコンウェファー７２レジスト層７３多層膜７４基板７５窓部（開口部）７６支持部１０１Ｘ線ビームスプリッター振動駆動手段（振動手
段の一例）１０２Ｘ線ビームスプリッター搬送手段（交換手段の
一例）１０３Ｘ線ビームスプリッター収納部（収納手段の一
例）以上

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、Ｘ線源と、該Ｘ線源から発
するＸ線を反射型マスク上に照射する照明光学系と、該
マスク上に形成されたパターンの像をウェファー上に投
影結像する投影結像光学系とからなるＸ線投影露光装置
において、前記照明光学系からのＸ線の主光線を前記反射型マスク
の表面に垂直入射させかつ、前記反射型マスクで垂直反
射したＸ線の主光線を前記投影結像光学系へ、該光学系
の光軸と平行に入射させるＸ線ビームスプリッターを設
けたことを特徴とするＸ線投影露光装置。
【請求項２】前記Ｘ線ビームスプリッターは、少なく
とも、開口部を有する基板と、該開口部を塞ぐように該
基板上に形成してなる自立多層膜とからなることを特徴
とする請求項１記載のＸ線投影露光装置。
【請求項３】前記Ｘ線ビームスプリッターの開口部
に、前記自立多層膜を支持する梁状の支持部を設けたこ
とを特徴とする請求項２記載のＸ線投影露光装置。
【請求項４】前記Ｘ線ビームスプリッターを、その表
面に対して平行な方向へ振動させる振動手段を設けたこ
とを特徴とする請求項１〜３記載のＸ線投影露光装置。
【請求項５】前記Ｘ線ビームスプリッターの破損を検
知する検知手段を設けたことを特徴とする請求項１〜４
記載のＸ線投影露光装置。
【請求項６】複数個のＸ線ビームスプリッターを収納
する収納手段と、前記検知手段により破損が検知された
Ｘ線ビームスプリッターを前記収納手段に収納されたＸ
線ビームスプリッターと交換する交換手段とを更に設け
たことを特徴とする請求項５記載のＸ線投影露光装置。
【請求項７】前記Ｘ線ビームスプリッターの、使用Ｘ
線に対する反射率と透過率とを等しく又は略等しくして
なることを特徴とする請求項１〜６記載のＸ線投影露光
装置。