JPH06177019A - 光学素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 解像力を増す反射型マスクおよび修正・再生
可能な光学素子の製造方法を得る。 【構成】 基板１１との間に薄膜層１１９を設けて厚め
に多層膜２１を積層し、多層膜の一部を除いて隣接パタ
ンと位相差をつけ、欠陥２２０２があれば多層膜上面か
ら除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空紫外線またはＸ線
の露光または照射により像形成を行う、例えば半導体パ
タンの転写用縮小Ｘ線リソグラフィに用いる反射型マス
ク等の、光学素子およびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩにおける固体素子の集積度および
動作速度を向上するため、回路パタンの微細化が進んで
いる。現在これらのパタンの形成には、露光光源を紫外
線とする縮小投影露光法が広く用いられている。上記露
光法の解像度は、露光波長λに比例し投影光学系の開口
数ＮＡに反比例する。解像限界の向上は開口数ＮＡを大
きくとることにより行われてきた。しかし、この方法は
焦点深度の減少と屈折光学系（レンズ）の設計および製
造技術の困難から限界に近づきつつある。このため、露
光波長λを短くする手段が行われている。例えば、水銀
ランプのｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）からｉ線（λ＝３
６５ｎｍ）、さらにＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４９
ｎｍ）等である。露光波長の短波長化により解像度は向
上する。しかし、露光に用いる紫外線の波長の大きさに
基づく原理的な限界から、０．１μｍ（１００ｎｍ）以
下の解像度を得ることは不可能に近い。

【０００３】一方、微細パタンの形成方法に、露光波長
をおよそ０．５ｎｍから２ｎｍの軟Ｘ線とする近接等倍
Ｘ線リソグラフィがある。この方法は露光波長が短いた
め、原理的に０．１μｍ以下の高い解像度が得られる可
能性がある。一般に、所望の素子に回路パタンを形成す
るためには、ウェハ上のレジストマスクに該マスク上の
パタンを転写する。上記近接等倍Ｘ線リソグラフィでは
等倍Ｘ線マスクと呼ばれる透過型マスクが用いられる。
上記等倍Ｘ線マスクにおけるＸ線が透過する部分は、メ
ンブレンと呼ばれるＳｉ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ｃ等の軽元
素材料で形成された、通常２μｍ程度の厚さからなる薄
膜で形成されている。また、上記等倍Ｘ線マスクにおけ
るＸ線を吸収する部分は、メンブレン上に吸収体と呼ば
れる厚さが０．５μｍ〜１．０μｍ程度で、Ｗ、Ａｕ、
Ｔａ等の重金属からなる回路パタンが形成されている。
したがって、上記等倍Ｘ線マスクは非常に剛性が弱いメ
ンブレンの上に回路パタンが形成されているため、吸収
体である重金属の内部応力やＸ線マスクを所定の露光装
置に装着する際の外力等で回路パタンに歪みを生じ、所
望の回路パタンをウェハ上のレジストに転写できないと
いう問題が起ってくる。とくに近接等倍Ｘ線リソグラフ
ィでは、上記等倍Ｘ線マスクのパタンが１対１の等倍で
レジストに転写されるため、上記等倍Ｘ線マスク上のパ
タンの歪みはレジストに１対１で転写される。剛性が弱
い上記等倍Ｘ線マスクのパタンに歪みを生じる問題は、
近接等倍Ｘ線リソグラフィで大きな課題になっている。

【０００４】上記のような背景をもとに、近年、真空紫
外線または軟Ｘ線を露光光源とした縮小Ｘ線リソグラフ
ィが注目を浴びている。例えば、ジャパニーズ・ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジックス（Japanese Jou
rnal of Applied Physics）１９９１年、３０号、１１
Ｂ巻、３０５１頁に記載されている。図６は縮小Ｘ線リ
ソグラフィの露光光学系の例を示すものである。真空紫
外線または軟Ｘ線４１１を露光光源とし、θなる入射角
４２で斜めに入射して反射型マスク８１を照明する。θ
の入射角４２は種々の光学系で異なるが、およそ１°か
ら１５°程度である。作業領域を作るために、入射角が
０°の直入射は縮小Ｘ線リソグラフィの露光光学系では
不可能である。上記反射型マスク８１は、真空紫外線ま
たは軟Ｘ線を正反射できる多層膜２が形成されている。
上記反射型マスク８１から反射した真空紫外線または軟
Ｘ線４１１は凸ミラー９２で反射し、さらに凹ミラー９
１で反射してウェハ８２上に結像する。上記凸ミラー９
２および凹ミラー９１には、多層膜２がミラー全面に形
成されている。一般にこのような光学系においては、図
６のようにｘｙｚ座標系をとるとき、ｘ方向を子午方向
としｙ方向を球欠方向と呼ぶ。

【０００５】従来の反射型Ｘ線マスクは、例えば、エク
ステンデッド・アブストラクツ・オブ・ザ・１８コンフ
ァレンス・オン・ソリッド・スティト・デバイセス・ア
ンド・マテリアル（Extended Abstracts of the 18th C
onference on Solid State Devices and Material）
（１９８６）、ｐ１７−ｐ２０に記載されているよう
に、反射率が高い領域を多層膜が存在する部分、反射率
が低いかまたは反射率がない領域を多層膜または多層膜
構造が存在しない部分として形成される。図７（ａ）に
示すＸ線マスクは、基板１上の多層膜２に集束イオンビ
ーム５を照射し、基板１に対して垂直方向に変質させ、
反射率が低い領域または非反射部３を形成し、反射率が
高い多層膜２の領域にパタンを形成するものである。

【０００６】また、図７（ｂ）に示す例は、基板１上の
多層膜２における所定部分を除去して、多層膜がない部
分、すなわち非反射部３を形成するものである。ここで
反射鏡やＸ線マスク等の光学素子として使用する基板１
には、高い反射率を得るために粗さがない超平滑基板が
必要であり、一般には高価になる。

【０００７】さら、特開昭６４−４０２１号公報に記載
されたように、図７（ｃ）に示す超平滑基板１に直接付
着した多層膜２の上に、所定の厚さおよび形を有する吸
収体パタン３５を形成し、これを非反射部とする反射型
Ｘ線マスクの例もある。

【０００８】さらにまた、他の反射型Ｘ線マスクの例と
しては、特開平１−１５２７２５号公報に記載されてい
る。すなわち図７（ｄ）に示すように、反射型マスクの
基板１の表面をあらかじめエッチングにより一部除去
し、凹凸構造３３を作って所定のパタンを形成したの
ち、上記基板１の表面に多層膜２を形成し、凸構造部を
反射部とし、凹構造部３４を非反射部とするものであ
る。

【０００９】露光あるいは照射に用いる真空紫外線また
はＸ線の波長が小さくなる場合に、真空紫外線またはＸ
線に対する多層膜の反射率を大きくするには、上記多層
膜の積層数を増す必要がある。例えば、高い反射率を得
るためには、Ｘ線の波長１３ｎｍで５０層対以上、１０
ｎｍでは１００層対以上、７ｎｍでは１５０層対以上程
度の積層数が必要になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように積層する膜が多くなればなるほど、上記積層膜に
欠陥を生じる可能性が大きくなる。欠陥を有する多層膜
は所望の反射率が得られないので、光学素子は製造後に
上記素子を検査し、欠陥が見付かると欠陥を有する多層
膜は不良品となる。そのため、光学素子の歩留りが小さ
くなり光学素子製造のコストが高くなる。

【００１１】また、上記のように解像力を上げるには、
短波長化または高ＮＡ化が必要であるが、焦点深度等の
兼ね合いから、短波長化または高ＮＡ化にも限界があ
る。この問題を回避するために、特開平４−１１８９１
４号公報記載のように、あらかじめ光学素子の基板にお
ける所望の場所に、自然数をｎ、露光または照射に用い
る真空紫外線またはＸ線の入射角をθとするとき、およ
そλ・（２ｎ−１）／（４・cosθ）で与えられる段差
をつけておいて多層膜を積層し、所定のパタンを近接ま
たは隣接する上記反射率が高い領域のパタンにおける高
さの差が、上記段差λ・（２ｎ−１）／（４・cosθ）
になるように配置することにより、結像光学系の解像限
界を超えた微細パタンの転写、結像が可能になる。しか
しながら、基板に積層した上記多層膜に欠陥を生じる
と、多層膜の修正については考慮されていないため、上
記多層膜が不良品となり光学素子の歩留りが小さくなる
という問題があった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題点は、基板上、
真空紫外線またはＸ線に対する反射率が相対的に低い領
域と高い領域とを有する多層膜が、所定のパタンに応じ
て配置された光学素子において、上記真空紫外線または
Ｘ線に対する反射率が飽和する積層数以上に厚く、上記
多層膜を平滑基板上に積層することにより、検査を行い
上記多層膜に欠陥がある時に上層から上記欠陥を取除い
て解決することができる。

【００１３】また上記多層膜の欠陥は、上層から１層づ
つ欠陥があるところまで除去し、またはその後、多層膜
を積層することにより解決できる。

【００１４】また、上記多層膜は、真空紫外線またはＸ
線に対して相対的に反射率が高い領域と低い領域を、所
定パタンに応じて配置し、近接または隣接する高反射率
領域のパタンの高さを、λ・（２ｎ−１）／（４・cos
θ）だけ変化させるように、上層から除去することによ
り、光学素子の解像力を増すことができ、上記多層膜に
おける高反射率領域の表面材料の種類とその１層の厚さ
を同一にすることにより、光学素子の転写または結像す
るパタンの微細性を向上することができる。

【００１５】

【作用】まず、真空紫外線またはＸ線に対して光学定数
が異なる２種類の物質を交互に積層した多層膜の積層数
と、その真空紫外線またはＸ線に対する反射率との関係
を考える。図８に示すＡ、Ｂ、Ｃは入射角が５°で、そ
れぞれ真空紫外線またはＸ線の波長が約１３、１０、７
ｎｍにピーク反射率を示すように周期長を設計したＭｏ
／Ｓｉ、Ｒｕ／ＢＮ、Ｒｕ／ＢＮの多層膜の積層数（積
層対数）と、反射率との関係を示したものである。いず
れの場合も積層数が増えると、各反射率は小さく振動し
ながら増加する。さらに、１３ｎｍ用では積層対数が約
５０層対、１０ｎｍ用では約１００層対、７ｎｍ用では
１５０層対になると、上記各反射率は小さい振動を伴っ
て飽和する。用いる真空紫外線またはＸ線の波長が小さ
くなれば積層数も増加し、したがって多層膜全体の膜厚
も増加する。これは各多層膜に対する真空紫外線または
Ｘ線の侵入深さが、短波長になればなるほど大きくなる
ことを示している。もし、多層膜の積層途中に欠陥が生
じると所望の反射率は得られない。

【００１６】図９に示すＡ、Ｂ、Ｃは、それぞれ多層膜
の積層対数３０層対め、５０層対め、１００層対めにお
いて欠陥がある場合の、それぞれ波長１３ｎｍ、１０ｎ
ｍ、７ｎｍのＸ線に対する反射率である。それぞれ欠陥
がある積層数の直前で反射率は飽和し、それ以上積層し
ても反射率は低下することを示している。図１０のＡ、
Ｂ、Ｃに示されるように、多層膜の上層から欠陥がある
ところまで上記多層膜を除去することにより、それぞれ
の多層膜は各積層数での最大の反射率を示す。さらに欠
陥がある多層膜を除去したのちに、新たに欠陥がない多
層膜を積層することにより高い反射率の多層膜を有する
光学素子が再生される。

【００１７】また、多層膜の積層数を、上記多層膜の真
空紫外線またはＸ線に対する反射率が飽和する積層数以
上に厚く積層しておき、上記真空紫外線またはＸ線に対
して相対的に反射率が高い領域と反射率が低い領域と
を、所定のパタンに応じて上記多層膜に配置した際に、
上記多層膜パタンの表面に欠陥を発生した場合には、上
記多層膜の上層から所定の積層数だけ多層膜を除去する
と、飽和した状態の反射率が得られる。例えば、波長１
０ｎｍ用の多層膜を１５０層対積層した場合で、上記Ｘ
線に対して相対的に反射率が高い領域と反射率が低い領
域を、所定のパタンに応じて上記多層膜に配置した際、
上記多層膜パタンの表面に欠陥が発生して反射率が低下
したものを、欠陥がある多層膜パタンの表面から１０層
対ほど除去する。この場合、光学素子の多層膜の積層数
は１４０層対であるが、この積層対では上記Ｘ線に対す
る反射率が飽和しており、１５０層対の良品多層膜と同
等の反射率を有する。

【００１８】ところで、図１１は入射角が５°で、Ｘ線
の波長が約１３ｎｍにピーク反射率を示すように周期長
を設計したＭｏ／Ｓｉ多層膜の積層数と、振幅反射率の
位相の関係を示したものである。反射率が飽和する積層
数で振幅反射率の位相も振動を有して飽和する。多層膜
の表面がＭｏの金属層である場合とＳｉ層である場合と
では、振幅反射率の位相が異なる。

【００１９】多層膜を上層から除去する工程を含む光学
素子の製造方法において、真空紫外線またはＸ線に対し
て光学定数が異なる少なくとも２種類の物質を、基板の
上に交互に積層した多層膜の積層数を、上記真空紫外線
またはＸ線の侵入深さより多く形成し、真空紫外線また
はＸ線に対して相対的に反射率が高い領域と反射率が低
い領域とを、所定のパタンに応じて上記多層膜に配置
し、隣接する反射率が高い領域のパタンの高さをλ・
（２ｎ−１）／（４・cosθ）だけ変化させると、隣接
する上記反射率が高い領域のパタンから反射するＸ線の
相対的な位相は図１（ｂ）のように反転し、上記Ｘ線の
強度分布は図１（ｃ）に示すように変化して、隣接する
像パタンのコントラストが増加する。ここで、隣接する
反射率が高い領域の表面材料を同一にして振幅反射率の
位相を揃えるのが望ましい。これは、隣接する反射率が
高い領域のパタン表面をなす第１層の材料が異なると、
図１１に示されるように、隣接する反射率が高い領域の
パタンからの反射光との振幅の相対的な位相差が１８０
°ではなくなり、隣接するパタンのコントラストがあま
り増加しない。図１２には従来の反射型マスクを示し、
（ａ）にその構造を示すとともに、（ｂ）および（ｃ）
には、上記マスクから反射される真空紫外線またはＸ線
の位相および強度の変化をそれぞれ示している。

【００２０】また、隣接または近接する上記反射率が高
い領域のパタン間の高さの差をｍ・（ｄａ＋ｄｂ）とす
るとき、つぎの関係式が成立するようにｍの値を決定す
ることが望ましい。

【００２１】 ｍ・（ｄａ＋ｄｂ）＝λ・（２ｎ−１）／（４・cos
θ） ここで、ｍとｎとは自然数、ｄａは多層膜を形成する１
層の膜厚、ｄｂは多層膜を形成する別の１層の膜厚、λ
は光学素子の照明または露出に用いる真空紫外線または
Ｘ線の波長、θは光学素子の照明または露出に用いる真
空紫外線またはＸ線の入射角である。例えば、ｄａはＭ
ｏ膜で膜厚が２．５８ｎｍ、ｄｂはＢＮ膜で膜厚が２．
５８ｎｍ、Ｍｏ膜の積層数８１層、ＢＮ膜の８０層をそ
れぞれ交互に積層し、λ＝１０ｎｍ、θ＝５°におい
て、ｍ＝１７、ｎ＝１８を与える膜厚だけ変化させるよ
うに、上記多層膜の上層からＭｏ膜とＢＮ膜とを１層ず
つ除去すると、隣接する反射率が高い領域のパタンから
反射するＸ線との相対的な位相が１８０°反転し、隣接
するパタンの像コントラストが増加する。隣接する反射
率が高い領域のパタンの最表面は、共にＭｏ膜が露出し
ている。ここで、隣接または近接する上記反射率が高い
領域のパタン間の高さの差の精度は、多層膜の周期長に
対して約５％以内であることが望ましい。ここでは、ｍ
＝１７、ｎ＝１８なので上式の左辺は８７．７２ｎｍ、
右辺は８７．８３ｎｍである。この差は０．１１ｎｍで
あり、多層膜の周期長５．１６ｎｍに対して誤差が２％
であり問題はない。

【００２２】

【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図１は本発明による光学素子の一実施例を示す図、
図２は上記光学素子の製造工程フローを示す図、図３は
多層膜に欠陥を有する光学素子の一例を示す図、図４は
本実施例により形成した光学素子パタンの例を示す図、
図５は本発明による光学素子を実装したＸ線投影露光装
置を示す図である。

【００２３】第１実施例 図１に示す第１実施例は光学素子として反射型マスクを
例示し、（ａ）は上記素子の断面図、（ｂ）は反射光の
振幅分布を示す図、（ｃ）は上記反射光の強度分布をそ
れぞれ示す図である。上記反射型マスクは、図１（ａ）
に示すように、基板１１上に、真空紫外線またはＸ線に
対する光学定数が異なる少なくとも２種類の物質を交互
に積層して多層膜２１を形成し、真空紫外線またはＸ線
に対する反射率が相対的に低い領域と高い領域とを、所
定のパタンに応じて上記多層膜２１に配置した光学素子
であって、上記パタンを形成するそれぞれの多層膜２
２、２２０３は、上記真空紫外線またはＸ線に対する反
射率が飽和する積層数以上に厚く、平滑基板１１上にア
ルミニウムの薄膜層１１９を介して積層され、上記パタ
ンを形成する高反射率の多層膜２２と隣接または近接す
る高反射率多層膜２２０３との間には、λ・（２ｎ−
１）／（４・cosθ）の高さの差を有している。したが
って、上記パタンから反射するＸ線等の位相はパタンを
形成する多層膜表面における高さの差Δによって反転
し、相対的に反射率が低い領域では打ち消し合い、隣接
する像パタンのコントラストが増加する。

【００２４】つぎに上記反射型Ｘ線マスクの製造例を説
明する。図２に示す一部は上記実施例の製造工程を示す
ものである。超平滑面を有するシリコン基板またはＳｉ
Ｃ基板１１に、スパッタリング蒸着法の１つであるマグ
ネトロンスパッタリング法で、多層膜を除去する際に上
記基板１１を保護するアルミニウム（Ａｌ）膜の薄膜層
１１９を２００ｎｍ厚ほど蒸着する。このとき、スパッ
タリングガスの圧力は出来るかぎり低圧が望ましい。つ
ぎに炭素（Ｃ）膜１．２７ｎｍ厚とニッケル（Ｎｉ）膜
１．２７ｎｍ厚とを交互に形成して多層膜２１を作る。
このとき、２０層対の積層ごとに光学顕微鏡とＸ線顕微
鏡とにより検査を行った。１６０層対積層したのちの検
査で上記多層膜２１に欠陥があることを知った。このと
きの波長５ｎｍのＸ線に対する反射率は２５％であっ
た。そこで、１６０層対から２０層対を除去し１４０層
対にした。再度２０層対の積層ごとに光学顕微鏡とＸ線
顕微鏡により検査を行い、実質的に反射率が飽和する合
計２００層対を積層した。その上にレジストを塗布し
て、図１（ａ）に示すような反射型マスクを形成し、再
度光学およびＸ線顕微鏡で検査を行い、それぞれ欠陥が
ないことを確認した。

【００２５】第２実施例 上記実施例と同様に、超平滑面を有するシリコン基板ま
たはＳｉＣ基板１１に、マグネトロンスパッタリング法
でアルミニウム（Ａｌ）膜１１９を２００ｎｍ厚ほど蒸
着し、つぎにルテニウム（Ｒｕ）膜１．７８ｎｍ厚と窒
化ほう素（ＢＮ）膜１．７８ｎｍ厚を交互に積層して多
層膜を作る。このとき、１０層対の積層ごとに光学顕微
鏡とＸ線顕微鏡とにより検査を行い、１２０層対積層し
た後の検査で多層膜に欠陥があることが判明した。そこ
で１２０層対からＲｕ膜とＢＮ膜とを１層づつ除去し、
１層の除去ごとに光学顕微鏡とＸ線顕微鏡とにより検査
を行った。上記Ｒｕ膜とＢＮ膜を１層づつ除去するに
は、試料基板の温度を−１００℃まで冷却し、４ふっ化
炭素ガスを試料表面に吸着させてエッチングするデジタ
ルエッチングを用いた。１層ごとに除去と検査を繰り返
したところ、１１５層対目に欠陥が見付かり、１１０層
対まで除去した。その後再度Ｒｕ膜とＢＮ膜とを交互に
積層し、１０層対の積層ごとに光学顕微鏡とＸ線顕微鏡
とによる検査を行いながら合計１５０層対まで積層し、
欠陥がないことを確認した。第１実施例と同様に反射型
マスクを形成し、再度光学顕微鏡とＸ線顕微鏡とにより
検査を行い欠陥がないことを確認した。

【００２６】第３実施例 また、上記実施例と同様に、超平滑面を有するシリコン
基板またはＳｉＣ基板１１に、マグネトロンスパッタリ
ング法によりアルミニウム（Ａｌ）膜１１９を２００ｎ
ｍ厚ほど蒸着したのち、モリブデン（Ｍｏ）膜２．５８
ｎｍ厚と窒化ほう素（ＢＮ）膜２．５８ｎｍ厚とを交互
に積層して多層膜を作った。このとき、１０層対の積層
ごとに光学顕微鏡とＸ線顕微鏡とによる検査を行い、１
５０層対まで積層したが検査の結果多層膜には欠陥が存
在しなかった。このときの波長１０ｎｍのＸ線に対する
反射率は３５％であった。上記実施例と同様に反射型マ
スクを形成したが、光学顕微鏡とＸ線顕微鏡とにより検
査を行ったところ、多層膜パタンの表面に欠陥があるこ
とが判明した。上記欠陥は反射型マスクのパタン形成工
程の途中で発生したものと考えられる。したがって、多
層膜１５０層対の表面からＭｏ膜とＢＮ膜とを１層づつ
除去し、合計１０層対を除去した。再度光学顕微鏡とＸ
線顕微鏡とによる検査を行い欠陥がないことを確認し
た。本実施例ではＭｏ層２４１層ＢＮ層２４０層で反射
率が飽和するが、その後、上記実施例と同様の反射型マ
スクを形成し、上記両顕微鏡により検査を行い欠陥がな
いことを確認した。図３（ａ）は多層膜パタン２２の表
面に存在する欠陥２２０２を示す図で、（ｂ）は上記欠
陥２２０２を除去した欠陥がない反射型マスクを示す図
である。

【００２７】第４実施例 つぎに上記各実施例と同様にして形成したアルミニウム
（Ａｌ）膜１１９の上に、モリブデン（Ｍｏ）膜２．５
８ｎｍ厚と窒化ほう素（ＢＮ）膜２．５８ｎｍ厚とを交
互に積層して多層膜を作った。このとき、１０層対の積
層ごとに光学顕微鏡とＸ線顕微鏡により検査を行った。
１５０．５層対まで積層したが（Ｍｏ１５１層とＢＮ１
５０層を交互に合計３０１層を積層）、検査結果では多
層膜に欠陥が存在しなかった。波長１０ｎｍのＸ線に対
する反射率は３５％であった。上記実施例と同様に反射
型マスクを形成し多層膜パタンを形成した。さらに隣接
または近接する上記反射率が高い領域のパタン間の高さ
の差をｍ（ｄａ＋ｄｂ）とするとき、およそつぎの関係
式が成り立つようにｍの値を決定した。

【００２８】 ｍ・（ｄａ＋ｄｂ）＝λ・（２ｎ−１）／（４・cos
θ） ここで、ｍとｎとは自然数、ｄａはモリブデン（Ｍｏ）
膜の膜厚、ｄｂは窒化ほう素（ＢＮ）膜の膜厚、λは光
学素子の照明または露光に用いる真空紫外線またはＸ線
の波長、θは光学素子の照明または露光に用いる真空紫
外線またはＸ線の入射角である。ｍ＝１７、ｎ＝１８を
与える膜厚だけ変化させるように、多層膜の上層からＭ
ｏ膜とＢＮ膜を１層づつ除去した。隣接する反射率が高
い領域のパタンの最表面は共にＭｏ膜が露出している。
光学顕微鏡とＸ線顕微鏡により検査を行い、欠陥がない
ことを確認した。ここで隣接または近接する上記反射率
が高い領域のパタン間の高さの差の精度は、多層膜の周
期長に対して約５％以内であることが望ましいが、本実
施例ではｍ＝１７、ｎ＝１８で上式の左辺は８７．７２
ｎｍ、右辺は８７．８３ｎｍである。この差は０．１１
ｎｍであり、多層膜の周期長５．１６ｎｍに対して誤差
が約２％であり問題はない。

【００２９】図４に本実施例で形成したパタンの例を示
す。（ａ）は反射率が高い多層膜領域２２と、位相が
（２ｎ−１）πだけ異なる高反射率多層膜領域２２０３
とが、交互にストライプ状に近接して配置されたパタン
を示す図、（ｂ）は上記高反射率領域２２を囲んで（２
ｎ−１）πだけ位相が異なる高反射率領域２２０３が近
接して配置されたパタンを示す図、（ｃ）は上記高反射
率領域２２の周囲に（２ｎ−１）π位相が異なる高反射
率領域２２０３が隣接し、これが間隔を保って併置され
たパタンを示す図、（ｄ）は上記高反射率領域２２の両
側に（２ｎ−１）πだけ位相が異なる高反射率領域２２
０３がストライプ状に隣接配置されたパタンを示す図で
ある。

【００３０】第５実施例 上記実施例で作製した反射型マスクを装着して転写実験
を行ったＸ線投影露光装置を図５に示す。図５におい
て、マスク８１とウェハ８２とはそれぞれマスクステー
ジ８３とウェハステージ８４に搭載されている。まず、
マスク８１とウェハ８２との相対一をアライメント装置
８５を用いて検出し、制御装置８６により駆動装置８
７、８８を介して位置合わせを行う。Ｘ線源８９から放
射されたＸ線を反射鏡９０で集光し、上記マスク８１上
の円弧領域を照明する。マスク８１と入射Ｘ線４１１と
の位置関係は、より細いパタンの短軸方向が入射Ｘ線の
球欠方向、より細いパタンの長軸方向が入射Ｘ線の子午
方向になるように設定した。上記マスク８１で反射され
たＸ線は、波長１０ｎｍ近傍のＸ線からなり、反射鏡９
１、９２、９３および９４からなる結像光学系９５によ
り、ウェハ８２上に倍率１／５で結像する。反射鏡９
１、９２、９３および９４は、マスク８１と同様なＭｏ
／ＢＮ系多層膜を蒸着し、各多層膜の周期長は反射Ｘ線
の波長が一致するように調節されている。マスク８１と
ウェハ８２を倍率に応じて同期走査し、マスク全面のパ
タンをウェハ８２に転写した。このような方法により、
ウェハ８２上の３０ｍｍ角領域で０．０７μｍ幅のパタ
ンを得ることができた。

【００３１】第６実施例 上記第５実施例で形成した多層膜に対して、所定のパタ
ンを形成する前に、図５に示すＸ線投影露光装置に上記
多層膜を装着して、ウェハ８２上のレジストに転写を行
い多層膜中の欠陥の有無を検査した。多層膜で反射され
たＸ線は波長１０ｎｍ近傍のＸ線からなり、反射鏡９
１、９２、９３および９４からなる結像光学系９５によ
り、ウェハ８２上のレジストに倍率１／５で結像する。
反射鏡９１、９２、９３および９４はマスク８１と同様
なＭｏ／ＢＮ系多層膜を蒸着し、各多層膜の周期長は反
射Ｘ線の波長が一致するように調節されている。マスク
とウェハを倍率に応じて同期走査し、多層膜全面をウェ
ハのレジストに転写した。レジストを現像したのち、上
記ウェハ上レジストの残膜特性を検査することにより、
多層膜全面の欠陥の有無が確認できた。

【００３２】上記各実施例では多層膜に用いる材料に関
して、Ｎｉ／Ｃ、Ｒｕ／ＢＮ、Ｒｈ／ＢＮ、Ｍｏ／Ｓｉ
Ｃ系多層膜の場合を説明したが、本発明は上記材料に限
定されることなく、例えば、ＮｉＣｒ／Ｃ、Ｎｉ／Ｖ、
Ｎｉ／Ｔｉ、Ｗ／Ｃ、Ｒｕ／Ｃ、Ｒｈ／Ｃ、Ｒｕ／Ｂ
Ｎ、Ｒｈ／Ｂ₄Ｃ、ＲｈＲｕ／ＢＮ、Ｒｕ／Ｂ₄Ｃ、Ｍｏ
／Ｓｉ、Ｐｄ／ＢＮ、Ａｇ／ＢＮ、Ｍｏ／ＳｉＮ、Ｍｏ
／Ｂ₄Ｃ、Ｍｏ／Ｃ、Ｒｕ／Ｂｅなどの多層膜が形成可
能な材料であれば実施可能である。

【００３３】また、上記実施例は反射型マスクの場合だ
けを説明したが、反射型マスクに限定されることなく、
回折格子やリニアゾーンプレートなどの反射面に微細パ
タンを有する光学素子にも適用できる。

【００３４】

【発明の効果】上記のように本発明による光学素子およ
びその製造方法は、基板上に、真空紫外線またはＸ線に
対する反射率が相対的に低い領域と高い領域とを有する
多層膜とが、所定のパタンに応じて配置された光学素子
において、上記真空紫外線またはＸ線に対する反射率が
飽和する積層数以上に厚く、平滑基板上に多層膜を積層
し、上記多層膜の形成および所定パタンに応じて配置す
る工程中に検査工程と欠陥除去工程を含めたことによ
り、検査修正処理に際し高価な多層膜光学素子の歩留り
が大となり、光学素子の製造コスト低減に大きく寄与で
きるとともに、本発明の製造方法による光学素子を転写
・結像することにより、隣接する上記反射率が高い領域
のパタンから反射するビームの位相が反転し、隣接する
パタンのコントラストが増加して、パタン像の解像力を
増加させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学素子の一実施例を示す図で、
（ａ）は多層膜パタンの断面を示す図、（ｂ）は反射光
の振幅分布を示す図、（ｃ）は反射光の強度分布を示す
図である。

【図２】上記光学素子の製造工程フローを示す図であ
る。

【図３】多層膜に欠陥を有する光学素子の一例を示す図
で、（ａ）は欠陥を有する多層膜を示す図、（ｂ）は欠
陥個所を除去した多層膜を示す図である。

【図４】本実施例で形成したパタンの例を示す図で、
（ａ）は高反射率領域で位相が（２ｎ−１）πだけ異な
る多層膜が交互にストライプ状に近接したパタンを示す
図、（ｂ）は高反射率領域を囲んで（２ｎ−１）πだけ
位相が異なる高反射率領域が近接したパタンを示す図、
（ｃ）は高反射率領域の周囲に（２ｎ−１）π位相が異
なる高反射率領域が隣接して併置されたパタンを示す
図、（ｄ）は高反射率領域の両側に（２ｎ−１）π位相
が異なる高反射率領域を隣接したパタンを示す図であ
る。

【図５】本発明の光学素子を実装したＸ線投影露光装置
を示す図である。

【図６】従来のＸ線縮小投影露光法の露光光学系を示す
図である。

【図７】従来の反射型マスクを示す図で、（ａ）〜
（ｄ）はそれぞれ異なる方法で形成したマスクの断面図
である。

【図８】多層膜の積層数と反射Ｘ線の反射率を示す図で
ある。

【図９】欠陥を有する多層膜の積層数と反射率との関係
を示す図である。

【図１０】欠陥多層膜を除去した場合の積層数と反射率
との関係を示す図である。

【図１１】多層膜積層数と振幅反射率の位相との関係を
示す図である。

【図１２】従来の光学素子を示す図で、（ａ）は素子の
断面図、（ｂ）は反射光の振幅分布を示す図、（ｃ）は
反射光の強度分布を示す図である。

【符号の説明】 １１…基板 ２１…多層膜 ２２、２２０３…パタンを形成する多層膜 ８９…Ｘ線源 １１９…薄膜層 ２２０２…欠陥

フロントページの続き (72)発明者 武田 英次 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に、真空紫外線またはＸ線に対する
   反射率が相対的に低い領域と高い領域とを有する多層膜
   が、所定のパタンに応じて配置された光学素子におい
   て、上記真空紫外線またはＸ線に対する反射率が飽和す
   る積層数以上に厚く、上記多層膜を平滑基板上に積層す
   ることを特徴とする光学素子。
2. 【請求項２】上記反射率が高い領域は、少なくとも１つ
   のパタンの高さをｍ・（ｄａ＋ｄｂ）とするとき、つぎ
   の式をほぼ満足するように変化させた多層膜であること
   を特徴とする請求項１に記載した光学素子、 ｍ・（ｄａ＋ｄｂ）＝λ・（２ｎ−１）／（４・cos
   θ） ただし、ｍとｎは自然数、ｄａは多層膜を形成する１層
   の膜厚、ｄｂは多層膜を形成する他の１層の膜厚、λは
   光学素子の照明または露光に用いる真空紫外線またはＸ
   線の波長、θは光学素子の照明または露光に用いる真空
   紫外線またはＸ線の入射角である。
3. 【請求項３】上記反射率が低い領域と高い領域とを有す
   る多層膜は、反射率が高い隣接領域の表面材料を同一に
   したことを特徴とする請求項１に記載した光学素子。
4. 【請求項４】上記多層膜は、上記基板との間に少なくと
   も１層の薄膜層を形成したことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項３に記載した光学素子。
5. 【請求項５】基板上に、真空紫外線またはＸ線に対し光
   学定数が異なる少なくとも２種類の物質を、交互に積層
   して多層膜を形成する工程と、真空紫外線またはＸ線に
   対し相対的に反射率が高い領域と反射率が低い領域と
   を、所定のパタンに応じて上記多層膜に配置する工程
   と、上記工程により形成する光学素子を検査する工程
   と、上記光学素子を修正する工程と、上記多層膜に欠陥
   がある場合に上記欠陥を多層膜の上層から除去する工程
   とを含む光学素子の製造方法。
6. 【請求項６】上記光学定数が異なる少なくとも２種類の
   物質を積層して多層膜を形成する工程は、上記基板上に
   少なくとも１層の薄膜層を形成する工程の後に、行うこ
   とを特徴とする請求項５に記載した光学素子の製造方
   法。
7. 【請求項７】上記欠陥を多層膜の上層から除去する工程
   は、上記多層膜を上層から１層づつ除去する工程を含む
   ことを特徴とする請求項５に記載した光学素子の製造方
   法。
8. 【請求項８】上記多層膜は、上記真空紫外線またはＸ線
   に対する反射率が飽和する積層数以上の厚さに、積層す
   ることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに
   記載した光学素子の製造方法。
9. 【請求項９】上記光学素子を検査する工程は、少なくと
   も一部にＸ線顕微鏡による検査を含むことを特徴とする
   請求項５に記載した光学素子の製造方法。
10. 【請求項１０】上記光学素子を検査する工程は、少なく
    とも一部が上記光学素子を露光して被露光材に転写し、
    上記被露光材を検査することを特徴とする請求項５に記
    載した光学素子の製造方法。
11. 【請求項１１】上記光学定数が異なる少なくとも２種類
    の物質を、交互に積層して多層膜を形成する工程は、該
    工程の途中に、上記光学素子を検査する工程を少なくと
    も１回含むことを特徴とする請求項５または請求項６に
    記載した光学素子の製造方法。
12. 【請求項１２】基板上に、真空紫外線またはＸ線に対し
    光学定数が異なる少なくとも２種類の物質を、交互に積
    層した多層膜の積層数を、上記多層膜の真空紫外線また
    はＸ線に対する反射率が飽和する積層数の厚さ以上に積
    層する工程と、上記多層膜に対する真空紫外線またはＸ
    線の相対反射率が高い領域と低い領域とを、所定のパタ
    ンに応じて配置する工程と、隣接または近接する上記反
    射率が高い領域の少なくとも１つのパタンの高さを、お
    よそλ・（２ｎ−１）／（４・cosθ）だけ異なるよう
    に、上層から上記多層膜を除去する工程とを含む光学素
    子の製造方法、ただし、ｎは自然数、λは光学素子の照
    明または露光に用いる真空紫外線またはＸ線の波長、θ
    は光学素子の照明または露光に用いる真空紫外線または
    Ｘ線の入射角である。
13. 【請求項１３】上記隣接または近接する上記反射率が高
    い多層膜領域のパタンの高さは、つぎの式が成り立つよ
    うに、上層から上記多層膜を除去する工程を含むことを
    特徴とする請求項１２に記載した光学素子の製造方法、 ｍ・（ｄａ＋ｄｂ）＝λ・（２ｎ−１）／（４・cos
    θ） ただし、ｍとｎは自然数、ｄａは多層膜を形成する１層
    の膜厚、ｄｂは多層膜を形成する他の１層の膜厚、λは
    光学素子の照明または露光に用いる真空紫外線またはＸ
    線の波長、θは光学素子の照明または露光に用いる真空
    紫外線またはＸ線の入射角である。
14. 【請求項１４】上記光学定数が異なる少なくとも２種類
    の物質を交互に積層して多層膜を形成する工程は、上記
    基板上に少なくとも１層の薄膜層を形成する工程の後
    に、行うことを特徴とする請求項１２または請求項１３
    に記載した光学素子の製造方法。
15. 【請求項１５】上記隣接または近接する反射率が高い多
    層膜領域のパタンの高さは、ほぼλ・（２ｎ−１）／
    （４・cosθ）だけ上記高さを変化させるように、上層
    から上記多層膜を１層ずつ除去する工程を含むことを特
    徴とする請求項１２、請求項１３、請求項１４のいずれ
    かに記載した光学素子の製造方法。