(57)【要約】【課題】  基板の表面（多層膜の形成面）の加工を簡略化しても、反射光の光量損失を抑えることができる多層膜反射鏡および露光装置を提供する。【解決手段】  軟Ｘ線領域の光を反射する多層膜が基板の表面に形成され、この表面の粗さのRMS値は、空間周期10nm〜100nmの構造に由来する第１の粗さ成分（空間周波数ｆが0.01/nm付近より大きい範囲Ｂの粗さ成分）が、空間周期100nm〜1000nmの構造に由来する第２の粗さ成分（空間周波数ｆが0.01/nm付近より小さい範囲Ａの粗さ成分）より大きいものである。【選択図】      図３
2006194764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟Ｘ線領域の光を反射する多層膜が基板の表面に形成され、
前記表面の粗さのRMS値は、空間周期10nm〜100nmの構造に由来する第１の粗さ成分が、空間周期100nm〜1000nmの構造に由来する第２の粗さ成分より大きい
ことを特徴とする多層膜反射鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の多層膜反射鏡において、
前記表面の粗さのRMS値は、前記第１の粗さ成分が、前記第２の粗さ成分の1.5倍以上である
ことを特徴とする多層膜反射鏡。
【請求項３】
軟Ｘ線領域の光を発生する光源と、
前記光源からの光をマスクに導く第１光学系と、
前記マスクからの光を感光性基板に導く第２光学系とを備え、
前記第１光学系および/または前記第２光学系の少なくとも一部の光学素子は、請求項１または請求項２に記載の多層膜反射鏡である
ことを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟Ｘ線領域で用いられる多層膜反射鏡および露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化に伴い、リソグラフィ工程における解像力向上のために、紫外線領域より波長の短い軟Ｘ線領域（波長11nm〜14nm程度）の光を使用することが提案されている（例えば非特許文献１を参照）。軟Ｘ線領域の光はＥＵＶ光とも呼ばれる(Extreme Ultraviolet；極紫外線)。ＥＵＶ光を使用したリソグラフィ（ＥＵＶＬ）は、波長190nm程度以上の光を使用したリソグラフィでは不可能な“解像力50nm以下”を実現できる将来の技術として期待されている。
【０００３】
ところで、軟Ｘ線領域における物質の屈折率は１に非常に近いため、ＥＵＶＬの光学系には、屈折型ではなく反射型の光学素子が用いられる。ＥＵＶＬ用の反射型の光学素子として提案されている多層膜反射鏡は、基板の表面に多層膜を形成したものである（例えば特許文献１を参照）。そして、多層膜の界面での微弱な反射光の位相を合わせて多数重畳させることにより、全体として高い反射率を得ている。
【０００４】
また、ＥＵＶＬ用の多層膜反射鏡では、散乱光の発生による光量損失を抑えるため、基板の表面の粗さ（空間周期1000nm以下の微細な構造）が出来るだけ残らないように、多層膜を形成する表面に対して非常に高い精度で加工することが求められる。粗さを持つ表面では、光の波長が短くなると散乱光の強度が急激に（例えば波長の４乗に反比例して）増大するからである。
【０００５】
ちなみに、散乱光は反射光の方向から大きく外れて結像領域に到達しないため、多層膜反射鏡の結像性能を低下させることはない。しかし、散乱光が発生した分だけ結像に寄与する光量（つまり反射光の光量）が少なくなる。このため、ＥＵＶＬでは、レジスト層を感光させるために長時間の露光が必要となり、スループットが低下する。散乱光の発生による光量損失を抑えるためには、表面の粗さを少なくとも0.2nmRMS以下まで低減する必要があると言われている。
【０００６】
さらに、ＥＵＶＬ用の多層膜反射鏡では、基板の表面（多層膜の形成面）に対して加工する際、ただ単に粗さを低減すればよい訳ではなく、基板の表面のうねり（空間周期1000nm〜1mmの構造）や、形状誤差（空間周期1mm以上の構造）も小さく抑える必要がある。
形状誤差が生じると、反射光の方向が理想的な方向から極僅かにずれ、多層膜反射鏡の結像性能が悪化して正確なパターンの結像が困難になる。うねりが生じると、形状誤差の場合よりも反射光の方向のずれが大きくなり、結像領域内に光が重なってフレアの原因となる。フレアが生じると、バックグラウンド光の強度が上昇し、像のコントラストが低下するため、レジスト層に良好なパターンを転写することが困難となる。
【０００７】
このように、ＥＵＶＬ用の多層膜反射鏡では、基板の表面（多層膜の形成面）における形状誤差（空間周期1mm以上の構造）、うねり（空間周期1000nm〜1mmの構造）、粗さ（空間周期1000nm以下の構造）を全て低減できるように、その加工が行われる。形状誤差の低減によって結像性能が向上し、うねりの低減によってコントラストが向上し、粗さの低減によって反射光の光量損失を抑えることができる。加工した後の基板の理想的な表面は、フラクタル構造を持つと考えられる。
【０００８】
一般に、基板の加工は表面がフラクタル面となるように行われており、ＥＵＶ領域で使用されるシュバルツシルト光学系用の基板が、そのように加工されていることが報告されている（例えば非特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００４−９３４８３号公報
【非特許文献１】D.Tichenor,et al.,SPIE,Vol.2437(1995)p.292
【非特許文献２】E.M.Gullikson,et al.,SPIE,Vol.3676(1999)p.717
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、基板の表面（多層膜の形成面）における形状誤差とうねりと粗さを全て低減することは困難であり、基板の加工に膨大な時間が必要となってしまう。中でも表面の粗さを低減することが特に難しく、基板の加工を短時間で行うために、その加工を単に簡略化すると、粗さの低減のみが不十分となって反射光の光量損失が大きくなり、好ましくない。
【００１０】
本発明の目的は、基板の表面（多層膜の形成面）の加工を簡略化しても、反射光の光量損失を抑えることができる多層膜反射鏡および露光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の多層膜反射鏡は、軟Ｘ線領域の光を反射する多層膜が基板の表面に形成され、前記表面の粗さのRMS値は、空間周期10nm〜100nmの構造に由来する第１の粗さ成分が、空間周期100nm〜1000nmの構造に由来する第２の粗さ成分より大きいものである。
請求項２に記載の発明、請求項１に記載の多層膜反射鏡において、前記表面の粗さのRMS値は、前記第１の粗さ成分が、前記第２の粗さ成分の1.5倍以上である。
【００１２】
請求項３に記載の露光装置は、軟Ｘ線領域の光を発生する光源と、前記光源からの光をマスクに導く第１光学系と、前記マスクからの光を感光性基板に導く第２光学系とを備え、前記第１光学系および/または前記第２光学系の少なくとも一部の光学素子は、請求項１または請求項２に記載の多層膜反射鏡である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板の表面（多層膜の形成面）の加工を簡略化しても、反射光の光量損失を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態の多層膜反射鏡１０は、図１に示す通り、ＥＵＶ光を反射する多層膜１１が基板１２の表面に形成されたものである。多層膜反射鏡１０は、直入射近傍（入射角＜２０度）で使用される。
【００１５】
ＥＵＶ光の波長が13.5nm付近の場合、多層膜１１には、モリブデン(Ｍｏ)層とシリコン(Ｓｉ)層とを交互に積層したＭｏ/Ｓｉ多層膜を用いることが好ましい。この場合、直入射で６７.５％の反射率を得ることができる。また、ＥＵＶ光の波長が11.3nm付近の場合、多層膜１１には、Ｍｏ層とベリリウム(Ｂｅ)層とを交互に積層したＭｏ/Ｂｅ多層膜を用いることが好ましい。この場合、直入射で７０.２％の反射率を得ることができる。このような膜構成は、例えば、C.Montcalm,Proc.SPIE,Vol.3331(1998)p.42に記載されている。多層膜１１の形成には、例えばスパッタリング法が用いられる。
【００１６】
多層膜１１では、目的とする波長λ(nm)のＥＵＶ光に対して、図２の周期長ｄ（界面の間隔）を調整することにより、各界面での微弱な反射光の位相を合わせて多数重畳させ、全体として高い反射率を得ている。高い反射率を得るために必要な条件は、ＥＵＶ光の入射角θと、周期長ｄに物質の屈折率を掛けた光学的厚さｄ*とを用い、次の式(１)で表される。式(１)の左辺は各界面での反射光どうしの位相差(nm)である。
【００１７】
２×(ｄ*×cos(θ))＝λ  …(１)
基板１２の材料には、石英ガラスや低熱膨張ガラスなどを用いることができる。また、低熱膨張ガラスには、酸化チタン(TiO2)を含むもの（例えばコーニング社製ULEなど）や、微結晶粒を含むもの（例えばショット社製Zerodurなど）がある。
そして、基板１２の表面（多層膜１１の形成面）に対する加工では、その表面における形状誤差(空間周期1mm以上の構造)、うねり(空間周期1000nm〜1mmの構造)、粗さ(空間周期1000nm以下の構造)を全て低減するのではなく、粗さの中でも空間周期100nm以下の特に微細な構造の低減を緩和して、それ以外の構造（つまり空間周期100nm以上の構造）を低減するようにしている。
【００１８】
この場合、基板１２の表面の構造は、ＰＳＤ（Power Spectral Density）によって表すと、図３のようになっている。図３の横軸は空間周波数ｆ(/nm)であり、空間周期Ｌ(nm)の逆数に相当する。図３の縦軸はＰＳＤ(nm4)である。ＰＳＤは、基板１２の表面の構造を、空間周波数ｆ（つまり空間周期Ｌ）ごとの成分に分解して、各成分の密度を示したものである。
【００１９】
図３から分かるように、空間周波数ｆが0.01/nm付近より小さい範囲Ａ（つまり空間周期Ｌが100nm付近より大きい範囲）では、空間周波数ｆに対してＰＳＤが単調に減少する（つまり空間周期Ｌに対してＰＳＤが単調に増加する）ような変化を示し、各成分の密度が次式(２)のフラクタル係数で表される。この場合（空間周波数ｆ（つまり空間周期Ｌ）が上記の範囲Ａのとき）、基板１２の表面の構造は、フラクタル構造であるといえる。
【００２０】
ＰＳＤ(ｆ)＝0.0003×ｆ-2  …(２)
これに対し、図３の空間周波数ｆが0.01/nm付近より大きい範囲Ｂ（つまり空間周期Ｌが100nm付近より小さい範囲）では、空間周波数ｆ（つまり空間周期Ｌ）に対してＰＳＤがほとんど変化せず、ほぼ一定値を示す。また、範囲Ｂの各成分の密度は、上記式(２)のフラクタル係数より大きい。フラクタル係数と一致する場合の各成分を範囲Ｂに点線で示した。空間周波数ｆ（つまり空間周期Ｌ）が範囲Ｂのとき、基板１２の表面の構造は、フラクタル構造ではない。
【００２１】
このように、基板１２の表面に対する加工では、図３の範囲Ｂに含まれる特に微細な構造の低減を緩和して、各成分の密度が上記式(２)のフラクタル係数より大きくなるようにした。そして、それ以外の構造（範囲Ａに含まれる構造など）を低減して、各成分の密度が式(２)のフラクタル係数と一致するようにした。
表面の加工によって低減された構造は、形状誤差(空間周期1mm以上の構造)と、うねり(空間周期1000nm〜1mmの構造)と、粗さ(空間周期1000nm以下の構造)の中でも大きい方の範囲Ａの粗さ(空間周期100nm〜1000nmの構造)である。また、低減が緩和されて表面に残留している構造は、粗さ(空間周期1000nm以下の構造)の中でも特に微細な範囲Ｂの粗さ(空間周期10nm〜100nmの構造)である。
【００２２】
ここで、基板１２の表面の粗さ(空間周期1000nm以下の構造)をRMS値で表す。RMS値とは、二乗平均の平方根（root-mean-square value）であり、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定可能な量である。また、粗さのRMS値（以下「粗さσ(RMS)」という）は、次式(３)によりＰＳＤと関連づけられるため、ＰＳＤから計算によって求めることもできる。
σ2＝２π∫ＰＳＤ(ｆ)・ｆ・ｄｆ  …(３)
基板１２の表面の粗さ(空間周期1000nm以下の構造)のＰＳＤが図３のような変化を示す場合、上記式(３)を用いて、範囲Ａ(空間周期100nm〜1000nm)における粗さσ(RMS)を計算すると「σ＝0.071nmRMS」となる。同様に、範囲Ｂ(空間周期10nm〜100nm)における粗さσ(RMS)を計算すると「σ＝0.21nmRMS」となる。
【００２３】
これら２つの計算結果を比較すると分かるように、基板１２の表面の粗さσ(RMS)は、範囲Ｂ(空間周期10nm〜100nm)の構造に由来する第１の粗さ成分（0.21nmRMS）が、範囲Ａ(空間周期100nm〜1000nm)の構造に由来する第２の粗さ成分（0.071nmRMS）より大きくなっている。具体的には、第１の粗さ成分（0.21nmRMS）が、第２の粗さ成分（0.071nmRMS）の約３倍である。
【００２４】
このようなRMS値の差は、基板１２の表面における２つの粗さ成分を比較したときに、第１の粗さ成分（0.21nmRMS）の方が第２の粗さ成分（0.071nmRMS）より多く残留していることを示す。これは、表面を加工する際に、第２の粗さ成分（範囲Ａの粗さ）が低減され、第１の粗さ成分（範囲Ｂの粗さ）の低減が緩和された結果である。粗さ成分の残留の程度は、粗さσ(RMS)を指標として把握することができる。
【００２５】
比較のために、表面の粗さ(空間周期1000nm以下の構造)のＰＳＤが全ての空間周期Ｌ（つまり空間周波数ｆ）において上記式(２)を満足する場合を説明する。このような表面は全成分の密度（ＰＳＤ）が式(２)のフラクタル係数と一致し、従来、加工した後の理想的な表面（目標加工面）と考えられていたものである。この場合、上記式(３)を用いて、範囲Ａ(空間周期100nm〜1000nm)における粗さσ(RMS)を計算すると「σ＝0.071nmRMS」となる。同様に、範囲Ｂ(空間周期10nm〜100nm)における粗さσ(RMS)を計算すると「σ＝0.071nmRMS」となる。
【００２６】
これらの結果を比較すると分かるように、従来の目標加工面の粗さσ(RMS)は、範囲Ｂ(空間周期10nm〜100nm)の構造に由来する第１の粗さ成分（0.071nmRMS）が、範囲Ａ(空間周期100nm〜1000nm)の構造に由来する第２の粗さ成分（0.071nmRMS）と等しくなっている。これは、表面を加工する際に、全ての粗さ成分が等しく低減された結果である。ちなみに、全ての粗さの空間周期(10nm〜1000nm)での粗さσ(RMS)は「0.12nmRMS」である。
【００２７】
第１実施形態の多層膜反射鏡１０では、上記した従来の目標加工面とは異なり、図３の範囲Ｂの粗さ(空間周期10nm〜100nmの構造)の低減が緩和された結果、その表面に範囲Ｂの粗さ（第１の粗さ成分）が残留することになる。ただし、それ以外の構造（範囲Ａの粗さ(空間周期100nm〜1000nmの構造)など）は低減され、その表面に範囲Ａの粗さ（第２の粗さ成分）などが残留することはない。
【００２８】
このように、第１実施形態の多層膜反射鏡１０では、表面の形状誤差(空間周期1mm以上の構造)が従来の目標加工面と同じであるため、高い結像性能が得られる。うねり(空間周期1000nm〜1mmの構造)も同様であるため高いコントラストが得られる。また、範囲Ａの粗さ(空間周期100nm〜1000nmの構造)も低減されるため反射光の光量損失を抑えることができる。
【００２９】
さらに、第１実施形態の多層膜反射鏡１０では、範囲Ｂの粗さ(空間周期10nm〜100nmの構造)の低減を緩和したことにより、基板１２の表面の加工を簡略化することができる。そして、範囲Ｂの粗さの低減を緩和したことにより、基板１２の表面に範囲Ｂの粗さ（第１の粗さ成分）が残留した場合でも、反射光の光量損失が大きくなる（つまり散乱光の光量が大きくなる）ことはない。
【００３０】
これは、基板１２の表面や多層膜１１の各界面における範囲Ｂの粗さによって発生した散乱光の位相が揃わずに、互いに弱め合うからである。この点について次に説明する。
図４に示す通り、各界面における散乱光の方向は、各界面における反射光の方向とは異なっている。さらに、多層膜１１の周期長ｄは、各界面で発生した反射光が強め合うように（上記式(１)を満たすように）調整されている。このため、各界面での散乱光については、次の式(４)から分かるように位相が揃わずに弱め合い、光量が低下する。
【００３１】
(ｄ*×cos(θ))＋(ｄ*×cos(θ＋α))≠λ  …(４)
また、散乱光の方向が反射光の方向から離れる（つまり散乱角度α(deg)が大きくなる）ほど、各界面での散乱光どうしの位相差（式(４)の左辺）が小さくなり、波長λとの差が増大し、その分だけ光量の低下も大きくなる。散乱角度αの基準(α＝０)は、反射光の方向である。
【００３２】
ここで、散乱角度α(deg)は、散乱光の発生に関わる各界面での構造の空間周期Ｌごとに決まっており、次の式(５)とＥＵＶ光の波長λとを用いて見積もることができる（ただしＬ≧λ）。式(５)から分かるように、傾向としては、空間周期Ｌが大きいほど散乱角度αが小さく、空間周期Ｌが小さいほど散乱角度αが大きくなる。
sin(α)＝λ/Ｌ  …(５)
そして、ＥＵＶ光の波長λが13.5nmの場合に、範囲Ｂの粗さの空間周期Ｌ(＝10nm〜100nm)に対応する散乱角度αを見積もると、約１０度以上となる。この場合、第１実施形態の多層膜反射鏡１０では、基板１２の表面や多層膜１１の各界面に範囲Ｂの粗さが残留しても、範囲Ｂの粗さによって発生した散乱光の位相が揃わずに互いに弱め合うため、散乱角度αが約１０度以上の範囲で、散乱光の光量が大きくなることはない。
【００３３】
このような散乱光の光量（以下「散乱光強度Ｉ」）の角度分布は、ＥＵＶ光が入射角θ＝５度で多層膜１１に入射した場合、図５のように予想される。図５の横軸は散乱角度α(deg)を表し、縦軸は散乱光強度Ｉを表す。図５から分かるように、散乱光強度Ｉは、散乱角度αが大きいほど減少し、特に散乱角度αが１０度以上の範囲Ｃで急激に減少している。つまり、基板１２の表面や多層膜１１の各界面に図３の範囲Ｂの粗さが残留しても、範囲Ｃの散乱光強度Ｉが目立って大きくなることはないことを示している。
【００３４】
ちなみに、散乱角度αが約１０度以下の範囲は、空間周期Ｌが100nm以上の構造（範囲Ａの粗さなど）によって散乱光が発生する範囲である。本実施形態の多層膜反射鏡１０では、空間周期Ｌが100nm以上の構造（範囲Ａの粗さなど）は表面の加工により低減されているため、散乱角度αが約１０度以下の範囲で散乱光の光量が大きくなることはない。
ここで比較のために、１つの界面から発生する散乱光強度Ｉの角度分布を考える。直入射の場合、単位立体角あたりの散乱光強度Ｉの角度分布は、入射光強度Ｉ0と反射率Ｒとを用いて、次の式(６)で近似される。この式(６)から分かるように、１つの界面から発生する散乱光強度Ｉの角度分布は、その界面の構造（つまりＰＳＤ(ｆ)）に比例する。
【００３５】
(Ｉ/Ｉ0)・(ｄＩ/ｄΩ)＝(１６π2/λ4)・Ｒ・ＰＳＤ(ｆ)  …(６)
このため、界面の構造（つまりＰＳＤ(ｆ)）が図３のような変化を示す場合、その界面から発生する散乱光強度Ｉの角度分布は、図６に示すようになる。図３の空間周波数ｆが0.01/nm付近より小さい範囲Ａ（つまり空間周期Ｌが100nm付近より大きい範囲）は、図６の散乱角度αが１０度以下の範囲Ｄに対応する。また、図３の空間周波数ｆが0.01/nm付近より大きい範囲Ｂ（つまり空間周期Ｌが100nm付近より小さい範囲）は、図６の散乱角度αが１０度以上の範囲Ｅに対応する。
【００３６】
図６から分かるように、１つの界面から発生する散乱光強度Ｉの角度分布は、散乱角度αが１０度以下の範囲Ｄにおいて、散乱光強度Ｉが散乱角度αに対して単調に減少するような変化を示す。また、散乱角度αが１０度以上の範囲Ｅでは、散乱光強度Ｉが散乱角度αに対してほとんど変化せず、ほぼ一定値を示す。つまり、１つの界面から発生する散乱光強度Ｉは、範囲Ｂの粗さが残留していると、その分だけ増大することになる。図６には、範囲ＢのＰＳＤが上記式(２)を満足する場合の散乱光強度Ｉを範囲Ｅに点線で示した。
【００３７】
そして図６のような比較例とは異なり、本実施形態の多層膜反射鏡１０では、その散乱光強度Ｉの角度分布（図５）から分かるように、範囲Ｂの粗さが残留しても、範囲Ｂの粗さによって発生した散乱光の位相が揃わずに互いに弱め合うため、散乱角度αが１０度以上の範囲Ｃで、散乱光強度Ｉが大きくなることはない。図６の範囲Ｅの散乱光強度Ｉに対して図５の範囲Ｃの散乱光強度Ｉが減少した分は、多層膜１１の界面散乱における重ね合わせ効果による。
【００３８】
多層膜１１の界面散乱における重ね合わせ効果は、図５と図６の比較から分かるように、散乱角度αが１０度以上で顕著に現れ、１０度以下では殆ど現れない。このような重ね合わせ効果の現れ方の違いについて、多層膜１１の反射率の角度依存性（図７）から検討する。図７の横軸は反射角度θを表し、縦軸は反射率(％)を表す。図７では、多層膜１１をＭｏ/Ｓｉ多層膜とし、ＥＵＶ光を波長λ=13.5nmの無偏光として計算を行った。図７(ａ)〜(ｅ)は、各々、周期長ｄ=6.9nm，7.0nm，7.1nm，7.2nm，7.4nmにおける計算結果に対応する。
【００３９】
１つの計算結果（例えば図７(ｄ)）に注目すると、上記の式(１)を満たす反射角度θｐでは各界面での反射光どうしの位相が揃うため反射率がピークとなり、反射角度θｐからずれた反射角度θでは各界面での反射光どうしの位相が揃わないため反射率は低下する。そして、反射角度θｐからのずれ量が大きいほど、反射光どうしの位相差(nm)が大きくなり、反射率も低下する。
【００４０】
反射角度θｐからのずれ量を反射光どうしの位相差(nm)に変換すると、図７は、図８のようになる。図８の横軸は位相差(nm)、縦軸は相対反射率を表す。位相差(nm)＝０は上記式(１)を満たす反射角度θｐに対応している。図８では、図７(ａ)〜(ｅ)に対応する各々の計算結果がほぼ重なっている。
図８から分かるように、各界面での反射光どうしの位相差が０.４nmの場合、相対反射率は１/３程度に低下し、位相差が０.６nmになると相対反射率は１/１０程度になる。また、このような傾向は各界面での散乱光にも当てはめて考えることができ、各界面での散乱光どうしの位相差が０.４nmの場合、その強度は１/３程度に低下し、位相差が０.６nmになると強度は１/１０程度になる。
【００４１】
このため、ＥＵＶ光が入射角θ＝５度で多層膜１１に入射した場合、各界面での散乱光に０.４nmの位相差を生じさせるためには、散乱角度αとして９度が必要である。つまり、散乱角度αが数度のときには多層膜１１における重ね合わせ効果が顕著に現れることはないが、散乱角度αが１０度近くなると多層膜１１における重ね合わせ効果によって散乱光強度Ｉが大きく低下する（図５）。
【００４２】
基板１２の表面や多層膜１１の各界面の粗さに由来する図５の散乱光強度Ｉ（つまり反射光の光量損失）を、図３の範囲Ａ(空間周期Ｌ100nm〜1000nm)と範囲Ｂ(空間周期10nm〜100nm)でそれぞれ計算すると、範囲Ａに対応する散乱角度αが１０度以下の範囲では0.25％、範囲Ｂに対応する散乱角度αが１０度以上の範囲では0.20％となる。ただし、粗さが全く無い場合の多層膜１１の反射率を67％とした。
【００４３】
この計算から分かるように、範囲Ｂの粗さ(空間周期10nm〜100nmの構造)によって生じる散乱光強度Ｉ（つまり反射光の光量損失）は、範囲Ａの粗さ(空間周期Ｌ100nm〜1000nmの構造)によって生じる散乱光強度Ｉ（つまり反射光の光量損失）と比較して、多層膜反射鏡１０の反射率低下への寄与が相対的に小さい。
したがって、本実施形態の多層膜反射鏡１０では、基板１２の表面を加工する際に、範囲Ｂの粗さ(空間周期10nm〜100nmの構造)の低減を緩和しても反射光の光量損失が大きくならないため、範囲Ｂの粗さの低減を緩和することにより、基板１２の表面の加工を簡略化することができる。
【００４４】
上記のように、本実施形態の多層膜反射鏡１０では、表面の粗さを空間周期Ｌの異なる２つの成分（図３の範囲Ａの成分と範囲Ｂの成分）に分けて、空間周期Ｌが小さい方（範囲Ｂの成分）の低減を緩和し、そのRMS値を空間周期Ｌが大きい方（範囲Ａの成分）よりも大きくするため、基板１２の表面（多層膜１１の形成面）の加工を簡略化しても、反射光の光量損失を抑えることができる。
【００４５】
基板１２の表面の加工を簡略化するため、基板１２の加工が容易になり、成膜前の基板１２の製造に関わる期間を短縮することができる。しかも、加工の際に低減が緩和された範囲Ｂの粗さ成分による反射光の光量損失は、従来の理想的な表面（つまり範囲Ａと範囲ＢのRMS値が等しい表面）における範囲Ｂの粗さ成分による光量損失と比較して、顕著に増大することはない。このため、優れた光学性能を有する多層膜反射鏡１０を短期間で製造することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態の多層膜反射鏡１０において、基板１２の表面の粗さσ(RMS)は、範囲Ｂ(空間周期10nm〜100nm)の構造に由来する第１の粗さ成分（0.21nmRMS）が、範囲Ａ(空間周期100nm〜1000nm)の構造に由来する第２の粗さ成分（0.071nmRMS）の約３倍である。上記した具体例に限らず、第１の粗さ成分のRMS値を第２の粗さ成分のRMS値の１.５倍以上とする場合に、同様の効果を得ることができる。
【００４７】
例えば図９に示すように、空間周波数ｆが0.01/nm付近より小さい範囲ＡではＰＳＤが式(２)で表され、空間周波数ｆが0.01/nm付近より大きい範囲ＢではＰＳＤが次式(７)で表される場合、範囲Ｂの構造に由来する第１の粗さ成分のRMS値は0.11nmRMSであり、範囲Ａの構造に由来する第２の粗さ成分のRMS値（0.071nmRMS）の１.５倍程度となるが、散乱損失光量は0.01％しか増大しない。このため、基板１２の表面の加工を簡略化でき、範囲Ｂの粗さ成分による反射光の光量損失を抑えることもできる。
【００４８】
ＰＳＤ(ｆ)＝0.015×ｆ-2  …(７)
（第２実施形態）
ここでは、図１０を参照し、第１実施形態の多層膜反射鏡１０を用いた露光装置１００について説明する。露光装置１００は、波長５〜２０nm程度のＥＵＶ光を使用したリソグラフィ（ＥＵＶＬ）のシステムに組み込まれた縮小投影露光装置であり、投影光学系１０１を介して反射型マスク１０２のパターンの縮小像をウエハ１０３上に転写し、露光する。縮小投影露光装置は、半導体集積回路の製造工程において、高い処理速度を得ることができる。
【００４９】
第２実施形態の露光装置１００には、ＥＵＶ光を発生する光源（レーザ源１０８,キセノンガス供給装置１０９）と、この光源(１０８,１０９)からの光を反射型マスク１０２に導く第１光学系（放物面ミラー１１３,集光ミラー１１４）と、反射型マスク１０２からの光を感光性基板（ウエハ１０３）に導く第２光学系（投影光学系１０１）とが設けられる。ＥＵＶ光は大気に対する透過性が低いので、ＥＵＶ光が通過する光路は真空ポンプ１０７で真空に保たれた真空チャンバ１０６に囲まれている。
【００５０】
ＥＵＶ光は、レーザ源１０８（励起光源として作用）とキセノンガス供給装置１０９からなるレーザプラズマＸ線源によって生成される。レーザプラズマＸ線源は、真空チャンバ１１０によって取り囲まれている。レーザプラズマＸ線源によって生成されたＥＵＶ光は、真空チャンバ１１０の窓１１１を通過する。窓１１１に代えて、レーザプラズマＸ線源が妨害を受けずに通過できる開口としても構わない。なお、キセノンガスを放出するノズル１１２によりゴミが生成される傾向があるので、真空チャンバ１１０は真空チャンバ１０６から分離されていることが好ましい。
【００５１】
レーザ源１０８は、例えば、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザなどであり、紫外線より長い波長を持つパルスレーザ光を発生させる。レーザ源１０８からのレーザ光は集光されて、ノズル１１２から放出されるキセノンガスの流れに照射される。キセノンガスの流れにレーザ光を照射すると、レーザ光がキセノンガスを十分に加熱し、プラズマを生じさせる。レーザで励起されたキセノンガスの多価イオンが低いエネルギ状態に落ちる時、ＥＵＶ光の光子が放出される。
【００５２】
放物面ミラー１１３と集光ミラー１１４は、表面にＥＵＶ光を反射する多層膜をそれぞれ備え、反射型マスク１０２に対する照明手段として機能する。放物面ミラー１１３はキセノンガス放出部の近傍に配置され、プラズマによって生成されたＥＵＶ光を集光する集光光学系を構成する。ＥＵＶ光は多層膜で反射されて、真空チャンバ１１０の窓１１１を通じて集光ミラー１１４へと達する。そして、集光ミラー１１４は反射型マスク１０２へとＥＵＶ光を集光、反射させて、反射型マスク１０２の所定の部分を照明する。
【００５３】
反射型マスク１０２は、可動のマスクステージ１０４によって少なくともＸ−Ｙ平面内で下向きに支持されている。ＥＵＶ光は、反射型マスク１０２で反射され、反射型マスク１０２上のパターンが、次に説明する投影光学系１０１により、ウエハ１０３上に結像される。
投影光学系１０１は、凹面第１ミラー１１５ａ、凸面第２ミラー１１５ｂ、凸面第３ミラー１１５ｃ、凹面第４ミラー１１５ｄの４つの反射ミラーから成る。これらの各ミラー１１５ａ〜１１５ｄは、第１実施形態の多層膜反射鏡１０と同様の構成であり、それぞれの光軸が互いに一致するように配置されている。
【００５４】
投影光学系１０１を反射鏡で構成する場合、光軸が何度も折り返されることになり、折り返された光束と反射鏡とが空間的に干渉しないようにしなければならない。このため、光学系の開口数ＮＡに制約が生じる。図１０に示した４枚の反射鏡からなる投影光学系１０１の他、十分な解像力を得るためには、より大きな開口数ＮＡを得ることができる６枚の構成が有力である。
【００５５】
また、投影光学系１０１では、各ミラー１１５ａ〜１１５ｄによって決定される光路が妨げられるのを防ぐために、第１ミラー１１５ａ、第２ミラー１１５ｂ、第４ミラー１１５ｄに適当な切り欠きが設けられている（図１０において、ミラーの破線部分はそれぞれの切り欠き部分を示している）。
反射型マスク１０２により反射されたＥＵＶ光は第１ミラー１１５ａから第４ミラー１１５ｄまで順次反射されて、マスクパターンの縮小された像を形成する。この場合、ウエハ１０３の露光域内で所定の縮小率β（例えば１／４,１／５,１／６）で像が形成される。投影光学系１０１は、像側（ウエハ１０３の側）でテレセントリックになるように設定されている。
【００５６】
ウエハ１０３は、好ましくはＸ,Ｙ,Ｚ方向に可動のウエハステージ１０５によって支持されている。ウエハ上のダイを露光するときには、ＥＵＶ光が照明システム(１１３,１１４)により反射型マスク１０２の所定の領域に照射される。反射型マスク１０２とウエハ１０３は、投影光学系１０１に対して投影光学系１０１の縮小率に従った所定の速度で動く。このようにして、マスクパターンはウエハ１０３上の所定の露光範囲に露光される。
【００５７】
つまり、露光装置１００による露光は、典型的にはステップ・スキャンによりなされる。マスクパターンは連続的な部分（露光領域）に投影され、露光の間、マスクステージ１０４とウエハステージ１０５はそれぞれ相対的に位相を合わせて移動する。反射型マスク１０２とウエハ１０３とのスキャンは、投影光学系１０１に対して１自由度方向に行なわれる。反射型マスク１０２の全ての領域をウエハのそれぞれの領域に露光すると、ウエハ１０３のダイ上へのパターンの露光は完了する。次に、露光はウエハ１０３の次のダイへとステップして進む。
【００５８】
なお、露光の際には、ＥＵＶ光の照射によりウエハ１０３上のレジストから生じるガス状のゴミがミラー１１５ａ〜１１５ｄに影響を与えないように、ウエハ１０３はパーティション１１６の後ろに配置されることが好ましい。パーティション１１６には開口１１６ａが形成され、開口１１６ａを通じてＥＵＶ光がミラー１１５ｄからウエハ１０３へと照射される。また、パーティション１１６内の空間は真空ポンプ１１７により真空排気されている。これは、上記のレジストから生じるガス状のゴミに起因する投影光学系１０１の光学性能の悪化を防止するためである。
【００５９】
第２実施形態の露光装置１００では、投影光学系１０１の各ミラー１１５ａ〜１１５ｄ（光学素子）を、第１実施形態の多層膜反射鏡１０により構成するため、次の効果を奏する。各ミラー１１５ａ〜１１５ｄの基板１２の表面加工を簡略化することにより、各ミラー１１５ａ〜１１５ｄを短時間で製造できるため、露光装置１００の製造に関わる時間が短縮できる。その際、各ミラー１１５ａ〜１１５ｄにおいて表面の粗さによる反射光の光量損失が増大することはない。
【００６０】
なお、上記した実施形態では、各ミラー１１５ａ〜１１５ｄを第１実施形態の多層膜反射鏡１０により構成したが、本発明はこれに限定されない。第１光学系（放物面ミラー１１３,集光ミラー１１４）および/または第２光学系（投影光学系１０１）の少なくとも一部の光学素子を、第１実施形態の多層膜反射鏡１０により構成する場合にも、本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１実施形態の多層膜反射鏡１０の構成を示す図である。
【図２】多層膜１１における反射光の光路を説明する図である。
【図３】基板１２のＰＳＤを示す図である。
【図４】多層膜１１における散乱光の光路を説明する図である。
【図５】多層膜反射鏡１０で予想される散乱光強度Ｉの角度分布を示す図である。
【図６】１つの界面から発生する散乱光強度Ｉの角度分布（比較例）を示す図である。
【図７】多層膜の反射率の角度依存性を示す図である。
【図８】多層膜の反射率の位相差依存性を示す図である。
【図９】基板１２のＰＳＤの別の例を示す図である。
【図１０】第２実施形態の露光装置１００の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  多層膜反射鏡
１１  多層膜
１２  基板
１００  露光装置
１０１  投影光学系
１０２  反射型マスク
１０３  ウエハ
１０４  マスクステージ
１０５  ウエハステージ
１０６，１１０  真空チャンバ
１０７，１１７  真空ポンプ
１０８  レーザ源
１０９  キセノンガス供給装置
１１１  窓
１１２  ノズル
１１３  放物面ミラー
１１４  集光ミラー
１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄ  反射ミラー
１１６  パーティション
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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