JPH08201593A

JPH08201593A - 非球面反射光学素子

Info

Publication number: JPH08201593A
Application number: JP7010457A
Authority: JP
Inventors: Motohide Kageyama; 元英影山; Katsuhiko Murakami; 勝彦村上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-01-26
Filing date: 1995-01-26
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】厳密な形状精度及び面精度の両方を満たす非
球面反射光学素子を提供すること。【構成】非球面形状の曲面３を有する基板１の該曲面
３に、平行面を有する反射部材２を接合し、非球面形状
の反射面４を形成してなる非球面反射光学素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非球面反射光学素子に
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線縮小投影露光
装置は、主としてＸ線発生器１１、Ｘ線照明光学系１
２、マスク１３、Ｘ線結像光学系１４、ウェハー１５の
ステージ等により構成される（図５参照）。

【０００３】Ｘ線発生器１１には、放射光光源やレーザ
ープラズマＸ線源等が使用される。Ｘ線照明光学系１２
は反射面に斜め方向から入射した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、および所定波長のＸ線のみを反射または透過させる
フィルター等により構成され、マスク１３上を所望の波
長のＸ線で照明する。

【０００４】マスク１３には透過型マスクと反射型マス
クとがある。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上にＸ線を吸収する物質を所定
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。一方、反射型マスクは、例えば、Ｘ線を反射する多
層膜上に反射率の低い部分を所定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。

【０００５】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Ｘ線結像光学系
１４により、フォトレジストが塗布されたウェハー１５
上に結像することで該レジストに転写される。なお、Ｘ
線は大気に吸収されて減衰するため、その光路は排気装
置２０により所定真空度に維持された真空容器１９内に
配置されている。

【０００６】反射光学素子の反射面形状は殆どが平面、
球面、または放物面である。その理由は、前記形状より
も複雑な反射面形状を光学的に要求される高い精度（面
精度及び形状精度）で形成することは、実際上困難であ
るからである。しかし、反射面が前記形状に限定される
と、かかる反射光学素子を用いる光学系の光学性能も制
限されてしまう。

【０００７】一方、高い光学性能が要求される光学系で
は、反射面の形成が困難な非球面形状の反射面を有する
反射光学素子が求められている。Ｘ線光学系において
も、非球面形状の反射面を有するＸ線反射光学素子が求
められているが、短波長のＸ線を反射するＸ線反射光学
素子には、特に高い（厳密な）形状精度及び面精度が要
求されるので、非球面形状の反射面の形成は特に困難で
ある。

【０００８】しかしながら、かかる非球面形状の反射面
が、その形状精度及び面精度の両方の要求精度を満たす
ことができるならば、前述のＸ線投影露光装置のように
レンズ光学系を適用できないＸ線光学系や、その他の光
学系にも用いることができるので、その適用範囲は様々
な装置に広がる。例えば、近年急速に進歩している医学
や生物工学の分野では、通常の可視光（λ＝約４００ｎ
ｍ〜８００ｎｍ）を用いる顕微鏡よりも分解能が高く、
しかも生きた試料（以下生物試料という、例えば、細
胞、バクテリア、精子、染色体、ミトコンドリア、べん
毛など）も鮮明に観察することができる高解像度顕微鏡
として、可視光に代えて波長λ＝２〜５ｎｍの軟Ｘ線を
用いるＸ線顕微鏡が検討され開発されつつある。

【０００９】例えば図６は、このようなＸ線顕微鏡の簡
単な構造と光学系を示したものである。図６において、
Ｘ線発生器１１から出射したＸ線は、Ｘ線照明光学系１
２により集光されて試料カプセル１６中の試料に照射さ
れる。そして、試料を透過したＸ線は、Ｘ線拡大光学系
１７により、試料の像をＸ線撮像装置１８上に結像させ
る。Ｘ線発生器１１からＸ線撮像装置１８までの光路長
は、例えば２ｍ程度である。

【００１０】１９は真空容器で、２０はこの容器内を真
空にするための排気装置である。Ｘ線照明光学系１２及
びＸ線拡大光学系１７に前記非球面反射光学素子を用い
ることができれば、高性能なＸ線反射光学系を構成する
ことができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来、反射光学素子の
反射面は、軸対称であろうと自由曲面であろうと、主と
してＮＣ工作機により加工製作されてきた。しかし、こ
のような従来の加工方法では、厳密な形状精度及び面精
度の両方が要求される非球面形状の反射面を有する前記
非球面反射光学素子を作製することはできないため、非
球面反射光学素子を提供できないという問題点があっ
た。

【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、厳密な形状精度及び面精度の両方を満たす非
球面反射光学素子を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「非球面形状の曲面を有する基板の該曲面に、平行面
を有する反射部材を接合し、非球面形状の反射面を形成
してなる非球面反射光学素子（請求項１）」を提供す
る。また、本発明は第二に「前記基板と前記反射部材と
が陽極接合法により接合されてなることを特徴とする請
求項１記載の非球面反射光学素子（請求項２）」を提供
する。

【００１４】また、本発明は第三に「非球面形状の反射
面にＸ線反射用多層膜を設けたことを特徴とする請求項
１または２記載の非球面反射光学素子（請求項３）」を
提供する。

【００１５】

【作用】厳密な形状精度及び面精度の両方を満たす非球
面反射用光学素子は、非球面形状の曲面３を有する基板
１の該曲面３に、平行面を有する反射部材２を接合し、
非球面形状の反射面４を形成してなる非球面反射光学素
子（請求項１）により実現することができる（図１参
照）。

【００１６】本発明の非球面反射光学素子を製造する方
法の一例を示すと、先ず、面精度良好な表面（例えば、
最大表面粗さ0.001 μｍ以下）を有する平行平面の平板
状部材（例えばシリコン単結晶）２ａと、形状精度が良
好な非球面形状の曲面３を有する基板１を用意する（図
１Ａ参照）。次に、基板１の曲面３に、平板状部材２ａ
を陽極接合法により接合して（図１Ｂ参照）、非球面形
状の曲面３を有する基板１の該曲面３に、平行面を有す
る反射部材２を接合し、非球面形状の反射面を形成して
なる非球面反射光学素子が完成する（図１Ｃ参照）。陽
極接合法については、後で詳述する。

【００１７】なお、基板１の曲面３と部材２ａの接合を
行うとき、特に、接合面である基板１の曲面３が凹面の
場合には、凹面に最近接した部材２ａの接合面３’部分
から接合が行われるので、接合部分に空気溜まりができ
やすい。そのため、空気溜まりができないように、空気
抜きのための穴を基板１又は部材２ａに、或いは両方に
設けることが好ましい（図１参照、基板１に空気抜き穴
５を設けた例）。

【００１８】空気抜きの穴５を基板１に設ける場合、穴
５はその上に位置する反射部材２の反射面部分の変形に
影響を及ぼすので、光学特性が特に要求されない反射面
部分の下側に位置する基板部分に、必要最小限の大きさ
にて設けることが好ましい。また、空気抜きの穴を反射
部材２に設ける場合は、光学特性が特に要求されない反
射面部分に穴を設けることが好ましい。

【００１９】従って、空気抜きの穴は例えば、基板１又
は反射部材２の中心に最小限の大きさにて設けることが
好ましい。以上、本発明の非球面反射光学素子を製造す
る方法の一例を示した。本発明の非球面反射光学素子に
かかる基板１の曲面３と部材２ａの接合により基板曲面
３の非球面形状が接合後の反射部材２に転写される。即
ち、良好な面精度を有する部材２ａの接合面３’は接合
後、基板曲面３にならって変形することで、形状精度が
良好な基板曲面３の非球面形状が接合後の反射部材２の
反射面４（面精度良好）に転写される（図１Ｃ参照）。
即ち、反射面４の形状は、良好な面精度及び形状精度を
有する非球面反射形状となる。

【００２０】曲面３を有する基板１の該曲面３に、部材
２ａを接合する方法としては、有機系接着剤、ロウ付又
はハンダ付などで用いられる金属系接着剤、ガラス系接
着剤等の接着剤を用いる接合法と、レーザー溶接、シー
ム溶接、超音波溶接等の溶接による接合法と、さらに陽
極接合法をあげることができる。なお、溶接による接合
法には、接合材を介して二つの部材を接合する方法と接
合材を介さないで直接二つの部材を接合する方法があ
る。

【００２１】かかる接合法のうち、接着剤又は接合材を
用いる接合法により前記基板曲面３及び部材２ａを接合
した場合、基板曲面（基板の接合面）３と部材２ａの接
合面３’との間に接着剤層又は接合材層が介在すること
になるが、この層の厚さが大きいと、基板曲面３の形状
を接合後の反射部材２に転写することが困難となる。ま
た、基板曲面（基板の接合面）３と部材２ａの接合面
３’との間に接着剤層又は接合材層が介在すると、熱膨
張率や塑性の相違による接合強度の低下という問題や、
経年変化による接合強度の劣化という問題が起こりやす
くなる。

【００２２】接合材を用いない溶接法により、基板１と
部材２ａを接合する場合は、基板１又は部材２ａをその
融点又は軟化点以上に加熱する必要があるので、形状精
度を保持したまま接合することが困難である。従って、
接合法としては、比較的低温での接合が可能であり、し
かも接合材を用いる必要がなく、そのため、基板曲面３
の形状を接合後の反射部材２に正確に転写することがで
きる陽極接合法が好ましい（請求項２）。

【００２３】陽極接合法は、接合を行う２部材間に直流
電圧を印加することにより、本来（直流電圧を印加しな
い場合）の接合温度よりも低い温度での接合を可能とす
る接合法であり、誘電体（例えば、ガラスやセラミック
ス）と金属類（単位金属、合金、半導体）の接合に適用
できる。陽極接合を行う場合、先ず、接合される誘電体
及び金属類の各接合面を研磨して平滑化することが好ま
しい。この平滑化により、接合強度増大の効果が得られ
る。例えば、0.05μｍ以下の最大表面粗さにすることが
好ましい。

【００２４】陽極接合においては、両材料の接合面を重
ね合わせて、誘電体の軟化点及び金属類の融点よりも低
い温度で加熱し、比較的高い直流電圧を両材料間に印加
することで、両者の接合がなされる。このときの極性
は、金属類側を＋、誘電体側を−にする。加熱温度は、
材料の組み合わせや接合面の平滑度に依存するが、３０
０〜６００°Ｃの場合が多い。接合面の平滑度が良い
程、また誘電体の硬度が小さい程、より低い加熱温度で
の接合が可能となる。

【００２５】印加する電圧は直流電圧であり、交流電圧
の場合には接合はなされない。また極性は金属類側を必
ず＋にする。印加電圧の大きさは、材料の組み合わせ、
接合面の平滑度、加熱温度に依存するが、２００〜２０
００Ｖの場合が多く、一般には１０００Ｖ前後が適当で
ある。上限値は、スパークによる破壊を起こさない上限
の値となる。

【００２６】電圧の印加時間（接合が完了する時間）
は、加熱温度及び印加電圧に依存するが、加熱温度が高
い程、印加電圧が高い程、短時間となり、一般には数分
程度である。陽極接合は、一般には空気中で行われる
が、酸素、スチーム、窒素、水素、アルゴン、真空、ホ
ーミングガスの雰囲気下でも行うことができる。

【００２７】陽極接合による接合強度を増大するため
に、被接合材料である誘電体と金属類の熱膨張率の差が
小さい組み合わせを選択することが好ましい。例えば、
熱膨張率の差が５０％以下の組み合わせが好ましい。陽
極接合に好適な誘電体としては、例えば、軟質ガラス
（例えば、ホウケイ酸ガラス）、硬質ガラス、光学ガラ
ス、セラミック（例えば、βアルミナセラミックス）、
溶融石英、サファイア、磁器類などがあり、またこれら
の誘電体それぞれとの組み合わせとして好適な金属類と
しては、例えば、コバール、クロム合金、タンタル、シ
リコン、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、Ｇ
ａＡｓなどがある。

【００２８】前記好適な誘電体と、該誘電体との熱膨張
率の差が５０％よりも大きい金属類との組み合わせの場
合でも、金属類を薄膜状にすれば、接合強度の増大が可
能である。このような金属類としては、例えば、銅、
鉄、ニッケル、鉄−ニッケル合金、クロム、アルミニウ
ム、マグネシウム、チタン、ベリリウムなどがある。以
上の材料の組み合わせのうち、陽極接合に特に好適なも
のは、汎用性と加工精度の点から、ホウケイ酸ガラスと
シリコンの組み合わせである。この組み合わせによる陽
極接合では、比較的低い接合温度で、しかも短時間で接
合を行うことができる。

【００２９】本発明の非球面反射光学素子の反射面にＸ
線反射用多層膜を設けると（請求項３）、該素子をＸ線
反射光学素子として使用することができる。Ｘ線反射用
多層膜としては、例えば、Ｍｏ／Ｓｉ、Ｍｏ／Ｓｉ化合
物、Ｒｕ／Ｓｉ、Ｒｕ／Ｓｉ化合物、Ｒｈ／Ｓｉ、Ｒｈ
／Ｓｉ化合物、Ｗ／Ｃ、Ｗ／Ｓｉ、Ｎｉ／Ｃ、Ｃｒ／
Ｃ、Ｍｏ／Ｂ₄Ｃ、Ｍｏ／ＳｉＣ、Ｒｕ／Ｂ₄Ｃ、Ｎｉ
／Ｖ₂Ｏ₅、Ｃｒ／Ｖ₂Ｏ₅の組み合わせのうち、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
使用できる。

【００３０】反射面にＸ線反射用多層膜を設けた非球面
反射光学素子（請求項３）を製作する方法としては大き
くわけて、多層膜を形成した後に陽極接合を行う方法
と、陽極接合した後に多層膜を形成する方法がある。基
板と反射部材との接合面の曲面度が小さい場合には、接
合後でも所望の多層膜（構成層の膜厚比及び各構成層の
膜厚が一定の交互多層膜）を形成しやすいが、曲面度が
大きい場合には、接合後に所望の多層膜を形成しようと
すると、成膜条件の設定等、成膜工程が煩雑になる。そ
のため接合面の曲面度が大きい場合には、接合前に多層
膜を形成するとよい。

【００３１】本発明においては、両方法を提案すること
で、反射面にＸ線反射用多層膜を設けた非球面反射光学
素子（請求項３）の製法を接合面の形状に関わらずに提
供できる。本発明にかかる非球面反射光学素子は、各種
装置の光学系（例えば、顕微鏡等の照明光学系）に用い
ることができる。さらに、多層膜を成膜した光学素子
は、Ｘ線顕微鏡やＸ線リソグラフィー装置の光学系にも
適用することができる。また、本発明の非球面反射光学
素子を製造する方法は、光学素子だけでなく各種機械系
要素の製造にも適用できる。

【００３２】以下、本発明を実施例により更に具体的に
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１】図１は本実施例の非球面反射光学素子を製
造する方法を示す工程図であり、図１Ｃは完成した非球
面反射光学素子の概略側面図である。以下、本実施例の
非球面反射光学素子を作製する手順を示す。先ず、面精
度の良好な表面（最大表面粗さ0.001 μｍ以下）を有す
る平行平面の平板状部材（例えば、シリコン単結晶）２
ａと、形状精度が良好な非球面形状に近似した曲面３及
び空気抜きの穴５を有する基板（ホウケイ酸ガラス）１
を用意した（図１Ａ参照）。

【００３４】陽極接合を行う前に、接合される部材２ａ
及び基板１の各接合面３，３’を研磨して平滑化（0.05
μｍ以下の最大表面粗さ）した。陽極接合は、部材２ａ
及び基板１を約４００℃に加熱した状態において、部材
２ａ側電極６の極性を＋、基板１側電極６’の極性を−
にして、直流電圧約７００Ｖを印加して行った（図１Ｂ
参照）。

【００３５】約１０分で接合が完了し、非球面形状の曲
面３を有する基板１の該曲面３に、平行面を有する反射
部材２を接合し、非球面形状の反射面４を形成してなる
非球面反射光学素子が完成した（図１Ｃ参照）。なお、
基板１の曲面３と部材２ａの接合を行うとき、接合面で
ある基板１の曲面３が凹面であるので、凹面に最近接し
た部材２ａの接合面３’部分から接合が行われるので、
接合部分に空気溜まりができやすい。

【００３６】そのため、空気溜まりができないように、
空気抜きのための穴５を基板１に設けた。また、空気抜
きの穴５は、その上に位置する反射部材２の反射面部分
の変形に影響を及ぼすので、光学特性が特に要求されな
い反射面部分の下側に位置する基板部分、即ち基板１の
中心に最小限の大きさにて設けた。基板１の曲面３と部
材２ａの接合により基板曲面３の形状が接合後の反射部
材２に転写された。即ち、良好な面精度を有する平板状
部材２ａの接合面３’は接合後、基板曲面３にならって
変形することで、形状精度が良好な基板曲面３の非球面
形状が接合後の反射部材２の反射面４（面精度良好）に
転写された（図１Ｃ参照）。即ち、反射面４の形状は、
良好な面精度及び形状精度を有する非球面の反射面形状
であった。

【００３７】

【実施例２】図２は本実施例の非球面反射光学素子の概
略側面図である。該光学素子は、形状精度が良好な非球
面形状の曲面３を有する基板（ステンレス）１の該曲面
３に誘電体層（ホウケイ酸ガラス層、厚さ0.4 μｍ）９
を設け、該誘電体層９を介して、面精度の良好な表面
（最大表面粗さ0.001 μｍ以下）及び平行面を有する反
射部材２（単結晶シリコン）と、基板１とを陽極接合し
て、非球面形状の反射面４を形成してなる非球面反射光
学素子である。

【００３８】

【実施例３】図３は本実施例の非球面反射光学素子の概
略側面図である。該光学素子は、接合前の平行平面の平
板状部材（ホウケイ酸ガラス）２ｂにシリコン層（厚さ
0.4μｍ）１０を設け、該シリコン層１０を介して、面
精度良好な表面（最大表面粗さ0.001 μｍ以下）及び平
行面を有する反射部材２と、形状精度が良好な非球面形
状の曲面３を有する基板１とを陽極接合して、非球面形
状の反射面４を形成してなる非球面反射光学素子であ
る。

【００３９】

【実施例４】図４は本実施例の非球面反射光学素子の概
略側面図である。該光学素子は、形状精度が良好な非球
面形状の曲面３を有する基板（ホウケイ酸ガラス）１の
該曲面３に、面精度良好な表面（最大表面粗さ0.001 μ
ｍ以下）及び平行面を有する反射部材２（単結晶シリコ
ン）を陽極接合し、非球面形状の反射面４を形成してな
る非球面反射光学素子の表面４に（部材２の表面に）、
Ｘ線反射多層膜（Ｍｏ／Ｓｉ交互多層膜、５０〜１００
ペア）７を成膜した非球面反射光学素子である。Ｘ線反
射多層膜の成膜には、イオンビームスパッタ装置やマグ
ネトロンスパッタ装置等の成膜装置を用いた。

【００４０】本実施例の光学素子は、Ｘ線反射光学素子
として使用することができた。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の非球面反
射光学素子は、その反射面が厳密な形状精度及び面精度
の両方を満たすことができるので、高い光学性能が要求
される光学系に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、実施例１の非球面反射光学素子を製造する
方法を示す工程図である。

【図２】は、実施例２の非球面反射光学素子の概略側面
図である。

【図３】は、実施例３の非球面反射光学素子の概略側面
図である。

【図４】は、実施例４の非球面反射光学素子の概略側面
図である。

【図５】は、Ｘ線縮小投影露光装置の構成図である。

【図６】は、Ｘ線顕微鏡の構成図である。

【主要部分の符号の説明】

１・・・基板２・・・反射部材（基板１に接合された後のもの）２ａ・・平行平面を有する平板状部材（基板１に接合さ
れる前のもの）３・・・基板の曲面（非球面形状）３’・・平板状部材２ａの接合面４・・・非球面形状の反射面５・・・空気抜き穴６・・・平板状部材２ａ側電極６’・・基板１側電極７・・・Ｘ線反射用多層膜８・・・直流電源９・・・誘電体（ホウケイ酸ガラス）層１０・・・シリコン層１１・・・Ｘ線発生器１２・・・Ｘ線照明光学系１３・・・マスク１４・・・Ｘ線結像光学系１５・・・ウェハ１６・・・試料カプセル１７・・・Ｘ線拡大光学系１８・・・Ｘ線撮像装置１９・・・真空容器２０・・・排気装置以上

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非球面形状の曲面を有する基板の該曲面
に、平行面を有する反射部材を接合し、非球面形状の反
射面を形成してなる非球面反射光学素子。
【請求項２】前記基板と前記反射部材とが陽極接合法
により接合されてなることを特徴とする請求項１記載の
非球面反射光学素子。
【請求項３】非球面形状の反射面にＸ線反射用多層膜
を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の非球
面反射光学素子。