(57)【要約】【課題】厳しい（悪い）環境下で光学素子を保管しても、光学特性の変化が小さい光学素子を提供する。【解決手段】設計中心波長１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長範囲の光に対して、屈折率が１．５以下の低屈折率物質からなる低屈折率層と、屈折率が１．５よりも大きく１．６よりも小さい中間屈折率物質からなる中間屈折率層と、屈折率が１．６以上の高屈折率物質からなる高屈折率層とを基板上に積層した光学素子であって、前記中間屈折率層は、前記低屈折率層又は前記高屈折率層と異なる膜応力を備え、前記中間屈折率層の光学膜厚は、設計中心波長の１／２の整数倍であることを特徴とする光学素子。【選択図】  図１
2006323120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設計中心波長１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長範囲の光に対して、
屈折率が１．５以下の低屈折率物質からなる低屈折率層と、
屈折率が１．５よりも大きく１．６よりも小さい中間屈折率物質からなる中間屈折率層と、屈折率が１．６以上の高屈折率物質からなる高屈折率層とを基板上に積層した光学素子であって、
前記中間屈折率層は、前記低屈折率層又は前記高屈折率層と異なる膜応力を備え、
前記中間屈折率層の光学膜厚は、設計中心波長の１／２の整数倍であることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記低屈折率物質は、ＭｇＦ2、ＡｌＦ3、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＣａＦ2、ＢａＦ2、Ｎａ3ＡｌＦ6、Ｎａ5Ａｌ3Ｆ14から選ばれた物質又は、これらの混合物から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記高屈折物質は、Ａｌ2Ｏ3、ＬａＦ3、ＮｄＦ3、ＧｄＦ3、ＤｙＦ3、ＰｂＦ2、ＹＦ3、ＨｆＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2から選ばれた物質又は、これらの混合物から選ばれることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記中間屈折率物質は、ＳｉＯ2、ＳｒＦ2から選ばれた物質又は、これらの混合物から選ばれることを特徴とする請求項１乃至３に記載の光学素子。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載の光学素子を搭載した投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射防止膜に関するもので、更に詳しくは、縮小投影露光装置の光学系に用いられる光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の集積度を増すために、ステッパーの高解像度化の要求が高まっている。
このステッパーによるフォトリソグラフィーの解像度をあげる一つめの方法として、光源波長の短波長化が挙げられる。具体的には、水銀ランプよりも短波長域の光を発信でき、かつ高出力なエキシマレーザーを光源としたステッパーの実用化が始まっている。エキシマレーザーを光源としたステッパーの光学系においては、レンズ等の光学素子の表面反射による光量損失やフレアー・ゴースト等を低減するために反射防止膜を形成する必要がある。
【０００３】
また、二つめの方法として、光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすることが挙げられる。この場合、ステッパーの光学系に使用されるレンズへの露光光の入射角度は、最大で約arcsin（ＮＡ）°となり、ＮＡの増大とともに大きくなる。さらに、レンズ基板表面に成膜された反射防止膜には、０°からarcsin（ＮＡ）°までの広い入射角度範囲において、より低い反射率が要求される。
【０００４】
特開平１０−２５３８０２号公報に開示された反射防止は、図６に示すように基板３ａ側から低屈折率物質層３ｂ、高屈折率物質層３ｃ、低屈折率物質層３ｄ、高屈折率物質層３ｅ、低屈折率物質層３ｆを順次積層してなる５層が成膜された光学素子が開示されている。
【０００５】
開示される光学素子の構成は以下のようになっている。
ここで、設計中心波長λ0＝１９３ｎｍである。
構成            物質                                光学的膜厚
基板            合成石英ガラス
第１層          フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）      ０．５６λ0
第２層          フッ化ランタン（ＬａＦ3）          ０．０９λ0
第３層          フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）      ０．５４λ0
第４層          フッ化ランタン（ＬａＦ3）          ０．２６λ0
第５層          フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）      ０．２４λ0
媒質            空気
設計中心波長λ0＝１９３ｎｍにおける反射率角度特性は、幅広い入射角度で低反射率が実現できた。
【０００６】
しかしながら、この膜構成の光学素子では、ＬａＦ3、ＭｇＦ2ともに強い引っ張り応力を持つために、微少なクラック（ひび割れ）が生じてしまう。このようなクラックが発生した光学素子では、散乱量が増し、エキシマレーザーの強いレーザ光を照射し続けると、クラックが拡大する可能性が高い。
【０００７】
また、強い応力を持つ反射防止膜を備えた光学素子では、その基板へ加わる力が大きいので、レンズ面の曲率半径を微少に変えてしまい、ステッパーのように高精度な光学性能が要求された光学系においては、その結像性能に悪影響をもたらすことが予想される。
【０００８】
更なる高ＮＡ化を進めた場合、上記の反射防止膜よりもさらに広い入射角度範囲での反射防止膜が必要となる。このため、図６の膜構成よりも多くの層が必要となる。
図７は、基板４ａ側から高屈折率物質層４ｂ、中間屈折率物質層４ｃ、低屈折率物質層４ｄ、高屈折率物質層４ｅ、中間屈折率物質層４ｆ、低屈折率物質層４ｇ、中間屈折率物質層４ｈ、低屈折率物質層４ｉ、高屈折率物質層４ｊ、低屈折率物質層４ｋを順次積層してなる１０層が成膜された光学素子が開示されている。
【０００９】
開示される光学素子の構成は以下のようになっている。
ここで、設計中心波長λ0＝１９３ｎｍである。
構成            物質                                光学的膜厚
基板            合成石英ガラス
第１層          フッ化ランタン（ＬａＦ3）            ０．１５λ0
第２層          酸化珪素（ＳｉＯ2）                  ０．３９λ0
第３層          フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）        ０．２０λ0
第４層          フッ化ランタン（ＬａＦ3）            ０．２０λ0
第５層          酸化珪素（ＳｉＯ2）                  ０．２１λ0
第６層          フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）        ０．３７λ0
第７層          酸化珪素（ＳｉＯ2）                  ０．３１λ0
第８層          フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）        ０．３１λ0
第９層          フッ化ランタン（ＬａＦ3）            ０．２８λ0
第１０層        フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）        ０．２７λ0
媒質            空気
図８は、設計中心波長λ0＝１９３ｎｍにおける反射率角度特性を示す図である。図８から判るように、設計中心波長λ0＝１９３ｎｍにおいて、幅広い入射角度で低反射率が実現できた。
【００１０】
図８によれば、設計中心波長（露光波長）において、入射角０〜４７°の範囲で平均反射率Ｒａは０．５％以下で、入射角度６０°においてＲａは２．０％以下であり、従来の光学素子よりも広い入射角範囲で反射防止効果が得られている。
【００１１】
しかしながら、上記構成の光学素子を、相対湿度９０％、温度２５℃の厳しい（悪い）環境下で３日間、保管すると、その反射率特性は大幅に変化してしまった。
【特許文献１】特許公開公報  特開平１０−２５３８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、波長λ0＝１５０〜５００ｎｍの任意の波長において、広い波長範囲で反射防止効果を備えるか、広い光線入射角度範囲で反射防止効果を備える反射防止膜であって、高湿度の環境下においても、反射率角度特性の変化が少ない光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の光学素子は、設計中心波長１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長範囲の光に対して、屈折率が１．５以下の低屈折率物質からなる低屈折率層と、屈折率が１．５よりも大きく１．６よりも小さい中間屈折率物質からなる中間屈折率層と、屈折率が１．６以上の高屈折率物質からなる高屈折率層とを基板上に積層した光学素子であって、前記中間屈折率層は、前記低屈折率層又は前記高屈折率層と異なる膜応力を備え、前記中間屈折率層の光学膜厚は、設計中心波長の１／２の整数倍であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の光学素子によれば、高湿度の環境下であっても、反射率角度特性の変化が少なくなる。従って、簡単な環境設備の下で光学素子を製造できるので、光学素子を安価に製造することができる。
【発明の効果】
【００１５】
高湿度の環境下であっても、反射率角度特性の変化が少ない光学素子であるので、光学素子の保管等の取り扱いに、環境を考慮しなくてもいいので、光学素子を安く提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態として、反射防止膜の構成図を参照しながら説明する。
図１は、第１の実施形態の膜構成を示す図である。図１に示された反射防止膜は、基板１ａ上に高屈折率物質層１ｂ、中間屈折率物質層１ｃ、低屈折率物質層１ｄ、高屈折率物質層１ｅ、中間屈折率物質層１ｆ、低屈折率物質層１ｇ、高屈折率物質層１ｈ、低屈折率物質層１ｉ、高屈折率物質層１ｊ、低屈折率物質層１ｋを順次積層した構成である。
【００１７】
設計中心波長λ0をＡｒＦエキシマレーザーの発振波長である１９３ｎｍとし、基板には合成石英ガラス（屈折率：１．５５）を用いた。低屈折率物質をＭｇＦ2（屈折率：１．４２）、高屈折率物質をＬａＦ3（屈折率：１．６９）、中間屈折率物質をＳｉＯ2（屈折率：１．５３）とした。各々の光学膜厚は、基板側から順に、第１層を０．１６λ0、第２層を０．５０λ0、第３層を０．０８λ0、第４層を０．２４λ0、第５層を０．５０λ0、第６層を０．５０λ0、第７層を０．４０λ0、第８層を０．３２λ0、第９層を０．２９λ0、第１０層を０．２４λ0としている。
【００１８】
このような構成の光学素子の反射率角度特性を図２に示す。図２によれば、設計中心波長λ0において、入射角度０〜４７°の範囲でＳ偏光の反射率ＲｓとＰ偏光の反射率 Ｒｐとの平均反射率Ｒａは０．５％以下であり、入射角度６０°においてもＲａは２．０％以下が得られている。これは、従来例１の構成よりも非常に広い入射角度範囲で反射防止効果が得られている。また、クラックの発生は認められず、相対湿度９０％、温度２５℃の厳しい（悪い）環境下に三日間、保管しても反射率特性の低下は、ほとんどなかった。
【００１９】
この環境の下で反射率が変化しなかった理由は、ＳｉＯ2の膜厚を（λ0／２）の整数倍にすることに起因する。具体的には、不在層として取り扱うことのできる光学膜厚ｎｄ＝λ0／２の整数倍の膜厚では、仮に不在層のＳｉＯ2層の屈折率が変化したとしても、波長
λ0での反射率特性に関しては、影響が少ないためである。
【００２０】
第２の実施形態の膜構成を図３に示す。
図３に示された反射防止膜は、基板２ａ上に中間屈折率物質層２ｂ、高屈折率物質層２ｃ、低屈折率物質層２ｄ、高屈折率物質層２ｅ、低屈折率物質層２ｆ、高屈折率物質層２ｇ、低屈折率物質層２ｈ、高屈折率物質層２ｉ、低屈折率物質層２ｊを順次積層した構成である。
【００２１】
設計中心波長λ0をＡｒＦエキシマレーザーの発振波長である１９３ｎｍとし、基板を合成石英ガラス（ｎ＝１．５５）、低屈折率物質をＭｇＦ2（ｎ＝１．４２）、高屈折率物質をＬａＦ3（ｎ＝１．６９）、中間屈折率物質をＳｉＯ2（ｎ＝１．５３）とした。それぞれの光学的膜厚は基板側から順に、第１層を２．５λ0、第２層を０．１０λ0、第３層を０．５６λ0、第４層を０．３０λ0、第５層を０．４３λ0、第６層を０．３８λ0、第７層を０．３２λ0、第８層を０．２９λ0、第９層を０．２４λ0とした。
【００２２】
図４は、第２の実施形態における光学素子の反射率角度特性を示す図である。
この図によれば、設計中心波長λ0（露光波長）において、入射角度０〜４５°の範囲で平均反射率Ｒａは０．５％以下が得られ、入射角度６０°においてもＲａは２．０％以下が得られており、従来と比較して、広い入射角度範囲で反射防止効果が得られていることが判る。また、クラックは発生しなかった。
【００２３】
さらに、相対湿度９０％、温度２５℃の厳しい（悪い）環境下に３日間放置しても、相対湿度３０％、温度２５℃の環境下における反射率特性との差は、ほとんどみられなかった。
【００２４】
第１の実施形態及び第２の実施形態では、低屈折率物質にＭｇＦ2、高屈折率物質にＬａＦ3、中間屈折率物質をＳｉＯ2を用いたが、これら物質に限定されることなく、低屈折率物質に、ＭｇＦ2、ＡｌＦ3、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＣａＦ2、ＢａＦ2、Ｎａ3ＡｌＦ6、Ｎａ5Ａｌ3Ｆ14から選ばれた物質又は、これらの混合物を選んでも、高屈折物質に、Ａｌ2Ｏ3、ＬａＦ3、ＮｄＦ3、ＧｄＦ3、ＤｙＦ3、ＰｂＦ2、ＹＦ3、ＨｆＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2から選ばれた物質又は、これらの混合物を選んでも、中間屈折率物質に、ＳｉＯ2、ＳｒＦ2から選ばれた物質又は、これらの混合物を選んでも問題がないことは、言うまでもない。
【００２５】
次に、第３の実施形態を説明する。
図５は、本発明の光学素子を用いた投影露光装置の概念図である。投影露光装置は、フォトレジストを表面に塗布したウェハ上にレチクルのマスクパターンを縮小投影露光する装置である。
【００２６】
図５で、１００はエキシマレーザ等の真空紫外光を射出する光源、Ｒはマスクパターンを備えたレチクル、２００は光源１００からの光をレチクルＲに照射する照明光学系、Ｗはフォトレジストを表面に塗布したウェハ、５００はレチクルＲのマスクパターンをウェハＷ上に縮小投影露光する投影光学系、４０１はウェハＷを移動させるウェハステージ、３０１はレチクルＲを移動させるレチクルステージである。光源１００、レチクルステージ３０１およびウェハステージ４０１は、制御装置６００によって制御される。
【００２７】
光源１００から射出された真空紫外光は、照明光学系２００で整形・均一化された後、レチクルＲに照射され、レチクルＲを透過する。投影光学系５００は、レチクルＲを透過した光をウェハＷに照射することによって、レチクルＲのマスクパターンをウェハＷの表面に縮小投影露光する。
【００２８】
本発明の光学素子は、投影光学系５００又は照明光学系２００を構成する光学素子に採用される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施形態の膜構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態の光学素子の反射率角度特性を示す図である。
【図３】第２の実施形態の膜構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態の光学素子の反射率角度特性を示す図である。
【図５】本発明の光学素子を用いた投影露光装置の概念図である。
【図６】従来の５層構成の光学素子の構成を示す図である。
【図７】従来の１０層構成の光学素子の構成を示す図である。
【図８】従来の光学素子の反射率角度特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ・・・基板
１ｃ、１ｆ、２ｂ、４ｃ、４ｆ、４ｈ・・・中間屈折率物質層
１００・・・光源
２００・・・照明光学系
５００・・・投影光学系
【図１】
2006323120.tif 000003
【図２】
2006323120.tif 000004
【図３】
2006323120.tif 000005
【図４】
2006323120.tif 000006
【図５】
2006323120.tif 000007
【図６】
2006323120.tif 000008
【図７】
2006323120.tif 000009
【図８】
2006323120.tif 000010