(57)【要約】【課題】  レンズ面内で反射特性が均一な光学素子を提供する。【解決手段】  結晶質基板とその第一層目がλ０を設計中心波長とすると０．４８０〜０．５２０λ０の光学的膜厚の非晶質膜である多層膜構成を特徴とする光学素子を提供する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶質基板とその第一層目がλ０を設計中心波長とすると０．４８０〜０．５２０λ０の光学的膜厚の非晶質膜である多層膜構成を特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１における結晶質基板がＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ２、ＬａＦ３のいずれかであり、その基板への第一層目の非晶質膜がＡｌＦ３、ＴｈＦ３、ＳｉＯ２のいずれかかもしくはそれらの混合物であることを特徴とした光学素子。
【請求項３】
請求項２の基板上の多層膜が、１２０〜２００ｎｍの波長の光に対する反射防止機能を有することを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項３の反射防止機能を有する多層膜が、ＡｌＦ３、ＹＦ３、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＳｃＯ３、Ｐｒ６Ｏ１１、ＴａＯ５、ＴｂＦ３  、ＮａＦ、ＬｉＦ、Ｎａ３ＡｌＦ６のいずれかかもしくはその混合物である低屈折率膜と、ＮｄＦ３、ＬａＦ３、ＧｄＦ３、ＤｙＦ３、ＰｂＦ３、ＳｍＦ３、ＹｂＦ３、ＥｒＦ３のいずれかかもしくはその混合物である高屈折率膜によって構成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項４における多層膜が、λ０を設計中心波長とすると基板への第一層目の光学的膜厚が０．４８０〜０．５２０λ０の低屈折率膜、第二層目の光学的膜厚が０．２４０〜０．２６０λ０の高屈折率膜、第三層目の光学的膜厚が０．２４０〜０．２６０λ０の低屈折率膜であることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学薄膜を用いた光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カメラや半導体縮小投影露光装置（以下ステッパー）や液晶プロジェクターなどの光学を利用した製品には、レンズや基板に光学薄膜を施すことで所望の光学特性を持たした光学素子が多く用いられている。そして、これら光学素子が製品の性能を大きく左右している。
【０００３】
これら光学素子のレンズや基板には様々な硝材が用いられている。その求められる特性やコストにより使い分けられている。その中で結晶質の硝材を用いる必要がある場合がある。
【０００４】
例えば、光源波長が紫外域であるＡｒＦエキシマレーザーやＦ２レーザーを用いるステッパーにおいては、そのレーザーの出力やフォトンエネルギーが大きいため、レンズや基板が光吸収を起こすことによる光量の低下や発熱による素子破壊が問題になることが多い。そのため、この光吸収を小さくするためにレンズや基板の硝材には、結晶質の蛍石などが用いられる。
【０００５】
また、カメラや天体望遠鏡などでも色収差の問題からレンズの硝材には結晶質の蛍石などが用いられることがある。
【０００６】
このようなレンズや基板に結晶質の硝材を用いる場合に、光学特性などの点からその上に結晶質の光学薄膜が成膜されることがある。例えば特許文献１に記載されているような反射防止膜がその例である。基板とその基板上に成膜される薄膜が共に結晶質である場合、基板の原子面間隔と膜の原子面間隔の関係から薄膜の成長仕方が基板から大きく影響を受けることがある。例えば、岩塩上のＡｇ膜のような基板方位に対して膜が、特定の方位に成長するエピタキシャル膜（岩塩上のＡｇ膜の場合は（００１）Ａｇ／／（００１）ＮａＣｌ）などがその代表例である。
【０００７】
これは結晶質の光学薄膜においても例外ではない。結晶質である基板に結晶質の光学薄膜を成膜する場合、基板と薄膜の原子面間隔の関係から、光学薄膜の持つ特性がその基板により大きく変化する。図９に特許文献１に記載されている反射防止膜を（１１１）蛍石基板と（１１０）蛍石基板に成膜した場合の特性の違いを示す。これを従来例１とし、その構成を下に示す。
【０００８】
［従来例１］
基板：単結晶蛍石
第一層：０．１０λのＬａＦ３
第二層：０．３０λのＭｇＦ２
第三層：０．２５λのＬａＦ３
第四層：０．２４λのＭｇＦ２
媒質：空気
【特許文献１】特開平０９−３２９７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のように、上記従来例の反射防止膜などでは、結晶質の基板の成膜面における面方位の影響により、反射防止膜の特性が変化してしまうことがある。さらに、結晶質のレンズの場合は、レンズが曲率を有するためにレンズ面内において結晶面が同一ではなく、レンズ面内で反射特性が不均一となってしまう。このようなレンズ面内で反射特性が不均一である光学素子をカメラや半導体縮小投影露光装置などに用いると、その結像性能の低下を招いてしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで結晶質基板に結晶質の光学薄膜を形成する場合に、基板の面方位の状態による膜への影響を抑制するため、基板への第一層目に基板の面方位の影響を受けない非晶質膜を光学設計上の自由度を大きく失わない０．４８０〜０．５２０λ０の光学的膜厚分積層する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明を利用することで、基板やレンズが結晶質の硝材であってもその基板やレンズに光学特性が影響されることのない光学素子を製造することが可能となる。特に、レンズの場合はレンズ面内での光学特性の均一化に大きな効果を発揮する。そして、本発明の反射防止膜を用いると良好な光学特性を得ることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態としての一例として反射防止膜を示す。言うに及ばず、本発明はこの例に限定されるものではない。
【００１３】
本発明に係わる光学素子の一例としての反射防止膜は、図１に示すように結晶質基板１上に基板側から数えて第一層目として非晶質膜の低屈折率膜２、第二層目として結晶質膜の高屈折率膜３、第三層目として低屈折率膜４を積層した構成である。
【００１４】
そして、第一層目の非晶質膜の膜厚は、光学設計上の自由度を大きく失わない光学的膜厚で０．５λ前後の０．４８０〜０．５２０λ０である。
【００１５】
ここで用いられる低屈折率層は、基板よりも屈折率が低いものであり、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＳｉＯ２、ＴｂＦ３のいずれかかもしくはその混合物である。また、ここで用いられる高い屈折率層は、基板よりも屈折率が高いものであり、ＮｄＦ３、ＬａＦ３、ＧｄＦ３、ＤｙＦ３、ＰｂＦ３、ＳｍＦ３、ＹｂＦ３、ＥｒＦ３のいずれかかもしくはその混合物である。
【００１６】
そして、基板への第一層目の非晶質膜の低屈折率膜はＡｌＦ３、ＳｉＯ２、ＴｈＦ３のいずれかかもしくはその混合物である。
【００１７】
これらの膜の成膜方法は真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法、イオンビームスパッタリング法、等の方法で好ましく成膜される。
【００１８】
また、本発明の反射防止膜の対象中心波長は、１２０〜２００ｎｍであるときに特に従来例に対してその効果が大きくなる。光の設計中心波長が１６５〜２００ｎｍではスパッタリング法か真空蒸着法、１２０〜１６５ｎｍでは真空蒸着法が特に望ましい。
【００１９】
以上の実施形態のような反射防止膜をレンズ、プリズム等の光学素子に適用することで、低反射高透過な光学素子が得られるばかりでなく、基板面内においてその光学特性が均一であり、その成膜において、その光学特性の再現性が基板に依らず十分に確保されるものが可能となる。
【００２０】
〈実施例〉
上記実施形態の具体的な実施例を以下に示す。
【実施例１】
【００２１】
本実施例１の反射防止膜は、図１のように基板１上に真空蒸着法を用いて低屈折率膜の層２、結晶質の高屈折率膜の層３、低屈折率膜の４を順次積層した構成である。基板硝材、膜材料、膜厚を以下に示す。
【００２２】
［実施例１］
基板：単結晶蛍石
第一層：０．５０５λのＡｌＦ３
第二層：０．２４８λのＧｄＦ３
第三層：０．２５２λのＭｇＦ２
媒質：空気
λは対象中心波長で、ここではλ＝１５７ｎｍとしてある。単結晶蛍石基板、ＡｌＦ３、ＧｄＦ３、ＭｇＦ２の屈折率は、それぞれ１．５６，１．４６，１．８０，１．４６である。
【００２３】
また実施例１の比較例として、同様な成膜プロセスを用いて以下のような反射防止膜を形成した。
【００２４】
［比較例１］
基板：単結晶蛍石
第一層：０．１０λのＭｇＦ２
第二層：０．３０λのＧｄＦ３
第三層：０．２５λのＭｇＦ２
媒質：空気
これらの反射特性を図２に示す。本実施例１の反射率の方が低減されており、入射角度が０°付近ではその値は０に近い。
【００２５】
また、これら例を（１１１）蛍石基板と（１１０）蛍石基板に成膜した場合の反射特性を図３に示す。比較例１では特性を異なるが、実施例１ではほぼ同じ特性であった。つまり、実施例１では基板の面方位に依らない光学特性を得られる。
【実施例２】
【００２６】
本実施例２の反射防止膜は、図４のように基板１上に真空蒸着法を用いて低屈折率膜の層５、結晶質の高屈折率膜の層６、低屈折率膜の７を順次積層した構成である。基板硝材、膜材料、膜厚を以下に示す。
【００２７】
［実施例２］
基板：単結晶蛍石
第一層：０．５２０λのＡｌＦ３
第二層：０．２５７λのＧｄＦ３
第三層：０．２５７λのＭｇＦ２
媒質：空気
λは対象中心波長で、ここではλ＝１９３ｎｍとしてある。単結晶蛍石基板、ＡｌＦ３、ＧｄＦ３、ＭｇＦ２の屈折率は、それぞれ１．５５，１．４２，１．７０，１．４２である。
【００２８】
また実施例２の比較例として、同様な成膜プロセスを用いて以下のような反射防止膜を形成した。
【００２９】
［比較例２］
基板：単結晶蛍石
第一層：０．５５０λのＡｌＦ３
第二層：０．２７５λのＧｄＦ３
第三層：０．２７５λのＭｇＦ２
媒質：空気
これらの反射特性を図５に示す。本実施例２の反射率がより低く、入射角度が０°付近ではその値は０に近い。また、これらの例を実際のステッパーに展開した場合を考えてみる。ステッパーはレンズ枚数が非常に多い。例えばレンズ枚数が１００枚とすると、反射防止膜の面数は２００枚になる。反射防止膜の反射率が０．１％であっても、（０．９９９）２００で約２０％の光量の低下となってしまう。また、これらの反射光は迷光となり、フレアーやゴーストの原因となってしまう。よって、ステッパーにおける高い露光性能を実現するにはたとえ０．１％でも低い反射特性が良い。実施例２はステッパー用の光学素子として見ても十分に低い反射特性を有している。
【００３０】
また、これら例を（１１１）蛍石基板と（１１０）蛍石基板に成膜した場合の反射特性を図６に示す。比較例２では特性を異なるが、実施例２ではほぼ同じ特性であった。つまり、実施例２では基板の面方位に依らない光学特性を得られる。
【実施例３】
【００３１】
本実施例３の反射防止膜は、図４のように基板１上に真空蒸着法を用いて低屈折率膜の層５、結晶質の高屈折率膜の層６、低屈折率膜の７を順次積層した構成である。基板硝材、膜材料、膜厚を以下に示す。
【００３２】
［実施例３］
基板：単結晶蛍石
第一層：０．４８０λのＡｌＦ３
第二層：０．２４４λのＬａＦ３
第三層：０．２４４λのＭｇＦ２
媒質：空気
λは対象中心波長で、ここではλ＝１５７ｎｍとしてある。単結晶蛍石基板、ＡｌＦ３、ＧｄＦ３、ＭｇＦ２の屈折率は、それぞれ１．５６，１．４６，１．８０，１．４６である。
【００３３】
また実施例３の比較例として、同様な成膜プロセスを用いて以下のような反射防止膜を形成した。
【００３４】
［比較例３］
基板：単結晶蛍石
第一層：０．４６０λのＭｇＦ２
第二層：０．２３４λのＬａＦ３
第三層：０．２３４のＭｇＦ２
媒質：空気
これらの反射特性を図７に示す。本実施例３の反射率がより低く、入射角度が０°付近ではその値は０に近い。また、これらの例を実際のステッパーに展開した場合を考えてみる。ステッパーはレンズ枚数が非常に多い。例えばレンズ枚数が１００枚とすると、反射防止膜の面数は２００枚になる。反射防止膜の反射率が０．１％であっても、（０．９９９）２００で約２０％の光量の低下となってしまう。また、これらの反射光は迷光となり、フレアーやゴーストの原因となってしまう。よって、高いステッパー露光性能を実現するにはたとえ０．１％でも低い反射特性が良い。実施例３はステッパーの光学素子としても十分に低い反射特性を有している。
【００３５】
また、これら例を（１１１）蛍石基板と（１１０）蛍石基板に成膜した場合の反射特性を図８に示す。比較例３では特性を異なるが、実施例３ではほぼ同じ特性であった。つまり、実施例３では基板の面方位に依らない光学特性を得られる。
【００３６】
＜露光装置の実施例＞
次に、本発明の光学薄膜を有する光学素子を半導体露光装置に適用した場合の実施例を示す。
【００３７】
図１０において、１０は光軸、２０は真空紫外領域の波長１５７ｎｍの光を発生する光源、３０は開口絞り３０Ａを備える照明光学系、４０はレチクルＭを載置するステージ、５０は開口絞り５０Ａを備える投影光学系、６０はウエハＷを載置するステージを示す。光源２０からの光が照明光学系３０を介してレチクルＭに照射せしめられ、投影光学系５０によりレチクルＭのデバイスパターンの像がウエハＷ上に投影される。
【００３８】
本実施例の投影露光装置は、照明光学系３０と投影光学系５０のそれぞれにおいて本発明の光学薄膜を有するレンズにより光学系が形成されている。上記レンズによって光学系を構成したことにより、優れた光学特性を実現している。
【００３９】
＜デバイス製造方法の実施例＞
次に、上記図１０の投影露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。
【００４０】
図１１は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネルやＣＣＤ）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハとを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４よって作成されたウエハを用いてチップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００４１】
図１２は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２ではウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレジスト（感材）を塗布する。ステップ１６（露光）では上記投影露光装置によってマスクの回路パタ−ンの像でウエハを露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらステップを繰り返し行なうことによりウエハ上に回路パタ−ンが形成される。
【００４２】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は難しかった高集積度のデバイスを製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例１の反射防止膜
【図２】本発明の実施例１と比較例１の反射率―入射角度特性
【図３】本発明の実施例１と比較例１それぞれの基板を変えた時の反射率―入射角度特性
【図４】本発明の実施例２及び３の反射防止膜
【図５】本発明の実施例２と比較例２の反射率―入射角度特性
【図６】本発明の実施例２と比較例２それぞれの基板を変えた時の反射率―入射角度特性
【図７】本発明の実施例３と比較例３の反射率―入射角度特性
【図８】本発明の実施例３と比較例３それぞれの基板を変えた時の反射率―入射角度特性
【図９】従来の反射防止膜の光学特性
【図１０】本発明の光学素子を有する光学系を有する投影露光装置を示す図
【図１１】デバイスの製造フローを示す図
【図１２】ウエハプロセスを示す図
【符号の説明】
【００４４】
１  基板
２  低屈折率層
３  高屈折率層
４  低屈折率層
５  低屈折率層
６  高屈折率層
７  低屈折率層
２０  露光光源
３０  照明光学系
４０  レチクルステージ
５０  投影光学系
６０  ウエハステージ
【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】
2005257769.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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