(57)【要約】【課題】光学素子の入射角度の小さな領域（０〜２５°）から入射角度の大きな領域（２５°以上）に亙り低反射を達成することができる反射防止膜を有する光学素子、光学系、投影露光装置、デバイス製造方法を提供する【解決手段】前記光学素子の中心部から外周へ向かい膜厚が厚くなる反射防止膜を有する光学素子、光学系、投影露光装置、デバイス製造方法を構成する。【選択図】　　　　　　図４
2004102016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部から外周へ向かい膜厚が厚くなる反射防止膜を有することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記反射防止膜は、２層以上の層構成からな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】
前記光学素子は、半導体素子などのデバイスを製造するのに用いる露光装置を構成する照明光学系のレンズまたは投影光学系のレンズであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記光学素子は、半導体素子などのデバイスを製造するのに用いる露光装置における鏡筒等のくびれた部分に配置される投影系レンズであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項５】
前記光学素子は、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、或いは１５７ｎｍの波長領域の光に対して設計された光学素子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学素子をマスクを照明する照明光学系と、照明されたマスクのパターンを基板上に投影する投影光学系との少なくとも一方に有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項７】
複数の光学素子を備え、光束がくびれる部分を少なくとも一つ有する光学系において、前記光束がくびれる部分の少なくとも一つにある光学素子は中心部から外周へ向かい膜厚が厚くなる反射防止膜を有することを特徴とする光学系。
【請求項８】
マスクを照明する照明光学系と、照明されたマスクのパターンを基板上に投影する投影光学系とを有する投影露光装置において、前記投影光学系と前記照明光学系の少なくとも一方は、光束がくびれる部分を少なくとも一つ有し、前記光束がくびれる部分の少なくとも一つにある光学素子は中心部から外周へ向かい膜厚が厚くなる反射防止膜を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項９】
前記照明光学系は、ＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（波長１９３ｎｍ）或いはＦ２レーザ（波長１５７ｎｍ）のレーザからのレーザ光により前記マスクを照明することを特徴とする請求項６または請求項８に記載の投影露光装置。
【請求項１０】
中心部から外周へ向かい膜厚が厚くなる反射防止膜を有し、前記中心部から外周に向かい入射角が大きくなる角度分布を持つ光束を受けることを特徴とする光学素子。
【請求項１１】
複数の光学素子を備える光学系において、前記光学素子の少なくとも一つは、中心部から外周へ向かい膜厚が厚くなる反射防止膜を有し、前記中心部から外周に向かい入射角が大きくなる角度分布を持つ光束を受けることを特徴とする光学系。
【請求項１２】
マスクを照明する照明光学系と、照明されたマスクのパターンを基板上に投影する投影光学系とを有する投影露光装置において、前記投影光学系と前記照明光学系の少なくとも一方は、中心部から外周へ向かい膜厚が厚くなる反射防止膜を有する光学素子を有し、該光学素子は前記中心部から外周に向かい入射角が大きくなる角度分布を持つ光束を受けることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１３】
前記照明光学系は、ＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（波長１９３ｎｍ）或いはＦ２レーザ（波長１５７ｎｍ）のレーザからのレーザ光により前記マスクを照明することを特徴とする請求項１２に記載の投影露光装置。
【請求項１４】
請求項６，８，９、１２、１３のいずれか１項に記載の投影露光装置によりデバイスパターンでウエハを露光する段階と、該露光したウエハを現像する段階とを含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射防止膜を有する光学素子、光学系、投影露光装置、デバイス製造方法に関し、例えば複数レンズによって構成される半導体露光装置の鏡筒等に用いられる照明系レンズ、及び投影系レンズ等に適用される技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レンズにコートされる反射防止膜は膜厚ムラのない均一な膜が理想とされていた。例えば、中央部から周辺にかけて膜厚が一定の反射防止膜をつけた構成が採られていた（特許文献１参照）。図１は、従来の反射防止膜における反射率の入射角度依存性を示したものである。入射角度の小さな領域（０〜２５°）では、反射率が０．２％以下に抑えられており、十分な反射防止効果が得られている。入射角度が大きな領域（２５°以上）では、急速に反射率が増加し、十分な反射防止効果が得られない。
一方、近年、半導体露光装置においてレンズ開口比（ＮＡ）が増大している。
このレンズ開口比の増大は、照明系、及び投影系を構成するレンズへの入射光の入射角度の増大をもたらしている。
【０００３】
光線の入射角度の大きなレンズに対して、図１に示すような、反射防止膜を用いた場合、レンズへの入射する光線のうち、入射角度の大きな領域（２５°以上）では反射率が増大する。半導体露光装置に用いられる投影レンズのうち、鏡筒のくびれた部分（光束のくびれた部分）に配置されるレンズには、レンズ中心からレンズ外周に向かい、光線の入射光角度が増加するような分布をもつものがある。このようなレンズに対し、図１で示すような入射角度特性をもつ反射防止膜を用いた場合、レンズの中心と外周で反射率が異なるため、透過率がレンズ面内で異なる現象が生じる。
このため、従来の技術では、光線の入射角度の大きなレンズに対しては、図２に示すように、光線入射角度の小さい領域での反射防止効果を犠牲（反射率の増加）にすることで、入射角度の大きな領域の反射率を下げていた。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−０３６０３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これとは別に図２のような反射率の入射角度依存性をもつような反射防止膜を用いた場合、入射角度の小さな領域（０〜２５°）から入射角度の大きな領域（２５°以上）に亙り反射率が増加するため、レンズ全体の平均透過率が減少（照度の減少）するという問題が生じる。
そこで、本発明は、上記課題を解決し、光学素子の入射角度の小さな領域（０〜２５°）から入射角度の大きな領域（２５°以上）に亙り低反射を達成することができる反射防止膜を有する光学素子、光学系、投影露光装置、デバイス製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、つぎの（１）〜（１４）のように構成した反射防止膜を有する反射防止膜を有する光学素子、光学系、投影露光装置、デバイス製造方法を提供するものである。
（１）中心部から外周へ向かい膜厚が厚くなる反射防止膜を有することを特徴とする光学素子。
（２）前記反射防止膜は、２層以上の層構成からなることを特徴とする
上記（１）に記載の光学素子。
（３）前記光学素子は、半導体素子などのデバイスを製造するのに用いる露光装置を構成する照明光学系のレンズまたは投影光学系のレンズであることを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の光学素子。
（４）前記光学素子は、半導体素子などのデバイスを製造するのに用いる露光装置における鏡筒等のくびれた部分に配置される投影系レンズであることを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の光学素子。
（５）前記光学素子は、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、或いは１５７ｎｍの波長領域の光に対して設計された光学素子であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の光学素子。
（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の光学素子をマスクを照明する照明光学系と、照明されたマスクのパターンを基板上に投影する投影光学系との少なくとも一方に有することを特徴とする投影露光装置。
（７）複数の光学素子を備え、光束がくびれる部分を少なくとも一つ有する光学系において、前記光束がくびれる部分の少なくとも一つにある光学素子は中心部から外周へ向かい膜厚が厚くなる反射防止膜を有することを特徴とする光学系。
（８）マスクを照明する照明光学系と、照明されたマスクのパターンを基板上に投影する投影光学系とを有する投影露光装置において、前記投影光学系と前記照明光学系の少なくとも一方は、光束がくびれる部分を少なくとも一つ有し、前記光束がくびれる部分の少なくとも一つにある光学素子は中心部から外周へ向かい膜厚が厚くなる反射防止膜を有することを特徴とする投影露光装置。
（９）前記照明光学系は、ＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（波長１９３ｎｍ）或いはＦ２レーザ（波長１５７ｎｍ）のレーザからのレーザ光により前記マスクを照明することを特徴とする上記（６）または上記（８）に記載の投影露光装置。
（１０）中心部から外周へ向かい膜厚が厚くなる反射防止膜を有し、前記中心部から外周に向かい入射角が大きくなる角度分布を持つ光束を受けることを特徴とする光学素子。
（１１）複数の光学素子を備える光学系において、前記光学素子の少なくとも一つは、中心部から外周へ向かい膜厚が厚くなる反射防止膜を有し、前記中心部から外周に向かい入射角が大きくなる角度分布を持つ光束を受けることを特徴とする光学系。
（１２）マスクを照明する照明光学系と、照明されたマスクのパターンを基板上に投影する投影光学系とを有する投影露光装置において、前記投影光学系と前記照明光学系の少なくとも一方は、中心部から外周へ向かい膜厚が厚くなる反射防止膜を有する光学素子を有し、該光学素子は前記中心部から外周に向かい入射角が大きくなる角度分布を持つ光束を受けることを特徴とする投影露光装置。
（１３）前記照明光学系は、ＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（波長１９３ｎｍ）或いはＦ２レーザ（波長１５７ｎｍ）のレーザからのレーザ光により前記マスクを照明することを特徴とする上記（１２）に記載の投影露光装置。
（１４）上記（６）、上記（８）、上記（９）、上記（１２）、上記（１３）のいずれかに記載の投影露光装置によりデバイスパターンでウエハを露光する段階と、該露光したウエハを現像する段階とを含むデバイス製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上記構成を適用して、例えばレンズの中心から外周へ向かい膜厚が増加するように制御された反射膜を構成することで、半導体露光装置の照度を増加させることができ、瞳での透過率分布を均一にすることが可能となる。特に、この構成を半導体露光装置の投影レンズの内、鏡筒のくびれた部分に配置されるレンズに適用すれば、投影系全体の透過率を高い状態に保ったまま、レンズ面内での透過率分布を均一にすることができる。
また、上記構成は、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、Ｆ２（１５７ｎｍ）領域の露光装置において、より有効である。
【０００８】
これらは、本発明者が鋭意研究した結果によるつぎのような知見に基づくものである。
半導体露光装置の投影レンズ系において、鏡筒のくびれた部分に配置されるレンズは、レンズ中心から外周に向かい、入射光の入射角度が増加するような入射角度分布を持つものが数多く存在する。
一方、図１で示すような反射防止膜においては、全層の膜厚を均等に厚くすることにより、低反射に抑えられる入射角度領域を高入射角度側にシフトさせることができる。したがって、このようなことから、レンズの中心から径方向に膜厚が厚くなるように反射防止膜の膜厚を制御することにより、見かけ上、図３及び図４のような、入射角度の小さな領域（０〜２５°）から入射角度の大きな領域（２５°以上）にわたり、低反射な入射角度特性を得ることができる。なお、図４において○はレンズ中心での反射率の入射角度依存性を示し、△はレンズ外周での反射率の入射角度依存性を示す。
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。以下に、本発明の実施例について説明する。
【０００９】
【実施例】
本発明の実施例における反射防止膜は、レンズ硝材にはＣａＦ２を用い、レンズ上に、屈折率（ｎ１）が１．４以上１．６以下であるＡと、屈折率（ｎ２）が１．６３以上１．７６以下であるＢを交互に積層されており、レンズ中心から外周へ向かい、各層の膜厚が５％厚くなるように膜厚制御されている。
その層構成は、レンズ中心の厚みが第１層（Ａ）９ｎｍ以上１２ｎｍ以下、第２層（Ｂ）９ｎｍ以上１２ｎｍ以下、第３層（Ａ）１３３ｎｍ以上１４８ｎｍ以下、第４層（Ｂ）１１ｎｍ以上１４ｎｍ以下、第５層（Ａ）４１ｎｍ以上４７ｎｍ以下、第６層（Ｂ）２１ｎｍ以上２４ｎｍ以下、第７層（Ａ）３４ｎｍ以上３９ｎｍ以下、第８層（Ｂ）２３ｎｍ以上２６ｎｍ以下、第９層（Ａ）３０ｎｍ以上３４ｎｍ以下となるように構成されている。
【００１０】
本実施例においてレンズの硝材の種類は特に限定されるものではなく、レンズ硝材がＳｉＯ２であっても良い。
また、本実施例において反射防止膜の層数及び、各層の膜厚、は特に限定されるものではなく、例えば反射防止膜の構成層数が２層であっても良い。反射防止膜を構成する材料自体に吸収が存在する場合は、反射防止膜の全膜厚が薄い２層膜が望ましいが、膜吸収が存在しない場合、反射防止効果のある入射角度領域の広い６層以上が望ましい。
【００１１】
本実施例の反射防止膜は、ターゲットを２枚有するマグネトロンスパッタリング装置を用いて作製し、膜厚の評価は反射光スペクトルから各層の膜厚を算出した。図５及び図６は軸外から出た光束が結像するときの透過率の分布を示している。図５は膜厚の制御がない、図１に示すような入射角度特性を有する反射防止膜を用いた場合の透過率の分布を示す。図６は本発明のレンズ中心から外周に向かい膜厚を５％厚くした反射防止膜を用いた場合の透過率の分布を示している。
【００１２】
この計算では、図５及び図６共に、投影レンズのうち、くびれた部分に配置されるレンズの１面のみに反射防止膜を与え、他のレンズの透過率は１００％になるように設定した。
レンズ面内での膜厚が均一な反射防止膜の場合、図５に示すようにレンズへの入射角度が大きくなる部分の透過率が低下し、レンズ面内の透過率分布が一様ではなくなる。
一方、レンズ中心から外周へ向かい、膜厚を５％とした反射防止膜の場合、図６に示すようにレンズ面内の透過率分布が一様となる。
【００１３】
本実施例の反射防止膜を用いることにより、平均透過率は０．５％増加し、かつ透過率の強度分布についてもＰ−Ｖ値で４．２％の改善効果が得られる。これは、投影レンズのうち１面のみに適用した場合の効果である。
レンズ中心からレンズ外周に向かい、入射光角度が増加するような分布をもつようなレンズは、投影レンズの鏡筒のくびれた部分に数多く存在するため、上記のような入射角度分布を持つレンズすべてに対し、本実施例の反射防止膜を用いることにより、レンズ面内での透過率を均一に保ったまま、平均透過率を５．０％増加させることが可能となる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、光学素子のあらゆる点において低反射を達成することができ、透過光の強度分布の均一化を図ることが可能となる反射防止膜を有する光学素子、光学系、投影露光装置、デバイス製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の反射防止膜における反射率（１９３ｎｍ）と入射角度の相関関係を示したグラフである。
【図２】従来における問題点を説明するための反射防止膜の反射率（１９３ｎｍ）と入射角度の相関関係を示したグラフである。
【図３】本発明に係る反射防止膜の反射率（１９３ｎｍ）と入射角度の相関関係を示したグラフである。
【図４】本発明に係る反射防止膜の反射率（１９３ｎｍ）と入射角度の相関関係を示したグラフであり、○はレンズ中心での反射率の入射角度依存性を示し、△はレンズ外周での反射率の入射角度依存性を示す。
【図５】膜厚の制御がない図１に示すような入射角度特性を有する反射防止膜を用いた場合の軸外から出た光束が結像するときの透過率の分布を示したグラフである。
【図６】本実施例における軸外から出た光束が結像するときの透過率の分布を示したグラフである。
【図１】
2004102016.tif 000003
【図２】
2004102016.tif 000004
【図３】
2004102016.tif 000005
【図４】
2004102016.tif 000006
【図５】
2004102016.tif 000007
【図６】
2004102016.tif 000008