JPH116898A

JPH116898A - Ｘ線反射光学系

Info

Publication number: JPH116898A
Application number: JP9161212A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Itabashi; 聖一板橋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1997-06-18
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】大面積、高強度、高均一性のＸ線照射を可能
にする。【解決手段】Ｘ線源１から放射されたＸ線２は、空間
座標をｘ，ｙ，ｚとしたとき、ｘ，ｙ，ｚの３次以上の
項を含む多項式で表面形状が記述される非平面鏡３に入
射し、正反射法則に従って反射される。反射されたＸ線
は、平面鏡４に入射して正反射され、照射面５に投影さ
れる。このとき、入射Ｘ線に対する角度を一定に保ちな
がら平面鏡４を平行移動させることにより、ビームを走
査し、露光領域を拡大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シンクロトロン放
射光（Synchrotron radiation ：ＳＲ）等を利用するＸ
線リソグラフィにおいて、光源から放射されるＸ線を集
光あるいは拡大し、効率的に露光装置に投影するために
使用するＸ線反射光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線リソグラフィは、Ｘ線を使用して超
ＬＳＩの微細パターンを形成するもので、Ｘ線の波長が
短いため可視光の波長より小さな０．１ミクロン以下の
超微細パターンまで転写することができる技術である。
Ｘ線リソグラフィには、Ｘ線を発生するＸ線源と、Ｘ線
を使用して微細パターンを転写するＸ線露光装置、更に
Ｘ線源から放射されるＸ線をＸ線露光装置に導入するＸ
線光学系が必要である。ただし、現在はまだレーザのよ
うに指向性が高いＸ線源がないため、線源から発散する
ようなＸ線源しか存在しない。したがって、Ｘ線露光装
置に強力なＸ線ビームを照射するためには発散するＸ線
を集光するＸ線光学系が不可欠である。特に、Ｘ線を反
射によって投影するＸ線反射光学系は、Ｘ線源とＸ線露
光装置とを効率的に結びつけるものである。

【０００３】従来のＸ線反射光学系において、Ｘ線を集
光するＸ線反射鏡には、球面，円柱面，回転楕円面，楕
円柱，楕円錘，一葉双曲面，二葉双曲面，回転放物面，
楕円放物面，双曲放物面，異なる曲率の球面を組み合わ
せたトロイダル面等の形状が用いられてきた。これらの
面を記述する多項式は直交座標系でそれぞれ以下のよう
に表記される。球面は、（ｘ−ｘ０）²＋（ｙ−ｙ０）²
＋（ｚ−ｚ０）²＝ｒ０²と記述され、その形状は図１７
のようになり、半径ｒ０がパラメータとなる。円柱面
は、ｘ²＋ｙ²＝ｒ１²と記述され、その形状は図１８の
ようになり、半径ｒ１がパラメータとなる。回転楕円面
は、｛（ｘ−ｘ０）²／ａ０²｝＋｛（ｙ−ｙ０）²／ｂ
０²｝＋｛（ｚ−ｚ０）²／ｃ０²｝＝１と記述され、そ
の形状は図１９のようになり、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸方向の
半径ａ０，ｂ０，ｃ０がパラメータとなる。

【０００４】楕円柱面は、（ｘ²／ａ１²）＋（ｙ²／ｂ
１²）＝１と記述され、その形状は図２０のようにな
り、長軸と短軸の半径ａ１，ｂ１がパラメータとなる。
楕円錐面は、（ｘ²／ａ２²）＋（ｙ²／ｂ２²）＝（ｚ²
／ｃ２²）と記述され、その形状は図２１のようにな
り、ａ２，ｂ２，ｃ２がパラメータとなる。一葉双曲面
は、（ｘ²／ａ３²）＋（ｙ²／ｂ３²）−（ｚ²／ｃ３²）
＝１と記述され、その形状は図２２のようになり、ａ
３，ｂ３，ｃ３がパラメータとなる。二葉双曲面は、
（ｘ²／ａ４²）−（ｙ²／ｂ４²）−（ｚ²／ｃ４²）＝１
と記述され、その形状は図２３のようになり、ａ４，ｂ
４，ｃ４がパラメータとなる。楕円放物面は、（ｘ²／
ａ５²）＋（ｙ²／ｂ５²）＝ｚ／ｃ５と記述され、その
形状は図２４のようになり、ａ５，ｂ５，ｃ５がパラメ
ータとなる。双曲放物面は、（ｘ²／ａ６²）−（ｙ²／
ｂ６²）＝ｚ／ｃ６と記述され、その形状は図２５のよ
うになり、ａ６，ｂ６，ｃ６がパラメータとなる。トロ
イダル面は、ｘ²＋ｙ²＝｛Ｒ２±（ｒ２²−ｚ²）^1/2｝²
と記述され、その形状は図２６のようになり、Ｒ２，ｒ
２がパラメータとなる。

【０００５】何れの方程式も対称軸を座標軸にとる限り
座標ｘ，ｙ，ｚに関して３次以上の項は含んでいない。
これらの曲面は単純なパラメータで記述できるため、そ
の光学的な特性を把握することが容易であり、かつ対称
性が高いため製作も容易であるため、これらの曲面を使
用した光学系が使用されている。また、特定の露光領域
にＸ線を効率的に集める目的で、これらの形状の反射鏡
を何枚か組み合わせたＸ線光学系も使用されている。最
近、半導体産業においてＸ線リソグラフィを超々ＬＳＩ
製造工程に使用する試みがなされつつあり、産業的に成
り立つためには、露光効率の向上が必須となっている。
露光効率は露光する時のＸ線の強度が強く、１回の露光
あたりの露光面積が広いほど高くなる。さらに、露光す
る領域では露光の品質を保つため、領域内でのＸ線強度
は一定でなければならない。したがって、露光効率の向
上には大きな面積に強度が強く、強度の均一性が高いＸ
線ビーム形成が不可欠とされ、これを実現するＸ線光学
系の必要性が高まっている。

【０００６】電磁波は、物質の表面がなめらかであれば
高い反射率で反射される。電磁波の内、波長が短いＸ線
を反射するためには、表面のなめらかさは凹凸が原子と
同じ大きさ程に小さいことが必要である。さらに、Ｘ線
を反射するためには、反射面と入射するＸ線が成す角度
を２度以下の低角度にすることで生じる全反射現象を利
用しなければならない。入射角が小さいため、表面の凹
凸だけでなく、平面度を良くすることが重要となる。現
在、高剛性のため変形せず、熱伝導性が高いため熱によ
る変形も無い材料を使用して、前記方程式群で形状が記
述できる形状を持ち、なお且つ表面が非常になめらかな
Ｘ線反射鏡の製造が進められている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】現在Ｘ線リソグラフィ
用Ｘ線光学系で使用されている前述した球面等の曲面
は、数学的に少ないパラメータで記述され、表面に入射
する光線に対し、パラメータを変えることによって決定
される特定の性質を示す。また、２次以下の項で記述さ
れているため、表面の曲率に対応する偏微分を記述する
関数の次数が１次と低いことから、曲率は空間的に大き
く変動しない。このため加工が容易であり、実際に製作
されているものが多い。しかし、ある位置で特定の性質
を満たすようにパラメータを決めると、他の全領域の性
質が一意に決まってしまう。したがって、性質を変え得
る範囲は限定されてしまう。例えば、反射鏡の中心部の
反射角度を決めることで自動的に周辺部の曲率と形状が
決定されるため、中心部と周辺部で異なる特性を有する
自由な形状を利用することができない。これは表面を記
述する関数が含む項の次数が２次以下であることに対応
している。２次の多項式の偏微分は１次であり、原点で
の傾きが決まると全領域の傾きが決定されるため、周辺
部で独自に曲率を変えることはできない。

【０００８】このため、様々な要求を同時に満たすため
に、反射鏡を組み合わせる等して自由度を増して対応し
ていた。しかし、Ｘ線の場合、Ｘ線の反射率が低く、何
枚か組み合わせることでＸ線の輸送効率が極端に低下す
るため、実際は３枚以上の反射鏡を使用する光学系を採
用することは難しい。さらに、組み合わせる各反射鏡の
特性が限定されているため、Ｘ線リソグラフィを産業に
使用していくために必要な要求性能を満たす解を見つけ
ることは困難を極めている。単純に集光だけであれば様
々な系が存在するが、強度は表面の反射点で反射された
時の反射率の相違で数％から数十％変化する。このた
め、光学系を経て照射領域内に到達するＸ線強度は反射
率の変動分の強度分布を持つ。さらに、反射Ｘ線ビーム
そのものも疎密が存在するため、疎な部分の強度は弱
く、密な部分の強度は強い。これらが、複合して照射領
域のＸ線強度が決定される。例えば２枚の曲面を使用し
た場合、２度反射された後のＸ線の反射強度とＸ線の疎
密分布が一定である曲面の組み合わせにしなければなら
ないと同時に、Ｘ線を大面積の領域に照射するために
は、どちらか一方、あるいは両方の反射鏡を動かしてＸ
線を走査する必要がある。したがって、仮に停止した状
態で均一な強度が得られていても、走査によって反射点
がずれ、同時に反射角が変化するため、反射率が変化
し、露光面上のＸ線強度はもはや一定とはならない。

【０００９】特に、大きな面積を持つ領域に強度が一定
なＸ線を集光するためには、光学系に対するＸ線の取り
込み量を増やさなければならないため、反射点毎に反射
角が大きくずれると同時に、反射率の変動が大きくなる
ため、これを補正して露光面上で一定の強度分布を得る
ことは難しい。その上、走査による反射角の変動が加わ
ることで、大きな領域での強度を一定に保つことは非常
に困難になる。実際、前記曲面の組み合わせで、Ｘ線リ
ソグラフィを半導体産業に導入する際に必要とされる照
射面積、強度と強度均一性を確保したＸ線光学系は見つ
かっていない。本発明は、Ｘ線リソグラフィを半導体産
業で使用するために必要な、大面積、高強度、高均一性
のＸ線照射を最低１枚ずつの平面鏡と非平面鏡で行うこ
とができるＸ線反射光学系を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に記
載のように、Ｘ線源から放射されるＸ線を反射によって
所定の領域に投影するＸ線反射光学系において、光学系
を平面鏡と非平面鏡とで構成し、空間座標をｘ，ｙ，ｚ
としたとき、非平面鏡は、ｘ^lｙ^mｚⁿの線形結合で少な
くとも１項がｌ＋ｍ＋ｎ≧３である項を含む関数によっ
てその形状が記述されるものである。このように、ｘ，
ｙ，ｚの３次以上の項を含む多項式で表面形状が記述さ
れる非平面鏡を使用することで、曲率を局所的に変える
自由度が増す。これを利用することにより、集光したＸ
線の反射角による変動とＸ線の疎密による強度からなる
強度分布が一定のＸ線ビームを形成する。さらに、この
Ｘビームを平面鏡によって露光領域に投影する。あるい
は、平面鏡でＸ線の方向を変えた後に、非平面鏡によっ
て露光領域に投影する。

【００１１】また、請求項２に記載のように、平面鏡
は、Ｘ線を所定の領域に投影するために、入射Ｘ線に対
する角度を一定に保ちながら平行移動するものである。
平面鏡を平行移動させることにより、ビームを走査し、
露光領域を拡大することによって大面積露光を可能にす
る。強度が均一なビームを形成する非平面鏡に反射特性
が最も単純で、反射によってＸ線の性質を変えにくい平
面鏡を組み合わせることで、均一な強度分布を維持した
まま走査投影を可能にする。また、請求項３に記載のよ
うに、平面鏡は、Ｘ線を所定の領域に投影するために、
その中心を通りｘ軸に平行な軸を中心として回転するも
のである。平面鏡を回転させることにより、ビームを走
査し、露光領域を拡大することによって大面積露光を可
能にする。強度が均一なビームを形成する非平面鏡に反
射特性が最も単純で、反射によってＸ線の性質を変えに
くい平面鏡を組み合わせることで、均一な強度分布を維
持したまま走査投影を可能にする。また、請求項４に記
載のように、入射Ｘ線に対する平面鏡の角度を、全反射
現象が生じるような小角度としたものである。このよう
に、平面鏡への入射角を小さくすることで反射率がほぼ
一定の全反射現象を利用できるため、走査による強度変
化の影響を可能な限り小さくすることが可能になる。

【００１２】

【発明の実施の形態】

実施の形態の１．次に、本発明の実施の形態について図
面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実
施の形態となるＸ線反射光学系のブロック図、図２はこ
のＸ線反射光学系を説明するための概念図である。Ｘ線
源１から放射されたＸ線２は、入射角θ１で非平面鏡３
に入射し、正反射法則に従って反射される。反射された
Ｘ線は、平面鏡４に入射角θ２（入射角と反射角は等し
いので、図１では反射角側で表している）で入射して正
反射され、照射面５に投影される。

【００１３】このＸ線反射光学系を真上から俯瞰した図
が図３である。発散するＸ線を光学系に取り込む取り込
み角θ３は３度と従来より大きな角度とする。Ｘ線源１
と非平面鏡３の中心Ｏとの距離は２５００ｍｍ、非平面
鏡３の中心Ｏと平面鏡４の中心Ｐとの距離は１５００ｍ
ｍ、平面鏡４の中心Ｐと照射面５との距離は６０００ｍ
ｍとする。光学系の全長は１００００ｍｍ、すなわち１
０ｍとする。

【００１４】なお、図１〜図３においては、Ｘ線源１か
ら照射面５への方向がｙ軸方向であり、これと垂直な上
向きの高さ方向がｚ軸方向であり、ｙ，ｚと垂直で、ｙ
軸を時計回りにｚ軸の方へ回転させたときに右ネジが進
む方向がｘ軸方向（図１、図２では、紙面に垂直で向こ
う側からこちら側へ向かう方向）である。

【００１５】シンクロトロンは、発散する方向に垂直な
方向にはＸ線があまり広がらない特徴を持った線源であ
るため、シンクロトロン放射光（以下、ＳＲと略する）
は平板的な形状を持つ。このため、平面鏡４を固定した
場合に照射面５上に投影されるＸ線の形状は線状にな
る。非平面鏡３の表面には、Ｘ線を効率的に反射するた
めにＰｔをコートする。Ｘ線反射膜材質にはＰｔの他
に、Ａｕ，Ｒｅ等の重金属、希土類等を使用することが
できる。

【００１６】一方、平面鏡４の材質には例えばＳｉ，Ｓ
ｉＣ，ＳｉＯ₂ 等を使用する。入射Ｘ線の平面鏡４への
入射角θ２は１度程度の値であり、このような小さい入
射角の場合は表面コートしない方が反射率が高いので、
平面鏡４の表面にはＰｔをコートしない。なお、Ｘ線の
反射率はフレネル係数で計算され、物質によって決まっ
た値を示す。そして、非平面鏡３は、次式で表記できる
形状を持つものとする。

【００１７】ｚ＝０．００４７８８９１５９６３３１８１４ｘ² −１．１５４２７７７５１９５６２４３×１０^-7ｘ⁴ ＋３．８５４４７１６３９８５９４６１×１０^-7ｙ＋１．５０９２５２４５６７０２３３３×１０^-6ｘ²ｙ＋３．２６１６５８３６０６３５７６７×１０^-6ｙ² ＋２．８７２０３８１９９９３２９９１×１０^-10ｘ²ｙ² ＋１．０００９５５８２０５９１１９５×１０^-9ｙ³ ＋２．９８８３１８４０８７７０３１７×１０^-13ｙ⁴ ＋０．００００４２２１５８８１８５３９１２１４ｘ²ｚ −０．０００４３２４８８６８５５３２５０２７ｙｚ＋３．０７２４０８０６３８３１０８５×１０^-9ｘ²ｙｚ −９．８８２１９３６４０２６１５８×１０^-8ｙ²ｚ −６．５８４０４１７００１６４４５７×１０^-12ｙ³ｚ・・・（１）

【００１８】式（１）はｘ，ｙ，ｚの３次以上の項を含
み、これにより非平面鏡３が前述した曲線群では記述で
きない複雑な形状であることが分かる。ＳＲが非平面鏡
３の中心Ｏ（ｘ＝ｙ＝ｚ＝０）に入射するときの入射角
θ１を１．４度とし、平面鏡４に入射するときの入射角
θ２を０．９度とする。すると、照射面５上には図４の
ようなＸ線ビームが形成される。図４において、横軸は
Ｘ軸方向の位置、縦軸はｚ軸方向の位置である。

【００１９】図４は取り込み角θ３を２０分割する２１
本のＸ線が発生したと仮定し、このＸ線の反射光と照射
面５との交点を点で示し、交点間を線で結んだものであ
る。この図４により、ｘ軸方向に関しての点の間隔が等
間隔ではないことが分かる（ただし、数％程度の相違で
ある）。つまり、線上ではＸ線の疎密が存在し、これに
よってＸ線強度の変動が発生している。この場合、中心
に比べ、周辺のＸ線が密になるため、周辺部のＸ線が強
くなる。Ｘ線リソグラフィが必要とするビーム長さは５
０ｍｍであり、このビームの５０ｍｍ領域の強度が均一
である必要がある。

【００２０】一方、各光線が反射鏡で２回反射される反
射角もそれぞれ異なり、そのため反射率が違うため、光
線の強度も変動する。この場合、中心に比較して周辺部
の反射角が大きいため、反射率が低下し、結果として周
辺部で強度が低下するという、疎密分布から得られる強
度分布とは逆の傾向を示す。

【００２１】ビームの強度は反射率とビームの疎密分布
が掛け合わされたものなので、これによりＸ線ビーム強
度を計算した結果が図５である。図５において、横軸は
ｘ軸方向の位置、縦軸はＸ線強度である。また、Ｘ線強
度は、ｘ＝０におけるビーム強度の値を１として規格化
したものである。図５により、必要とされる５０ｍｍの
長さの領域ではビーム強度の変動が４％以内に収まって
いることが分かる。この値は露光の品質を維持するため
に充分な値である。

【００２２】図５の計算はシンクロトロンが点光源であ
るとして実施したものであるが、実際のシンクロトロン
は点光源ではなく、ｘ軸，ｚ軸方向にそれぞれ正規分布
した光源である。したがって、光源位置が原点から僅か
ずつずれるため投影されるＸ線ビーム像もボケてくる。
この結果、照射面５上での強度分布にも広がりが生じ
る。

【００２３】強度分布の広がりの程度を知るために、光
源が正規分布に従って分布しているとして光線追跡を実
施した。光源の広がりは例えばｘ，ｚ方向にそれぞれ
０．８ｍｍの分散を持つ正規分布であると仮定した。こ
れは光源が直径５ｍｍ程度にボケていることに相当す
る。この光線追跡の結果を図６に示す。図６では、Ｘ線
ビーム強度を濃淡で表し、白い部分ほどＸ線の強度が強
いことを示している。なお、図６では、ｚ＝０の位置が
図４とは異なり、またｚ軸方向を上下反転して表示して
いるため、曲がる方向が逆になっている。

【００２４】図６により、露光面上では中心部で強い強
度分布が生じることが分かる。実際には、このビームを
後述のように平面鏡４によって走査するため、ビームが
ｚ軸方向に移動する。そのため、ｚ軸方向に積分した値
が得られる強度に対応する。そこで、図６のＸ線強度を
ｚ軸に沿って積分した結果が図７である。

【００２５】図７により、光源がボケていても大面積露
光に必要な５０ｍｍ領域でほぼ４％以内の変動しかない
ことが分かる。非対称的に変動しているのは、光源から
確率的に発生させる光束の密度が確率的に変動している
ためである。これにより光源に広がりがあっても、充分
な強度均一性が確保できることが分かる。

【００２６】以上のようなことから、Ｘ線ビームをｚ方
向に走査して大面積に照射する。このような走査を行う
ためには、平面鏡４を図１の破線で示すように、入射角
θ２を一定に保ちながら平行移動、すなわち平面鏡自身
と垂直の方向に移動させる。この平行移動により反射ビ
ームは、照射面５上をｚ軸方向にＬだけ移動する。入射
角θ２が小さいため、平面鏡４の移動距離ｄに対し、照
射面５上におけるビームの移動距離Ｌは、ほぼ２ｄとな
る。

【００２７】平面鏡４が入射角θ２を一定に保ったまま
平行移動することで、非平面鏡３で反射されたＸ線が平
面鏡４に入射する角度は全く同一になるので、照射面５
上をｚ軸方向に移動するビームの強度も全く同じ強度を
有する。したがって、Ｘ線ビームが照射面５上において
５０ｍｍだけ移動するように平面鏡４を等速移動してや
れば、照射面５の露光領域内には強度変動が４％以内の
非常に均一なＸ線照射が可能となる。また、平行移動の
速度は一定でよいので、平面鏡４を駆動する駆動機構
（不図示）も単純にすることができる。

【００２８】なお、本実施の形態では、非平面鏡と平面
鏡を１枚ずつ用いたが、光源の強度が強くなれば、反射
による減衰を相殺できるので、２枚以上の平面鏡と非平
面鏡を組み合わせた光学系を組むことも可能である。ま
た、図１の構成に平面鏡をもう１枚加えて、これを平面
鏡４の動きに同期させることで、露光領域の面積を更に
拡大することができる。

【００２９】実施の形態の２．図８は本発明の第２の実
施の形態となるＸ線反射光学系のブロック図であり、図
１と同一の構成には同一の符号を付してある。Ｘ線反射
光学系としての構成は実施の形態の１とほぼ同様である
が、本実施の形態では、平面鏡４と同様の平面鏡４ａを
その中心を通りｘ軸に平行な軸を中心として微小回転さ
せることにより、実施の形態の１と同様のＸ線ビーム走
査を実現している。これは、平面鏡４ａを微小回転させ
ると、Ｘ線ビームが平面鏡４ａに入射する角度が僅かに
変化するので、反射Ｘ線が照射面５上を移動するからで
ある。

【００３０】図９に平面鏡４ａに対するＸ線の入射角θ
２とＸ線の反射率との関係を示す。波長はＳＲ露光の中
心波長である０．７ｎｍとし、平面鏡４ａの材質は珪化
シリコン（ＳｉＣ）とする。なお、反射率は、入射光の
強度をＩ０、反射光の強度をＩとしたとき、Ｉ／Ｉ０と
なる。

【００３１】入射角θ２が１度以下のとき、全反射現象
が生じるため、入射角θ２に対し反射率はほぼ一定の値
を示すが、入射角が大きくなると反射率は急激に低下す
る。１度以下で反射率の変化が少ないということは、平
面鏡４ａを回転させて入射角θ２を１度以下の範囲でわ
ずかに変動させても反射強度がほとんど変動しないこと
を意味している。

【００３２】例えば、入射角θ２を０．９５度から０．
６５度に変化させたとき、Ｘ線ビームの照射面５内での
位置は約５０ｍｍ移動する。このとき、面積が５０ｍｍ
平方内のＸ線強度分布は、ｘ軸に沿っては４％以内で、
ｚ軸に沿っては反射率の変動分の変化が発生することに
なる。しかし、ｚ方向の強度の変化は、回転する速度を
僅かに補正することで、実効的になくすことができる。
つまり、Ｘ線強度が弱いところでは平面鏡４ａの回転速
度を遅くし、Ｘ線強度が強いところでは平面鏡４ａの回
転速度を速くすればよい。こうして、露光領域内のｚ軸
に沿ったＸ線強度分布の変動を０にまで小さくすること
ができる。

【００３３】また、平面鏡４ａを０．３度程度回転させ
ることは、その角度が小さいことから、図１０のように
平面鏡４ａの端部を矢印のように直線的に振動させる機
構を付加するだけで実現できる。これにより回転運動を
単純な直線運動で実現できるため、真空中でも駆動が容
易となる。

【００３４】実施の形態の３．図１１は本発明の第３の
実施の形態となるＸ線反射光学系のブロック図であり、
図１と同一の構成には同一の符号を付してある。このＸ
線反射光学系では、図１１（ａ）に示すように、Ｘ線源
１から放射されるＸ線２を平面鏡４ｂで受けて、平面鏡
４ｂで反射されたＸ線を非平面鏡３ａによって照射面５
上に集光することで、Ｘ線リソグラフィに使用できる光
学系を組むことができる。

【００３５】平面鏡４ｂは、単にＸ線源１から放射され
る平板状のＸ線２の方向を変えるだけであり、全てのＸ
線に対する反射角は一定であることから、光源の特性を
維持したＸ線が非平面鏡３ａに照射される。したがっ
て、実施の形態の１で使用したような非平面鏡を使用す
れば、照射面５上には強度が均一なＸ線ビームを形成す
ることができる。

【００３６】この平面鏡４ｂは、Ｘ線源１に近い位置に
配置できるため、小さなもので充分である。例えば、Ｘ
線源１から１ｍの位置で３度の光を集光しようとする場
合、幅６０ｍｍ、長さ１００ｍｍ程度の大きさがあれば
充分である。鏡が小さくなるため、製作することも、移
動させることも簡単になる。

【００３７】Ｘ線ビームの走査は、平面鏡４ｂを図１１
（ｂ）の破線で示すように、入射Ｘ線に対する角度θ４
を一定に保ちながら平行移動、すなわち平面鏡自身と垂
直の方向に移動させる。これにより、非平面鏡３ａには
見かけ上平行なビームが照射されることになる。そし
て、非平面鏡３ａは、次式で表記できる形状を持つもの
とする。

【００３８】ｚ＝０．００５２７２４５９２０６４８５５７６ｘ² −１．７２５１６９１８８９７７３７７×１０^-7ｘ⁴ ＋９．９１０１７４１４２８５９０６×１０^-7ｙ＋３．２４４０８０５９５５６２５９３×１０^-6ｘ²ｙ＋４．８８８７３８７６９２６９１５７×１０^-6ｙ² ＋１．０５０９６２９５０３００９４×１０^-9ｘ²ｙ² ＋２．９６５１９５７３５４７３８３９×１０^-9ｙ³ ＋１．１８８７５１０６０４８７３３１×１０^-12ｙ⁴ ＋０．００００５４６６１８２９１６２８９０５１ｘ²ｚ −０．０００８２８８９９７１０５５４２０４ｙｚ＋１．０４０７０３３８４５８１３４１×１０^-8ｘ²ｙｚ −３．４１３５９７６９１３８０２８３×１０^-7ｙ²ｚ −４．４９４９１４６８５０４５０３７×１０^-11ｙ³ｚ・・・（２）

【００３９】Ｘ線源１と平面鏡４ｂの中心との距離を１
３００ｍｍ、平面鏡４ｂの中心と非平面鏡３ａの中心Ｏ
との距離を４３０ｍｍ、非平面鏡３ａの中心Ｏと照射面
５との距離を８２７０ｍｍとする。Ｘ線の取り込み角は
２度とした。Ｘ線が平面鏡４ｂに入射する角度θ４を
０．８度、非平面鏡中心に入射する角度θ５を１．６度
とし、平面鏡４ｂを最大で約５ｍｍ平行移動させると、
照射面５上では図１２に示すような領域にＸ線が照射さ
れる。

【００４０】図１２は、取り込み角２度を２０分割する
２１本のＸ線が発生したと仮定し、このＸ線の反射光と
照射面５との各交点を点で示したものである。図１２に
おいて、斜線部が面積５０ｍｍ平方の露光領域に対応し
ている。Ａは平面鏡４ｂの中心がｙ＝１３００ｍｍの位
置にあるときの結果である。Ｂは、ｙ＝１３００ｍｍの
位置から平面鏡４ｂを下方向に平行移動させて、平面鏡
４ｂと入射Ｘ線との交点がｙ軸方向に−１００ｍｍ移動
したときの結果である。

【００４１】また、Ｃ，Ｄ，Ｅは、ｙ＝１３００ｍｍの
位置から平面鏡４ｂを上方向に平行移動させて、平面鏡
４ｂと入射Ｘ線との交点がｙ軸方向にそれぞれ１００，
２００，３００ｍｍ移動したときの結果である。以上の
ような平行移動において、平面鏡４ｂは最大で約５ｍｍ
移動するだけである。

【００４２】このＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのｘ軸に沿ったＸ
線強度を、ｘ＝０における強度を１として規格化した結
果が図１３である。図１３により、５０ｍｍ幅の領域で
約１％以内の強度変動しかないことが分かる。

【００４３】ただし、ｚ軸方向に沿っては強度分布が存
在する。しかし、ｚ方向の強度の変化は、平面鏡４ｂを
平行移動させる速度を僅かに補正することで、実効的に
なくすことができる。つまり、Ｘ線強度が弱いところで
は平面鏡４ｂの移動速度を遅くし、Ｘ線強度が強いとこ
ろでは平面鏡４ｂの移動速度を速くすればよい。こうし
て、露光領域内のｚ軸に沿ったＸ線強度分布の変動を０
にまで小さくすることができる。

【００４４】実施の形態の４．図１４は本発明の第４の
実施の形態となるＸ線反射光学系のブロック図であり、
図１、図１１と同一の構成には同一の符号を付してあ
る。Ｘ線反射光学系としての構成は実施の形態の３とほ
ぼ同様であるが、本実施の形態では、平面鏡４ｂと同様
の平面鏡４ｃをその中心を通りｘ軸に平行な軸を中心と
して微小回転させることにより、実施の形態の３と同様
のＸ線ビーム走査を実現している。つまり、平面鏡４ｃ
を微小回転させることにより、非平面鏡３ａにはわずか
に広がったＸ線ビームが照射されることになる。

【００４５】非平面鏡３ａの形状を記述する多項式を式
（２）、Ｘ線源１と平面鏡４ｃの中心との距離を１３０
０ｍｍ、平面鏡４ｃの中心と非平面鏡３ａの中心Ｏとの
距離を４３０ｍｍ、非平面鏡３ａの中心Ｏと照射面５と
の距離を８２７０ｍｍとする。また、Ｘ線の取り込み角
は２度とした。

【００４６】Ｘ線が平面鏡４ｃに入射する角度θ４を
０．８度、非平面鏡３ａの中心Ｏに入射する角度θ５を
１．６度とし、平面鏡４ｃを０．８度から＋１ｍｒａｄ
と−４ｍｒａｄだけほんのわずかに回転させると、照射
面５上には図１５に示すような分布が形成される。図１
５は、取り込み角２度を２０分割する２１本のＸ線が発
生したと仮定し、このＸ線の反射光と照射面５との各交
点を点で示したものである。図１５において、斜線部が
面積５０ｍｍ平方の露光領域に対応している。

【００４７】αは平面鏡４ｃの中心がｙ＝１３００ｍｍ
の位置にあって入射角θ４が０．８度のときの結果であ
る。βは、平面鏡４ｃをＸ線源１側が上がるように回転
させて、αの場合に対して入射角θ４が１ｍｒａｄ増え
たときの結果である。また、γ，δ，ε，ζは、平面鏡
４ｃをＸ線源１側が下がるように回転させて、αの場合
に対して入射角θ４がそれぞれ１ｍｒａｄ，２ｍｒａ
ｄ，３ｍｒａｄ，４ｍｒａｄ減ったときの結果であ
る。

【００４８】以上のような回転移動において、平面鏡４
ｃは最大で５ｍｒａｄ回転するだけである。回転角５ｍ
ｒａｄは約０．２８度に対応する。したがって、平面鏡
４ｃを僅か０．２８度回転させるだけで露光領域の拡大
が実現できる。このα，β，γ，δ，ε，ζのｘ軸に沿
ったＸ線強度を、ｘ＝０における強度を１として規格化
した結果が図１６である。図１６により、５０ｍｍ幅の
領域で約１．２％以内の強度変動しかないことが分か
る。

【００４９】ただし、実施の形態の３と同様にｚ軸方向
に沿っては強度分布が存在する。しかし、ｚ方向の強度
の変化は、平面鏡４ｃを回転させる速度を僅かに補正す
ることで、実効的になくすことができる。つまり、Ｘ線
強度が弱いところでは平面鏡４ｃの回転速度を遅くし、
Ｘ線強度が強いところでは平面鏡４ｃの回転速度を速く
すればよい。こうして、露光領域内のｚ軸に沿ったＸ線
強度分布の変動を０にまで小さくすることができる。こ
の結果、小さな平面鏡４ｃの０．３度程度の回転運動を
付加するだけで、５０ｍｍ平方の大面積領域にＸ線の強
度均一性が１％程度のＸ線を照射することができる。

【００５０】なお、以上の実施の形態では、Ｐｔをコー
トした非平面鏡に対する入射角を２度以下、ＳｉＣから
なる平面鏡（Ｐｔコートなし）に対する入射角を１度以
下としているが、これらは使用する材質によって変わる
のは言うまでもない。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、請求項１に記載のよう
に、光学系を平面鏡と非平面鏡とで構成し、非平面鏡
を、ｘ^lｙ^mｚⁿの線形結合で少なくとも１項がｌ＋ｍ＋
ｎ≧３である項を含む関数によってその形状が記述され
るものとすることにより、従来不可能であった、高強
度，大面積照射，高強度均一性を両立させたＸ線光学系
が実現できる。また、一方の鏡に平面鏡を使用すること
で加工が容易になり、価格も安価になるため光学系全体
の価格を安価にすることができる。その結果、０．１μ
ｍ級の超微細なパタンを量産することが可能となり、高
速で消費電力が小さな超々ＬＳＩ量産が可能となる。ま
た、様々なＸ線光学系、例えばＸ線縮小光学系、Ｘ線顕
微鏡等の照明系として使用することもできる。

【００５２】また、請求項２あるいは請求項３に記載の
ように、平面鏡を入射Ｘ線に対する角度を一定に保ちな
がら平行移動あるいは中心を通りｘ軸に平行な軸を中心
として回転させることにより、ビームを走査し、露光領
域を拡大することができ、大面積露光を実現することが
できる。また、平面鏡を僅かに平行移動あるいは回転さ
せるだけで領域拡大ができるため、単純な駆動系で実現
でき、動作が安定すると同時に価格も安価になる。ま
た、平面鏡を光源に近づけた位置に配置すれば、平面鏡
を小さくできるので、領域拡大のための動作量を非常に
小さくすることができる。このため、数十ヘルツ以上の
高速な動作が可能になる。

【００５３】また、請求項４に記載のように、入射Ｘ線
に対する平面鏡の角度を、全反射現象が生じるような小
角度とすることにより、反射率がほぼ一定の全反射現象
を利用できるため、走査による強度変化の影響を可能な
限り小さくすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態となるＸ線反射光
学系のブロック図である。

【図２】図１のＸ線反射光学系を説明するための概念
図である。

【図３】図２のＸ線反射光学系を真上から見た鳥瞰図
である。

【図４】Ｘ線ビームと照射面との交点がつくる線を示
す図である。

【図５】照射面上のＸ線のｘ方向の強度分布を示す図
である。

【図６】Ｘ線源に広がりがある場合の照射面上のＸ線
強度分布を濃淡で示した図である。

【図７】図６の結果をｚ軸に沿って積分して得られた
Ｘ線強度分布を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態となるＸ線反射光
学系のブロック図である。

【図９】入射Ｘ線の平面鏡への入射角と反射率との関
係を示す図である。

【図１０】平面鏡を直線的な運動で回転させる概念を
示す図である。

【図１１】本発明の第３の実施の形態となるＸ線反射
光学系のブロック図である。

【図１２】Ｘ線と照射面との交点を示す図である。

【図１３】照射面上のＸ線のｘ方向の強度分布を示す
図である。

【図１４】本発明の第４の実施の形態となるＸ線反射
光学系のブロック図である。

【図１５】Ｘ線と照射面との交点を示す図である。

【図１６】照射面上のＸ線のｘ方向の強度分布を示す
図である。

【図１７】球面の形状を示す図である。

【図１８】円柱面の形状を示す図である。

【図１９】回転楕円面の形状を示す図である。

【図２０】楕円柱面の形状を示す図である。

【図２１】楕円錐面の形状を示す図である。

【図２２】一葉双曲面の形状を示す図である。

【図２３】二葉双曲面の形状を示す図である。

【図２４】楕円放物面の形状を示す図である。

【図２５】双曲放物面の形状を示す図である。

【図２６】トロイダル面の形状を示す図である。

【符号の説明】

１…Ｘ線源、２…Ｘ線、３、３ａ…非平面鏡、４、４
ａ、４ｂ、４ｃ…平面鏡、５…照射面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線源から放射されるＸ線を反射によっ
て所定の領域に投影するＸ線反射光学系において、光学系を平面鏡と非平面鏡とで構成し、空間座標をｘ，
ｙ，ｚとしたとき、前記非平面鏡は、ｘ^lｙ^mｚⁿの線形
結合で少なくとも１項がｌ＋ｍ＋ｎ≧３である項を含む
関数によってその形状が記述されるものであることを特
徴とするＸ線反射光学系。
【請求項２】請求項１記載のＸ線反射光学系におい
て、前記平面鏡は、Ｘ線を所定の領域に投影するために、入
射Ｘ線に対する角度を一定に保ちながら平行移動するも
のであることを特徴とするＸ線反射光学系。
【請求項３】請求項１記載のＸ線反射光学系におい
て、前記平面鏡は、Ｘ線を所定の領域に投影するために、そ
の中心を通りｘ軸に平行な軸を中心として回転するもの
であることを特徴とするＸ線反射光学系。
【請求項４】請求項２又は３記載のＸ線反射光学系に
おいて、入射Ｘ線に対する前記平面鏡の角度は、全反射現象が生
じるような小角度であることを特徴とするＸ線反射光学
系。