JP2004271544A - Optical element, lens system, and projection aligner - Google Patents

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JP2004271544A JP2003057756A JP2003057756A JP2004271544A JP 2004271544 A JP2004271544 A JP 2004271544A JP 2003057756 A JP2003057756 A JP 2003057756A JP 2003057756 A JP2003057756 A JP 2003057756A JP 2004271544 A JP2004271544 A JP 2004271544A
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Takeshi Shirai
健 白井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element etc. which has a flat transmittance unevenness characteristic and exhibits excellent image formation performance in a stepper optical system. <P>SOLUTION: An antireflection film of a lens 10 arranged on the image side of a pupil surface is allowed to take the negative incident angle characteristic that the transmittance increases in accordance with an increase of incident angle, thereby, the extinction on the peripheral part due to lens etc. on the surroundings for example can be canceled, an illumination distribution on the pupil surface can be made approximately uniform and the resolution is prevented from causing a difference dependent on the incident direction of projection light. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置等の投影露光装置の光学系に適用される光学素子、このような光学素子を組み込んだレンズ系及びその設計方法、並びにこのような光学素子を組み込んだ投影露光装置に関するものである。
【0001】
【従来の技術】
近年、半導体素子の集積度を増すために、縮小投影型の半導体露光装置(ステッパ)の高解像化の要求が高まっている。一般にフォトリソグラフィの解像度Rは、
R=k・λ/NA
で表される。ここで、kは比例定数であり、λ、NAはそれぞれ露光波長と光学系の開口数である。
【0002】
以上の解像度の式から明らかなように、ステッパによるフォトリソグラフィの解像度を上げる一つの方法としては光源波長の短波長化が挙げられる。最近では、従来使用してきた水銀ランプより短波長域の光を発振でき、かつ高出力なレーザを光源としたステッパの実用化が始まっている。KrFエキシマレーザ(λ≒248nm)からArFエキシマレーザ(λ≒193nm)へと短波長化が進められているが、さらに短波長光源として、Fレーザ(λ≒157nm)がある。
【0003】
このような短波長域で使用するステッパの光学系において、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、ゴースト等を低減するために、様々な光学素子表面に反射防止膜を形成することが一般的である。この際、かかる短波長域の光に対して吸収の大きい膜物質や耐レーザ性の低い膜物質によって光学薄膜を構成した場合、吸収による光量損失、吸収発熱による膜破壊や基板面変化等を起こしやすくなり、ステッパにとって大きな弊害となる。このため使用する膜物質としては低吸収・高耐レーザ性を有しているものが望ましい。レーザ波長にて使用可能な膜物質は、主にフッ化マグネシウム(MgF)のようなフッ素化合物や酸化珪素(SiO)などの一部の酸化物であるが、種類が限られている。また、同様にレンズ等の光学素子に使用される基板材質も蛍石等のフッ素化合物結晶や石英ガラス等に限られている。このような基板材料および膜物質に対する制限は、光源の波長が短いほど顕著であることが知られており、F波長ではフッ化物の一部しか使用できず、ステッパの短波長化は容易でない。
【0004】
一方、上述の解像度の式によれば、ステッパによるフォトリソグラフィの解像度を上げる別の方法として、ステッパ光学系において投影レンズのNAを大きくするという方法がある。NAとは、露光対象(シリコン・ウェハー等)での放線方向に対する露光光線の最大入射角(θ)の正弦(sinθ)であるから、NAを大きくすることは、各レンズ要素の表面に入射する光線入射角度もより広くなることを意味している。つまり、ステッパ光学系を高NA化した場合、ステッパ光学系で使用される反射防止膜が、より広い入射角度に対して反射防止効果を有している必要がある。
【0005】
ところで、ステッパ光学系において、要求される性能として透過率ムラがある。透過率ムラには2種類有り、その一つは像面内の透過率ムラであり、もう一つは瞳内の透過率ムラである。いずれも平坦であることが望ましい。例えば、像面内透過率ムラ特性が平坦でないと、像面の位置により露光が不十分だったりするため、狙った形状に露光できないし、瞳面内透過率ムラ特性が平坦でないと、入射方向による露光解像度に差が生じてしまうといった弊害が発生する。このような高NA化に対して十分性能を満足する広入射角反射防止膜の作製は、膜材料に制限があるために一般に困難であり、特に斜入射における反射率が大きくなる傾向が生じる(特許文献1参照)。
【0006】
また、高NA化に伴ってレンズ要素の曲率半径も小さくなる傾向がある。一般にレンズ周辺はレンズ頂点と比較して膜厚が薄くなる傾向がある。その場合、レンズ周辺の反射防止特性は悪化し、透過率はさらに低下しやすくなる。
【0007】
以上のような状況により、レンズ中心を通過してくる光よりレンズ周辺を通過してくる光の透過率が低く、垂直入射してきた光より斜入射してきた光の透過率が低いという一般的傾向が生じる。この傾向は、像面内については像中心に比べて像周辺の透過率を低下させることになり、瞳内については瞳中心に対して瞳周辺の透過率を低下させることになる。つまり、露光対象の周辺の照度が低下したり、高入射角における露光解像度が低下する。
【0008】
【特許文献1】
特開平9−329702号公報
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなステッパ光学系の透過率ムラのうち、像面内透過率ムラについては照明光学系で照度ムラを制御することによりある程度修正可能であるが、瞳面内透過率ムラの修正については、投影レンズ内で行う必要があるため、スペースの都合上、困難な点が多い。
【0009】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ステッパ光学系において、透過率ムラ特性が平坦で良好な結像性能を発揮する光学素子等を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するために手段】
上記課題を解決するため、第1の発明に係る光学素子は、光透過性の光学部材と、前記光学部材の所定の入出射面に形成されるとともに、所定の斜入射角度における斜入射透過率が垂直入射透過率よりも高くなる光学特性を有する反射防止膜とを備える。
【0011】
上記光学素子に設けた反射防止膜は、所定の斜入射角度における斜入射透過率が垂直入射透過率よりも高くなる光学特性を有するので、光学部材や他の光学素子によって生じた透過率ムラを補償してその分布を平坦化することができる。すなわち、一般的には、ステッパ光学系等においてレンズ中心を通過してくる光よりもレンズ周辺を通過してくる光の透過率の方が低くなる傾向があるが、斜入射透過率が相対的に高くなる負の特性を有する反射防止膜を組み込むことで、透過率ムラ、とりわけ瞳面内透過率ムラの発生を抑えることができ、良好な結像特性を有する投影レンズ等を提供することができる。
【0012】
また、第2の発明に係る光学素子は、第1の発明に係る光学素子において、前記反射防止膜が、前記所定の斜入射角度が30゜以上の所定範囲であるとした場合に、斜入射透過率が垂直入射透過率よりも2%以上高くなる光学特性を有する。この場合、透過率ムラの補正を反射防止膜によって確実に行うことができる。
【0013】
また、第3の発明に係る光学素子は、第1の発明に係る光学素子において、前記光学部材が、レンズ本体である。この場合、斜入射角度が大きくなりやすいレンズ周辺での減光を効果的に防止することができる。
【0014】
また、第4の発明に係る光学素子は、第1〜第3の発明に係る光学素子において、前記反射防止膜が、屈折率が異なる複数の層を積層した多層膜を含み、前記複数の層の光学的膜厚の設定によって斜入射透過率と垂直入射透過率の差が調節される。この場合、多層膜の光学的設計によって、斜入射透過率が相対的に高い光学特性を簡易に付与することができ、透過率ムラの補正範囲の自由度を高めることができる。
【0015】
また、第5の発明に係るレンズ系は、複数のレンズ要素と、前記複数のレンズ要素のうち少なくとも1つのレンズ要素の所定の入出射面に形成された反射防止膜を含み、当該少なくとも1つのレンズ要素に関する透過光に対する2次元的な透過率分布を透過光の入射角に応じて調節する透過率調整手段とを備える。
【0016】
上記レンズ系では、透過率調整手段が少なくとも1つのレンズ要素に関する透過光に対する2次元的な透過率分布を透過光の入射角に応じて調節するので、着目するレンズ要素を構成する光学部材や他のレンズ要素によって生じた透過率ムラを補償してその分布を平坦化することができる。よって、レンズ系による透過率ムラ、とりわけ瞳面内透過率ムラの発生を抑えることができ、良好な結像特性を有する投影レンズ等のレンズ系を提供することができる。
【0017】
また、第6の発明に係るレンズ系は、第5の発明に係るレンズ系において、前記透過率調整手段が、所定の斜入射角度における斜入射透過率が垂直入射透過率よりも高くなる光学特性を有する反射防止膜である。この場合、不可避的に必要な反射防止膜によって反射損失を低減できるだけでなく、この反射防止膜に透過率分布の調整機能を兼ねさせるので、レンズ系の構成を簡単なものとすることができ、高性能のレンズ系を簡易に提供することができる。なお、反射防止膜の層構成を適当に調整することで入射角の分布に対して多様な透過率分布を形成することができる。
【0018】
また、第7の発明に係るレンズ系は、第6の発明に係るレンズ系において、前記少なくとも1つレンズ要素が、透過光の斜入射角度が最も大きくなる1以上のレンズ要素から選択される。この場合、レンズ系を構成するレンズ要素のうち最も効果的なレンズ要素によって透過率分布を調節することができるので、反射防止膜の設計が簡単になる。
【0019】
また、第8の発明に係るレンズ系は、第6の発明に係るレンズ系において、前記レンズ系が、投影レンズであり、前記少なくとも1つレンズ要素が、前記投影レンズの瞳面よりも射出側に配置される。投影レンズの瞳面よりも射出側に配置されるレンズ要素は、一般に瞳面内透過率ムラに直接影響する傾向があるので、このようなレンズ要素に斜入射透過率が相対的に高くなる光学特性を有する反射防止膜を形成することにより、瞳面内透過率ムラを効果的に補正ことができる。
【0020】
また、第9の発明に係るレンズ系は、第8の発明に係るレンズ系において、透過率ムラの平坦性が変動幅で3%以内である。この場合、投影レンズを用いた露光等が極めて均一なものとなる。
【0021】
また、第10の発明に係るレンズ系の設計方法は、第5〜9の発明に係るレンズ系の設計方法であって、前記複数のレンズ要素から透過率分布の調整の判定対象である少なくとも1つの対象要素を選択する工程と、前記対象要素に入射する光束の入射角度範囲を算出する工程と、前記入射角度範囲に基づいて、前記対象要素に形成する反射防止膜の光学特性を調節することによって、透過率分布の調整量が所定の範囲にあるか否かを判定する工程とを備える。ここで、「反射防止膜の光学特性」とは、反射防止膜の層数、光学膜厚等の各種条件を含む。
【0022】
上記レンズ系の設計方法では、前記入射角度範囲に基づいて、前記対象要素に形成する反射防止膜の光学特性を調節することによって、透過率分布の調整量が所定の範囲にあるか否かを判定するので、着目するレンズ要素を構成する光学部材や他のレンズ要素によって生じた透過率ムラを補償してその分布を平坦化したレンズ系の設計ができる。よって、レンズ系による透過率ムラ、とりわけ瞳面内透過率ムラの発生を抑えることができ、良好な結像特性を有する投影レンズ等のレンズ系を提供することができる。
【0023】
また、第11の発明に係るレンズ系の設計方法は、第10の発明に係るレンズ系の設計方法において、前記透過率分布の調整量が、前記対象要素を除く他のレンズ要素による透過率分布への影響を相殺する量に近似するように設定される。この場合、瞳面内透過率ムラ等の透過率ムラが全体として少ない、良好な結像特性を有する投影レンズ等のレンズ系を提供することができる。
【0024】
また、第12の発明に係るレンズ系の設計方法は、第11の発明に係るレンズ系の設計方法において、前記対象要素を選択する工程が、前記レンズ系を構成するレンズ要素のうち透過率分布への影響が最も大きくなるレンズ要素を決定するものである。この場合、レンズ系を構成するレンズ要素のうち最も効果的なレンズ要素によって透過率分布を調節することができるので、反射防止膜の設計が簡単になる。
【0025】
また、第13の発明に係るレンズ系の製造方法は、第1〜第10の発明に係るレンズ系の設計方法によって決定したデータに基づいてレンズを製造する。この場合、良好な結像特性を有する投影レンズ等のレンズ系を提供することができる。
【0026】
また、第14の発明に係る投影露光装置は、投影光学系を用いてマスクのパターン像を基板上に投影露光する装置であって、真空紫外等の紫外線を露光光としてマスクを照明する照明光学系と、第1〜第4の発明に係る光学素子を含み、前記マスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系とを備える。
【0027】
上記投影露光装置では、前記マスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系が第1〜第4の発明に係る光学素子を含むので、紫外域で瞳面内透過率ムラ等の少ない良好な結像特性を有する投影光学系によって高精度の投影露光が可能になる。
【0028】
また、第15の発明に係る投影露光装置は、投影光学系を用いてマスクのパターン像を基板上に投影露光する装置であって、第1〜第4の発明に係る光学素子を含み、真空紫外等の紫外線線を露光光としてマスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系とを備える。
【0029】
上記投影露光装置では、紫外線を露光光としてマスクを照明する照明光学系が第1〜第4の発明に係る光学素子を含むので、紫外域で照度ムラの少ない良好な照明特性を有する照明光学系によって高精度の投影露光が可能になる。
【0030】
【発明の実施の形態】
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態に係る光学素子について、図面に参照しつつ説明する。
【0031】
図1は、第1実施形態の光学素子であるレンズ10の断面構造を説明する図である。このレンズ10は、紫外光等を対象とするレンズ状の光学部材であるレンズ本体12と、このレンズ本体12の一対の入出射面12a,12bに形成される反射防止膜14,15とを有する。ここで、レンズ本体12は、その入出射面12a,12bの曲率の設定により、入射光に対して所望の集光特性を有するものとすることができる。この場合、レンズ10の中心部分10aに光軸OAに沿って入射した光束L1は、反射防止膜14に垂直に入射する。一方、レンズ10の周辺部分10bに光軸OAに沿って入射した光束L2は、反射防止膜14に大きな角度θで斜めに入射する。さらに、反射防止膜14を通過した光束L2は、それ以上に大きな角度で反射防止膜15に入射する。つまり、レンズ10を集光に用いた場合、その中心部分10aに入射する光は概ね垂直入射となり、その周辺部分10bに入射する光は斜入射となる傾向が強くなる。
【0032】
図2は、図1のレンズ10の透過率特性を説明するグラフである。このグラフにおいて、横軸は入射角度θを示し、縦軸は透過率Tを示す。実線は本実施形態のレンズ10の透過特性を示し、一点鎖線は従来型の反射防止膜を設けた比較例のレンズの透過特性を示す。グラフからも明らかなように、実施形態のレンズ10は、入射角度の増加に伴って透過率が徐々に増加する構造となっている。一方、比較例のレンズは、入射角度の増加に伴って透過率が徐々に減少する。つまり、このレンズ10は、通常のレンズの場合と異なっており、これへの入射角度の増大に伴って透過率が増加するものであり、負の入射角度特性を有するものということができる。
【0033】
なお、比較例のレンズの透過特性は、これへの入射角度の増大に伴って透過率が減少するが、これは、従来型の反射防止膜が、垂直入射に際しての反射率を極小にすることを前提として、可能な限り広い入射角度範囲で低反射率を維持するように設計されたものだからである。言い換えれば、従来型の反射防止膜は、垂直入射を基本として設計されたものであり、対象レンズがどのような条件で実際に使用されるかが十分に考慮されていなかった。ここで、透過率が入射角度に依存しない反射防止膜、すなわち広い入射角度範囲で一定反射率の反射防止膜を作製することができれば、レンズを通過した光束において2次元的な透過率ムラが理論上生じないことになる。しかしながら、このような入射角依存性を有しない反射防止膜を透過率の低下を伴うことなく実現することは、実際上困難である。特に、複数のレンズ要素からなる投影光学系等のレンズ系において、入射角依存性のない又は入射角依存性の少ない反射防止膜を各レンズ要素に形成するならば、透過損失を極めて増加させることになる。
【0034】
これに対し、本実施形態では、レンズ10に入射する光束が斜入射光である場合に、その透過率を垂直入射光の場合よりも大きくする。つまり、着目する実施形態のレンズ10とは異なるレンズ、光源の輝度分布等によって形成された周辺部の減光を、周辺で透過率が増加する反射防止特性、すなわち斜入射で透過率が減少する負の入射角度特性を有するレンズ10によって補償する。これにより、複数のレンズ要素からなる投影光学系等のレンズ系において、かかるレンズ系の透過損失を実質的に増大させることなく、透過率ムラすなわち瞳面内透過率ムラや像面内透過率ムラの発生を確実に防止するこことができ、高精度の結像、露光等が可能になる。
【0035】
図1に示すようなレンズ10において、斜入射で透過率が減少する負の入射角度特性を実現するため、レンズ本体12の表面上に形成される各反射防止膜14,15の光学的設計値を例えばシミュレーションによって徐々に最適化する。具体的には、反射防止膜14,15を構成する多層膜中の各層の光学膜厚や層数を適宜調節することによって、斜入射光の透過率を垂直入射光の透過率よりも大きくすることができ、入射角度に対する透過率分布も一定範囲で自在に調節することができる。この際、対象とするレンズ10の各部に入射する光束の入射角度を予め計算しておくことにより、所望の2次元的透過率分布(具体的には、レンズ10周辺にほぼ100%の透過率を示しレンズ中央で数%の透過率減少を示す分布)が達成されるような反射防止膜14,15の設計が可能になる。
【0036】
図1に示すレンズ10のうちレンズ本体12は、各種ガラス材料を適当に研削、研磨等することによって作製されるが、使用光が紫外光である場合、石英ガラスや蛍石が材料として使用される。また、反射防止膜14,15は、レンズ本体12の表面上に低屈折率層と高屈折率層とを順次積層した構成を有する。
【0037】
ここで、低屈折率層とは、レンズ本体12の屈折率よりも低いものを指し、フッ化マグネシウム(MgF)、フッ化アルミニウム(AlF)、フッ化ナトリウム(NaF)、フッ化リチウム(LiF)、フッ化カルシウム(CaF)、フッ化バリウム(BaF)、フッ化ストロンチウム(SrF)、クリオライト(NaAlF)、チオライト(NaAl16)、酸化硅素(SiO:)、又はこれらの混合物質等を使用することができる。低屈折率層は、通常レンズ本体12の表面上に形成されるため2層以上となる。この場合、各低屈折率層は、それぞれ同種の低屈折率物質を使用してもよいが、異なる低屈折率物質を使用しても所望の反射防止効果を得ることができる。また、高屈折率層とは、レンズ本体12の屈折率よりも高いものを指し、使用光が紫外光の場合、フッ化ネオジム(NdF),フッ化ランタン(LaF),フッ化ガドリニウム(GdF)、フッ化ディスプロシウム(DyF)、フッ化イットリウム(YF)、フッ化鉛(PbF)、酸化アルミニウム(Al)、又はこれらの混合物質等を使用することができる。高屈折率層が2層以上となる場合、各高屈折率層は、それぞれ同種の高屈折率物質を使用してもよいが、異なる高屈折率物質を使用しても所望の反射防止効果を得ることができる。これら高低屈折率の膜は、公知の技術である真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等により形成される。
【0038】
図3は、図1に示すレンズ10の役割について説明する概念図である。図示のレンズ系110は、対象を所望の倍率の像として投影する両側テレセントリックタイプの投影レンズであり、例えば4つのレンズ要素110a〜110dからなる。
【0039】
図からも明らかなように、瞳面PPの物体面OP側に配置されたレンズ要素110a,110bの2次元的位置は、物体面OPに近いことに起因して、物体面OPの2次元的位置との相関性が高い。例えば、物体面OPに対面する入射レンズ110aへの入射角度に起因して周辺部で増光又は減光する2次元的透過率分布が形成される場合について考える。この場合、このような2次元的透過率分布がそのまま像面IPに反映されるので、像面IP内において周辺部で増光又は減光が生じる照度不均一が発生する。
【0040】
一方、瞳面PPの像面IP側に配置されたレンズ110c,110dの2次元的位置は、像面IPに近いことに起因して、瞳面PP内の2次元的位置すなわち投影される投影光の入射角度との相関性が高い。例えば、像面IPに対面する射出レンズ110dへの入射角度に起因して周辺部で増光する2次元的透過率分布が形成される場合について考える。この場合、このような2次元的透過率分布がそのまま瞳面PPに反映されるので、光軸OAに沿った中心光L11を基準として入射角度が大きくなるほど投影光の増加が生じ、入射角度が最大となる外縁光L21で最大の増光となる照度不均一が発生する。逆に、像面IPに対面する射出レンズ110dへの入射角度に起因して周辺部で減光する2次元的透過率分布が形成されるものとする。この場合、中心光L11を基準として入射角度が大きくなるほど投影光の減少が生じ、入射角度が最大となる外縁光L21で最大の減光となる照度不均一が発生する。
【0041】
以上をまとめると、入射レンズ110aに代表される瞳面PPの像側に配置されるレンズは、像面内透過率ムラを発生させ、射出レンズ110dに代表される瞳面PPの物体側に配置されるレンズは、瞳面内透過率ムラを発生させる。逆に言えば、瞳面PPの物体側に配置されるレンズ110a等の反射防止膜を図2の実線で示すような透過率部分布とすることで、例えばその周辺のレンズ110b等による周辺部の減光を相殺することができ、像面IP上における照度分布をほぼ均一なものとすることができる。また、瞳面PPの像側に配置されるレンズ110d等の反射防止膜を図2の実線で示すような透過率部分布とすることで、例えばその周辺のレンズ110c等による周辺部の減光を相殺することができ、瞳面PP上における照度分布をほぼ均一なものとすることができ、投影光の入射方向によって解像度に差が生じることを防止できる。
【0042】
以下、具体的な実施例について説明する。なお、以下の実施例では、透過率分布の評価を簡単にするため、図4に示すように平板状の基板112上に反射防止膜114を形成した。また、反射防止膜114の構造は、すべての実施例に共通して低屈折率の第1層114aと、高屈折率の第2層114bと、低屈折率の第3層114cとからなる3層構造とした。
【0043】
〔第1実施例〕
媒質:空気
第3層:MgF(光学膜厚 0.30λ
第2層:LaF(光学膜厚 0.30λ
第1層:MgF(光学膜厚 0.30λ
基板:石英ガラス
ここで、λは使用光の設計中心波長で、任意に設定できるが、ここではλ=193nmに設定してある。基板112の石英ガラス、第1及び第3層のMgF、並びに第2層のLaFの屈折率は、それぞれ1.55、1.42、及び1.69である。
【0044】
図5に第1実施例の反射防止膜114のλ=193nmにおける反射角度特性を、図6に透過角度特性を示す。図5より明らかなように、λ=193nmの光に対して、入射角度θ=0°では反射率が約4%であるが、入射角度θ=50°付近では1%以下になっている。図6からは、入射角度θ=0°では約96%の透過率に対して、入射角度θ=50°付近では99%以上となっていることがわかる。なお、入射角度θ=30°以上では、垂直入射に比較して約2%以上透過率が良くなっている。第1実施例の基板112及び反射防止膜114を、例えば図3の射出レンズ110dとしてレンズ系110に組み込むことにより、瞳面内透過率ムラを約3%改善することが期待できる。
【0045】
〔第2実施例〕
媒質:空気
第3層:MgF(光学膜厚 0.30λ
第2層:LaF(光学膜厚 0.29λ
第1層:MgF(光学膜厚 0.30λ
基板:蛍石
この第2実施例では、第1実施例と同様にλ=193nmに設定しているが、基板112の材質を蛍石としている。基板112の石英ガラス、第1及び第3層のMgF、並びに第2層のLaFの屈折率は、それぞれ1.50、1.42、及び1.69である。
【0046】
図7に第2実施例の反射防止膜114のλ=193nmにおける反射角度特性を、図8に透過角度特性を示す。図7より明らかなように、λ=193nmの光に対して、入射角度θ=0°では反射率が約4%であるが、入射角度θ=50°付近では1%以下になっている。図8からは、入射角度θ=0°では約96%の透過率に対して、入射角度θ=50°付近では99%以上となっていることがわかる。なお、入射角度θ=30°以上では、垂直入射に比較して約2%以上透過率が良くなっている。第2実施例の基板112及び反射防止膜114を、例えば図3の射出レンズ110dとしてレンズ系110に組み込むことにより、瞳面内透過率ムラを約2%改善することが期待できる。
【0047】
〔第3実施例〕
媒質:空気
第3層:MgF(光学膜厚 0.30λ
第2層:LaF(光学膜厚 0.27λ
第1層:MgF(光学膜厚 0.32λ
基板:蛍石
この第3実施例では、λ=157nmに設定してある。また、基板112の材質を蛍石としている。蛍石、MgF、及びLaFの屈折率は、それぞれ1.56、1.47、及び1.81である。
【0048】
図9に第3実施例の反射防止膜114のλ=157nmにおける反射角度特性を、図10に透過角度特性を示す。図9より明らかなように、λ=157nmの光に対して、入射角度θ=0°では反射率が約5%であるが、入射角度θ=50°付近では約1%になっている。図10からは、入射角度θ=0°では約95%の透過率に対して、入射角度θ=50°付近では99%程度になっていることがわかる。なお、入射角度θ=30°以上では、垂直入射に比較して約2%以上透過率が良くなっている。第3実施例の基板112及び反射防止膜114を、例えば図3の射出レンズ110dとしてレンズ系110に組み込むことにより、瞳面内透過率ムラを約4%改善することが期待できる。
【0049】
〔第4実施例〕
この第4実施例は、第1実施例を変形したものであり、基板及び第1〜3層の材料は第1実施例の場合と同様である。この場合、各層114a,114b,114cの光学膜厚を3段階で同様に少量変化させて、反射防止膜114による補正量の調節を行う。この際、各層114a,114b,114cの光学膜厚の設定は、以下の表1に示すようなものとした。
【表1】

Figure 2004271544
図11は、λ=193nmにおける反射角度特性を示す。グラフからも明らかなように、実線で示す光学膜厚0.29λの第1の場合、反射率の変化幅Δが2%程度であり、一点鎖線で示す光学膜厚0.30λの第2の場合(第1実施例に対応)、反射率の変化幅Δが3%程度であり、点線で示す光学膜厚0.31λの第3の場合、反射率の変化幅Δが4%程度である。つまり、膜厚を若干変更することにより、変化幅Δすなわち補正量を制御可能であることがわかる。また、仮に補正量を超えるような透過率ムラがある場合でも、このような反射防止膜114を複数面に適用することにより透過率ムラを適切に補正できることが期待できる。なお、ここで複数面とは、着目レンズの他面に限らずレンズ系を構成する他のレンズの面も意味する。
【0050】
〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態である光学素子の製造方法及び装置について、図面に参照しつつ説明する。
【0051】
図12は、図1に示すレンズ10等を製造するための装置を示すブロック図である。この装置40は、レンズ10の反射防止膜14を製造するためのものであり、成膜装置本体41と、その動作を制御する制御装置45とを備える。
【0052】
成膜装置本体41は、レンズ本体12の入出射面に多層膜からなる反射防止膜14を形成する電子ビーム蒸着装置等の公知の成膜装置である。成膜装置本体41は、レンズ本体12を保持してこれを自転及び公転させるホルダ41aと、蒸発材料を選択的に切替可能な第1及び第2蒸発源41c,41dと、両蒸発源41c,41dの上方に配置されて両蒸発源41c,41dからの蒸発物質の拡散方向を制御する絞り板41fと、ホルダ41aや蒸発源41c,41dの動作を制御する駆動制御装置41hとを備える。この成膜装置本体41では、ホルダ41aによってレンズ本体12を自公転させることができ、さらに、絞り板41fに設けた開口によって蒸発物質の拡散方向を制御することができるので、レンズ本体12の中央と周辺とにバランス良い成膜が可能になり、レンズ本体12の全面に亘って均一な膜厚の多層膜からなる反射防止膜14を形成することができる(図1参照)。なお、両蒸発源41c,41dは、駆動制御装置41hに駆動されて蒸発物質を適当なタイミングで切替可能な構造に設計されており、屈折率の異なる2種以上の膜を順次積層することが可能になる。
【0053】
制御装置45は、CPU45a、入出力装置45b、記憶装置45c、表示装置45d、インターフェース45e等を備えるコンピュータである。ここで、CPU45aは、入出力装置45b、記憶装置45c、表示装置45d、及びインターフェース45eとの間で相互にデータの授受が可能になっている。また、CPU45aは、入出力装置45bすなわちオペレータからの指示等に基づいて、記憶装置45c等から所定のプログラムやデータを読み出し、これらプログラム及びデータに基づく各種処理を実行する。具体的には、AR膜設計プログラムを起動することにより、レンズ本体12に形成すべき反射防止膜14の膜構造の設計値を算出し、AR膜作製プログラムを起動することにより、成膜装置本体41を動作させて上記設計値に対応する膜構造を有する反射防止膜14を形成させる。なお、インターフェース45eは、制御装置45と成膜装置本体41との間を取り持つ役割を有し、CPU45aの指令を成膜装置本体41側に伝えたり、成膜装置本体41から出力された動作状態に関するデータをCPU45aに出力したりする。
【0054】
図13は、制御装置45によって実行されるAR膜設計プログラムの概要を簡単に説明するフローチャートである。まず、投影レンズを構成する各レンズのレンズデータを抽出する(ステップS11)。なお、この投影レンズは、図3に例示するレンズ系110に限らず、様々なレンズ要素からなるものとすることができ、目的に応じた倍率、分解能等を有するように予め適宜光学設計されたものとすることができる。この際、投影レンズは、レンズに限らず平板ガラスを組み込んだものとすることができる。次に、入出力装置45bや表示装置45dを利用してオペレータからの指示を受け付け、自動設計と非自動設計のいずれが要求されたかが判断される(ステップS12)。
【0055】
ステップS12で自動設計が選択された場合、投影レンズを構成する瞳面から像側の各レンズ要素における入射角度範囲を計算する(ステップS21)。この入射角度範囲は、投影レンズについて光線追跡を行い、対象とするレンズ要素の各点を通過する各光束の入射角度範囲を計算し、中心からの距離と最大入射角との相関を表す入射角テーブルとして記憶装置45cに保存される。
【0056】
次に、ステップS21で得た入射角テーブルから最大の入射角度を与える最大斜入射のレンズ要素を対象レンズとして選択する(ステップS22)。ここで、対象レンズとは、図2に示す負の入射角特性を付与するレンズ要素であり、2以上とすることができる。この対象レンズによって、投影レンズを構成する他のレンズ等により形成される周辺部の減光を補償することがこの膜設計の目的である。
【0057】
次に、ステップS22で選択した対象レンズを除いた残りのレンズ要素等による斜入射の効果の総和を瞳面内透過率ムラとして評価する(ステップS23)。具体的には、投影レンズについて光線追跡を行うことによって、各レンズ要素ごとに各点での平均入射角度を求め、この平均入射角度に対応する透過率の減少を瞳面上における2次元分布として計算し、このようにして得た透過率減少の総和として瞳面内透過率ムラを算出する。この際、残りのレンズ要素には、従来型の反射防止膜が形成されており、垂直入射で反射率がほぼ0%で最低となり比較的大きな入射角度まで低反射率が維持されるものとする。なお、対象レンズの一面のみに負の入射角特性を付与する場合、対象レンズの他面も瞳面内透過率ムラの評価対象となる。
【0058】
図14(a)は、瞳面内透過率ムラの評価例を瞳面における半径(r)と透過率変動量(ΔT)との関係として表したグラフである。光軸が通る中心を基準として半径が増大するに従って透過率が減少していることがわかる。
【0059】
図13に戻って、次に対象レンズによる透過率補正目標量を算出する(ステップS24)。これは、ステップS23で得た瞳面内透過率ムラを解消するような高透過率フィルタの透過率分布の計算に対応し、透過率補正目標量と瞳面内透過率ムラとの積をとることによって瞳面に換算した場合における平坦な透過率分布を達成することができる。
【0060】
図14(b)は、透過率補正目標量の計算例を瞳面における半径(r)と透過率変動量(ΔT)との関係として表したグラフである。光軸が通る中心を基準として半径が増大するに従って透過率を減少させる必要があることがわかる。
【0061】
図13に戻って、次に対象レンズによる担当補正量を算出する(ステップS25)。これは、ステップS24で得た透過率補正目標量を対象レンズの面数に対応する負担分に分割したものであり、各面に形成される反射防止膜による透過率補正の目標量となっている。例えば、対象レンズが1つであり、その一対の光学面に形成する一対の反射防止膜の双方によって透過率補正を行う場合、各担当補正量は、ステップS24で得た透過率補正目標量の平方根又は近似的に半分とする。もっとも、両反射防止膜による補正負担率は、上記に限らず適当な比率とできることは言うまでもない。
【0062】
図14(c)は、担当補正量の計算例を瞳面における半径(r)と透過率変動量(ΔT)との関係として表したグラフである。図14(b)の場合と比較すると、透過率の変化量が半分の値となっている。
【0063】
図13に戻って、次に対象レンズによる担当補正量を達成する反射防止膜の光学設計値を行う(ステップS26)。具体的には、反射防止膜の初期条件として予め適当な膜構成、光学膜厚等の初期パラメータを設定する。これは、オペレータが入力してもよいが、制御装置45側で使用波長を考慮して適宜選択したものとすることができる。次に、投影レンズについて光線追跡を行うことによって、対象レンズの各点での平均入射角度を求め、この平均入射角度に起因して反射防止膜によって発生する透過率の増加を、瞳面上に換算した2次元分布として計算し、このようにして得た透過率増加を達成補正量として算出する。このような達成補正量は、反射防止膜の初期パラメータを徐々に変更して新たな膜構成、光学膜厚等とした修正パラメータで繰返し計算され、目標値である担当補正量に最も近似する最適値が決定される。例えば達成補正量が、担当補正量に対して、予め定めた偏差量である2乗平均値(RMS)以下に近似していれば処理を終了することができる。以上のような担当補正量の計算は、対象レンズの数やその面数に応じた回数だけ繰り返され、各反射防止膜による達成補正量を積算したものがステップS24で得た透過率補正目標量となるように最適化のシミュレーションが繰り返される。
【0064】
図14(d)は、達成補正量を積算値と瞳面内透過率ムラとを、瞳面における半径(r)と透過率変動量(ΔT)との関係として表したグラフである。二点鎖線は瞳面内透過率ムラを示し、破線は、達成補正量の積算値を示す。実線は、反射防止膜の効果を示しており、二点鎖線と破線の積算値、すなわち達成補正量の積算値による瞳面内透過率ムラの補正後の透過特性を示す。このような補正後の透過特性は、投影レンズが半導体露光装置等に組み込まれるものである場合、その変動幅が3%以下であることが望ましい。
【0065】
一方、図3のステップS12で自動設計が選択されなかった場合、投影レンズを構成するいずれかのレンズ要素を対象レンズとして選択することオペレータに指示する(ステップS31)。この際、瞳面内透過率ムラの補正を目的とするので、瞳面から像側で効果的と認められるレンズ要素が入出力装置45bを介して選択される。
【0066】
次に、ステップS31で選択した対象レンズを除いた残りのレンズ要素等による斜入射の効果の総和を瞳面内透過率ムラとして評価する(ステップS32)。この処理は、既に説明したステップS23での処理と同様である。
【0067】
次に、透過率補正目標量や対象レンズによる担当補正量を入力することをオペレータに指示する(ステップS33)。ステップS24,25では、透過率補正目標量や担当補正量を投影レンズの設計値に基づいて計算したが、この場合、当業者であるオペレータの推測や直感に基づいて透過率補正目標量や担当補正量を人為的に設定させる。
【0068】
最後に、対象レンズによる担当補正量を達成する反射防止膜の光学設計値を行う(ステップS34)。この処理は、既に説明したステップS26での処理と同様である。この処理において、対象レンズの数やその面数に応じた回数だけ担当補正量の計算が繰り返され、各反射防止膜による達成補正量を積算したものが透過率補正目標量となるように最適化のシミュレーションが繰り返される。
【0069】
以上のような、反射防止膜の設計により、瞳面内透過率ムラの少ない投影レンズを実現することができる。このようにして得た反射防止膜の設計値は、記憶装置45cに保管され、成膜装置本体41による成膜工程の管理に利用される。
【0070】
〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態である投影露光装置について、図面に参照しつつ説明する。
【0071】
図15は、上述の第1実施形態等で構造や製造を説明したレンズを用いた投影露光装置の基本構造を示す。この投影露光装置は、フォトレジストでコートされたウェハー上にレチクルのパターンのイメージを投影するための、ステッパと呼ばれるような投影露光装置に特に応用される。
【0072】
図15に示すように、本実施形態の投影露光装置は少なくとも、▲1▼感光剤を塗布した基板(ウェハー)Wを表面301aに置くことのできるウェハーステージ301,▲2▼露光光として用意された波長の真空紫外光を用意されたマスク(レチクルR)のパターンに照射する照明光学系150,▲3▼照明光学系150に露光光を供給するための光源180,▲4▼基板W上にマスクRに形成されたパターンのイメージを投影するためのマスクRが配置された最初の表面P1(物体面)と、基板Wの表面と一致させた二番目の表面P2(像面)との間に置かれ、基板W上にマスクRのパターンを転写するための投影光学系400,▲5▼投影露光装置の全系を統括的に制御して動作させる主制御部500を含む。
【0073】
ここで、ウェハーステージ301は、ステージ駆動系300に駆動されて、基板Wを投影光学系400に対して3次元的に移動させる。照明光学系150は、マスクRと基板Wとの間の相対位置を調節するためのアライメント光学系151も含んでおり、マスクRはウェハーステージ301の表面に対して平行に動くことのできるレチクルステージ201に配置される。レチクル交換系200は、レチクルステージ201にセットされたレチクル(マスクR)を交換し運搬する。レチクル交換系200は、ウェハーステージ301の表面301aに対してレチクルステージ201を平行に動かすためのステージドライバーを含んでいる。投影光学系400は、スキャンタイプの露光装置に応用されるアライメント光学系(不図示)を有している。
【0074】
そして、本実施形態の投影露光装置は、第1実施形態等で構造や製造を説明したレンズを使用したものである。具体的には、図15に示した投影露光装置は、照明光学系150の光学レンズ153、及び/又は投影光学系400の光学レンズ401として、図1のレンズ10又はこれに変更を加えたレンズを備えることが可能である。この場合、光学レンズ401によって透過率ムラの発生を防止するこことができ高い露光解像度を得ることができるので、大きなNAの投影露光装置において、高輝度で高精度の投影露光が可能になる。
【0075】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、反射防止膜14,15を3層構造としているが、これに限るものではなく、2層以下或いは4層以上とすることができる。その際、レンズ本体12上に最初に形成する膜は、光学アドミッタンスの観点からすると低屈折率膜の成膜から開始する方が光学設計を通常簡単なものとするが、高屈折率膜の成膜から開始してその上に順次積層することも可能である。
【0076】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る光学素子によれば、垂直入射透過率に比較して斜入射透過率が相対的に高くなる負の特性を有する反射防止膜を組み込んでいるので、透過率ムラとりわけ瞳面内透過率ムラの発生を抑えることができ、良好な結像特性を有する投影レンズ等を提供することができる。
【0077】
また、本発明に係るレンズ系によれば、着目するレンズ要素を構成する光学部材や他のレンズ要素によって生じた透過率ムラを補償してその分布を平坦化することができるので、瞳面内透過率ムラ等の透過率ムラの発生を抑えることができ、良好な結像特性を有する投影レンズ等を提供することができる。
【0078】
また、本発明に係るレンズ系の設計方法によっても、着目するレンズ要素を構成する光学部材や他のレンズ要素によって生じた透過率ムラを補償してその分布を平坦化することができるので、瞳面内透過率ムラ等の透過率ムラの発生を抑えることができ、良好な結像特性を有する投影レンズ等を提供することができる。
【0079】
また、本発明に係る投影露光装置によれば、紫外域で瞳面内透過率ムラ等の少ない良好な結像特性を有する投影光学系によって高精度の投影露光が可能になる。
【0080】
また、本発明に係る別の投影露光装置によれば、紫外域で照度ムラの少ない良好な照明特性を有する照明光学系によって高精度の投影露光が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の光学素子であるレンズの断面構造を説明する図である。
【図2】図1のレンズの透過率特性を概念的に説明するグラフである。
【図3】図1に示すレンズ10の役割について説明する概念図である。
【図4】各実施例の反射防止膜の構成図である。
【図5】第1実施例の反射防止膜の193nmでの反射角度特性である。
【図6】第1実施例の反射防止膜の193nmでの透過角度特性である。
【図7】第2実施例の反射防止膜の193nmでの反射角度特性である。
【図8】第2実施例の反射防止膜の193nmでの透過角度特性である。
【図9】第3実施例の反射防止膜の157nmでの反射角度特性である。
【図10】第3実施例の反射防止膜の157nmでの透過角度特性である。
【図11】第4実施例の反射防止膜の193nmでの反射角度特性である。
【図12】図1に示すレンズを製造するための第2実施形態の装置を示すブロック図である。
【図13】図12に示す制御装置によって実行されるAR膜設計プログラムを説明するフローチャートである。
【図14】(a)〜(d)は、図13における処理の一部を視覚的に説明するグラフである。
【図15】第3実施形態の投影露光装置の基本構成を示す構成図である。
【符号の説明】
10…レンズ、 10a…中心部分、 10b…周辺部分、 12…レンズ本体、 12a,12b…入出射面、 14,15…反射防止膜、 41…成膜装置本体、 41h…駆動制御装置、 45…制御装置、 45e…インターフェース、110a〜110d…レンズ要素、IP…像面、OA…光軸、OP…物体面、P1…表面、P2…表面、PP…瞳面TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical element applied to an optical system of a projection exposure apparatus such as a semiconductor exposure apparatus, a lens system incorporating such an optical element, a design method thereof, and a projection exposure apparatus incorporating such an optical element. Things.
[0001]
[Prior art]
In recent years, in order to increase the degree of integration of semiconductor elements, there is an increasing demand for a high-resolution reduction projection type semiconductor exposure apparatus (stepper). Generally, the resolution R of photolithography is
R = k · λ / NA
Is represented by Here, k is a proportionality constant, and λ and NA are an exposure wavelength and a numerical aperture of the optical system, respectively.
[0002]
As is clear from the above resolution equation, one method of increasing the resolution of photolithography using a stepper is to shorten the wavelength of the light source. Recently, a stepper using a high-power laser as a light source capable of oscillating light in a shorter wavelength range than a conventionally used mercury lamp has begun to be put into practical use. The wavelength has been shortened from a KrF excimer laser (λ ≒ 248 nm) to an ArF excimer laser (λ ≒ 193 nm). 2 There is a laser (λ ≒ 157 nm).
[0003]
In an optical system of a stepper used in such a short wavelength region, an antireflection film is formed on various optical element surfaces in order to reduce a light amount loss, a flare, a ghost, and the like due to surface reflection of an optical element such as a lens. Is common. At this time, if the optical thin film is formed of a film material having a large absorption or a low laser resistance with respect to light in such a short wavelength range, a loss of light amount due to absorption, film destruction due to absorption heat generation, a change in substrate surface, and the like are caused. This is a major disadvantage for steppers. For this reason, it is desirable that the film material used has low absorption and high laser resistance. Film materials that can be used at the laser wavelength are mainly magnesium fluoride (MgF 2 ) Or silicon oxide (SiO 2 ), But the types are limited. Similarly, the material of a substrate used for an optical element such as a lens is limited to a fluorine compound crystal such as fluorite or quartz glass. It is known that such a limitation on the substrate material and the film material becomes more significant as the wavelength of the light source becomes shorter. 2 Only a part of the fluoride can be used at the wavelength, and it is not easy to shorten the wavelength of the stepper.
[0004]
On the other hand, according to the above-described resolution equation, another method of increasing the resolution of photolithography by a stepper is to increase the NA of the projection lens in the stepper optical system. Since NA is the sine (sin θ) of the maximum incident angle (θ) of the exposure light beam with respect to the radiation direction on the exposure target (such as a silicon wafer), increasing the NA implies the light on the surface of each lens element. This means that the light incident angle is also wider. That is, when the NA of the stepper optical system is increased, the antireflection film used in the stepper optical system needs to have an antireflection effect for a wider incident angle.
[0005]
By the way, in the stepper optical system, there is transmittance unevenness as a required performance. There are two types of transmittance unevenness, one of which is transmittance unevenness in the image plane, and the other is transmittance unevenness in the pupil. Both are desirably flat. For example, if the transmittance non-uniformity characteristic in the image plane is not flat, the exposure may be insufficient depending on the position of the image plane. Adversely affects the exposure resolution. It is generally difficult to produce a wide-incidence-angle anti-reflection film that satisfies the performance required for such a high NA, because the film material is limited. In particular, the reflectance at oblique incidence tends to increase ( Patent Document 1).
[0006]
In addition, the radius of curvature of the lens element tends to decrease with an increase in NA. Generally, the film thickness around the lens tends to be thinner than the lens vertex. In that case, the anti-reflection characteristics around the lens deteriorate, and the transmittance is more likely to further decrease.
[0007]
Due to the above situation, the general tendency is that the transmittance of light passing around the lens is lower than that of light passing through the center of the lens, and the transmittance of light obliquely incident is lower than that of vertically incident light. Occurs. This tendency results in a decrease in the transmittance around the image in the image plane as compared with the center of the image, and a decrease in the transmittance around the pupil relative to the center of the pupil in the pupil. That is, the illuminance around the exposure target decreases, and the exposure resolution at a high incident angle decreases.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-9-329702
[Problems to be solved by the invention]
Among the transmittance unevenness of the stepper optical system as described above, the transmittance unevenness in the image plane can be corrected to some extent by controlling the unevenness of the illuminance by the illumination optical system. However, since it is necessary to perform the operation in the projection lens, there are many difficult points due to space limitations.
[0009]
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide an optical element and the like in a stepper optical system, in which transmittance unevenness characteristics are flat and exhibit good imaging performance. I do.
[0010]
[Means for solving the problem]
In order to solve the above-mentioned problems, an optical element according to a first aspect of the present invention includes an optical member having a light transmitting property, and an oblique incidence transmittance at a predetermined oblique incidence angle formed on a predetermined incident / exit surface of the optical member. And an antireflection film having an optical property that is higher than the normal incidence transmittance.
[0011]
Since the antireflection film provided on the optical element has optical characteristics such that the oblique incidence transmittance at a predetermined oblique incidence angle is higher than the normal incidence transmittance, the transmittance unevenness caused by the optical member and other optical elements is reduced. The distribution can be flattened by compensation. That is, in general, in a stepper optical system or the like, the transmittance of light passing around the lens tends to be lower than that of light passing through the center of the lens. By incorporating an antireflection film having a negative characteristic that is higher than that of the first embodiment, it is possible to suppress the occurrence of transmittance unevenness, particularly, the transmittance unevenness in the pupil plane, and to provide a projection lens or the like having good imaging characteristics. it can.
[0012]
An optical element according to a second aspect of the present invention is the optical element according to the first aspect, wherein the antireflection film has an oblique incidence angle when the predetermined oblique incidence angle is in a predetermined range of 30 ° or more. It has optical characteristics in which the transmittance is 2% or more higher than the normal incidence transmittance. In this case, the transmittance unevenness can be reliably corrected by the antireflection film.
[0013]
In an optical element according to a third aspect, in the optical element according to the first aspect, the optical member is a lens body. In this case, it is possible to effectively prevent dimming around the lens where the oblique incidence angle tends to be large.
[0014]
The optical element according to a fourth aspect is the optical element according to the first to third aspects, wherein the antireflection film includes a multilayer film in which a plurality of layers having different refractive indices are stacked, and the plurality of layers are formed. The difference between the oblique incidence transmittance and the normal incidence transmittance is adjusted by setting the optical film thickness. In this case, by the optical design of the multilayer film, optical characteristics having a relatively high oblique incidence transmittance can be easily given, and the degree of freedom of the correction range of the transmittance unevenness can be increased.
[0015]
Further, a lens system according to a fifth aspect includes a plurality of lens elements, and an antireflection film formed on a predetermined incident / exit surface of at least one of the plurality of lens elements. Transmittance adjusting means for adjusting a two-dimensional transmittance distribution of the lens element with respect to the transmitted light in accordance with the incident angle of the transmitted light.
[0016]
In the above lens system, the transmittance adjusting means adjusts the two-dimensional transmittance distribution of the transmitted light with respect to at least one lens element in accordance with the incident angle of the transmitted light. The unevenness in transmittance caused by the lens element can be compensated and its distribution can be flattened. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of transmittance unevenness due to the lens system, in particular, the occurrence of transmittance unevenness in the pupil plane, and to provide a lens system such as a projection lens having good imaging characteristics.
[0017]
The lens system according to a sixth aspect of the present invention is the lens system according to the fifth aspect, wherein the transmittance adjusting means has an optical characteristic in which the oblique incidence transmittance at a predetermined oblique incidence angle is higher than the normal incidence transmittance. It is an antireflection film having: In this case, not only the reflection loss can be reduced by the unavoidable anti-reflection film, but also the function of adjusting the transmittance distribution is provided by the anti-reflection film, so that the configuration of the lens system can be simplified. A high-performance lens system can be easily provided. By appropriately adjusting the layer configuration of the antireflection film, various transmittance distributions can be formed with respect to the distribution of the incident angle.
[0018]
In a lens system according to a seventh aspect, in the lens system according to the sixth aspect, the at least one lens element is selected from one or more lens elements at which the oblique incident angle of transmitted light is greatest. In this case, since the transmittance distribution can be adjusted by the most effective lens element among the lens elements constituting the lens system, the design of the antireflection film is simplified.
[0019]
The lens system according to an eighth aspect is the lens system according to the sixth aspect, wherein the lens system is a projection lens, and the at least one lens element is closer to an exit side than a pupil plane of the projection lens. Placed in Since lens elements arranged on the exit side of the pupil plane of the projection lens generally tend to directly affect the transmittance unevenness in the pupil plane, such lens elements have an oblique incidence transmittance that is relatively high. By forming an antireflection film having characteristics, it is possible to effectively correct the transmittance unevenness in the pupil plane.
[0020]
Further, in the lens system according to the ninth aspect, in the lens system according to the eighth aspect, the flatness of the transmittance unevenness is within 3% in a variation width. In this case, the exposure using the projection lens becomes extremely uniform.
[0021]
A lens system designing method according to a tenth aspect of the present invention is the lens system designing method according to the fifth to ninth aspects, wherein at least one of the plurality of lens elements which is a determination target of transmittance distribution adjustment is determined. Selecting one target element, calculating an incident angle range of a light beam incident on the target element, and adjusting an optical characteristic of an antireflection film formed on the target element based on the incident angle range. Determining whether the adjustment amount of the transmittance distribution is within a predetermined range. Here, the “optical properties of the antireflection film” include various conditions such as the number of layers of the antireflection film and the optical film thickness.
[0022]
In the above-described lens system design method, by adjusting the optical characteristics of the antireflection film formed on the target element based on the incident angle range, it is determined whether or not the adjustment amount of the transmittance distribution is within a predetermined range. Since the determination is made, it is possible to design a lens system in which the distribution of the transmittance is flattened by compensating for the transmittance unevenness caused by the optical member constituting the lens element of interest and other lens elements. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of transmittance unevenness due to the lens system, in particular, the occurrence of transmittance unevenness in the pupil plane, and to provide a lens system such as a projection lens having good imaging characteristics.
[0023]
The lens system designing method according to an eleventh aspect of the present invention is the lens system designing method according to the tenth aspect, wherein the adjustment amount of the transmittance distribution is different from the transmittance distribution by the other lens elements except the target element. Are set to approximate the amount that cancels out the effect on In this case, it is possible to provide a lens system such as a projection lens having good image forming characteristics and having little transmittance unevenness such as transmittance unevenness in the pupil plane as a whole.
[0024]
In a lens system designing method according to a twelfth aspect, in the lens system designing method according to the eleventh aspect, the step of selecting the target element includes the step of selecting a transmittance distribution among the lens elements constituting the lens system. This determines the lens element that has the greatest influence on the lens. In this case, since the transmittance distribution can be adjusted by the most effective lens element among the lens elements constituting the lens system, the design of the antireflection film is simplified.
[0025]
Further, a method for manufacturing a lens system according to a thirteenth invention manufactures a lens based on data determined by the method for designing a lens system according to the first to tenth inventions. In this case, a lens system such as a projection lens having good imaging characteristics can be provided.
[0026]
A projection exposure apparatus according to a fourteenth aspect of the present invention is an apparatus for projecting and exposing a pattern image of a mask onto a substrate using a projection optical system, and illuminating the mask with ultraviolet light such as vacuum ultraviolet as exposure light. And a projection optical system that includes the optical element according to the first to fourth inventions and forms a pattern image of the mask on a substrate.
[0027]
In the projection exposure apparatus, since the projection optical system for forming the pattern image of the mask on the substrate includes the optical elements according to the first to fourth aspects, a good pupil plane transmittance non-uniformity and the like in the ultraviolet region is reduced. High-precision projection exposure is made possible by a projection optical system having imaging characteristics.
[0028]
A projection exposure apparatus according to a fifteenth invention is an apparatus for projecting and exposing a pattern image of a mask onto a substrate using a projection optical system, and includes an optical element according to the first to fourth inventions, An illumination optical system for illuminating the mask with ultraviolet rays such as ultraviolet rays as exposure light, and a projection optical system for forming a pattern image of the mask on a substrate.
[0029]
In the projection exposure apparatus, since the illumination optical system that illuminates the mask with ultraviolet light as the exposure light includes the optical element according to the first to fourth inventions, the illumination optical system has good illumination characteristics with less illuminance unevenness in the ultraviolet region. This enables high-precision projection exposure.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, an optical element according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0031]
FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a lens 10 that is an optical element according to the first embodiment. The lens 10 has a lens body 12 which is a lens-shaped optical member for ultraviolet light or the like, and antireflection films 14 and 15 formed on a pair of entrance / exit surfaces 12a and 12b of the lens body 12. . Here, the lens body 12 can have desired light-collecting characteristics with respect to incident light by setting the curvature of the entrance / exit surfaces 12a and 12b. In this case, the light beam L <b> 1 incident on the central portion 10 a of the lens 10 along the optical axis OA is incident perpendicularly on the antireflection film 14. On the other hand, the light beam L2 incident on the peripheral portion 10b of the lens 10 along the optical axis OA obliquely enters the antireflection film 14 at a large angle θ. Further, the light beam L2 that has passed through the anti-reflection film 14 enters the anti-reflection film 15 at a larger angle. That is, when the lens 10 is used for condensing, the light incident on the central portion 10a is almost vertically incident, and the light incident on the peripheral portion 10b is more likely to be obliquely incident.
[0032]
FIG. 2 is a graph illustrating transmittance characteristics of the lens 10 of FIG. In this graph, the horizontal axis indicates the incident angle θ, and the vertical axis indicates the transmittance T. The solid line shows the transmission characteristics of the lens 10 of the present embodiment, and the one-dot chain line shows the transmission characteristics of the lens of the comparative example provided with the conventional antireflection film. As is clear from the graph, the lens 10 of the embodiment has a structure in which the transmittance gradually increases as the incident angle increases. On the other hand, in the lens of the comparative example, the transmittance gradually decreases as the incident angle increases. In other words, this lens 10 is different from a normal lens, and the transmittance increases as the incident angle to the lens 10 increases, and it can be said that the lens 10 has a negative incident angle characteristic.
[0033]
Although the transmittance of the lens of the comparative example decreases as the incident angle to the lens increases, this is because the conventional antireflection film minimizes the reflectance at normal incidence. Is designed to maintain a low reflectance in the widest possible angle range. In other words, the conventional antireflection film is designed on the basis of normal incidence, and does not sufficiently consider under what conditions the target lens is actually used. Here, if an antireflection film whose transmittance does not depend on the incident angle, that is, an antireflection film having a constant reflectance over a wide incident angle range can be manufactured, the two-dimensional transmittance unevenness in the light flux passing through the lens is theoretically possible. Will not occur. However, it is practically difficult to realize such an antireflection film having no incident angle dependence without a decrease in transmittance. Particularly, in a lens system such as a projection optical system including a plurality of lens elements, if an anti-reflection film having no or little incidence angle dependence is formed on each lens element, transmission loss is extremely increased. become.
[0034]
On the other hand, in the present embodiment, when the light beam incident on the lens 10 is obliquely incident light, its transmittance is made larger than that in the case of vertically incident light. In other words, the dimming of the peripheral portion formed by a lens different from the lens 10 of the embodiment of interest and the luminance distribution of the light source, etc., is an anti-reflection property in which the transmittance increases at the periphery, that is, the transmittance decreases by oblique incidence. Compensation is performed by the lens 10 having a negative incident angle characteristic. Accordingly, in a lens system such as a projection optical system including a plurality of lens elements, the transmittance unevenness, that is, the transmittance unevenness in the pupil plane and the transmittance unevenness in the image plane can be achieved without substantially increasing the transmission loss of the lens system. Can be reliably prevented, and high-precision imaging, exposure, and the like can be performed.
[0035]
In the lens 10 as shown in FIG. 1, in order to realize a negative incident angle characteristic in which the transmittance is reduced by oblique incidence, the optical design values of the antireflection films 14 and 15 formed on the surface of the lens body 12 are realized. Is gradually optimized, for example, by simulation. Specifically, the transmittance of obliquely incident light is made larger than the transmittance of vertically incident light by appropriately adjusting the optical film thickness and the number of layers in each of the multilayer films constituting the antireflection films 14 and 15. The transmittance distribution with respect to the incident angle can be freely adjusted within a certain range. At this time, by calculating in advance the incident angle of the light beam incident on each part of the target lens 10, a desired two-dimensional transmittance distribution (specifically, a transmittance of approximately 100% around the lens 10). (Distribution indicating a transmittance reduction of several percent at the center of the lens), the antireflection films 14 and 15 can be designed.
[0036]
The lens body 12 of the lens 10 shown in FIG. 1 is produced by appropriately grinding and polishing various glass materials. When the light used is ultraviolet light, quartz glass or fluorite is used as the material. You. Further, the antireflection films 14 and 15 have a configuration in which a low refractive index layer and a high refractive index layer are sequentially laminated on the surface of the lens body 12.
[0037]
Here, the low-refractive-index layer refers to a layer having a refractive index lower than the refractive index of the lens body 12 and is made of magnesium fluoride (MgF 2 ), Aluminum fluoride (AlF 3 ), Sodium fluoride (NaF), lithium fluoride (LiF), calcium fluoride (CaF 2 ), Barium fluoride (BaF 2 ), Strontium fluoride (SrF 2 ), Cryolite (Na 3 AlF 6 ), Thiolite (Na 5 Al 3 F 16 ), Silicon oxide (SiO 2 :) or a mixture thereof. Since the low refractive index layer is usually formed on the surface of the lens body 12, the low refractive index layer has two or more layers. In this case, the low-refractive-index layers may use the same type of low-refractive-index material, but a desired antireflection effect can be obtained even if different low-refractive-index materials are used. The high-refractive-index layer refers to a layer having a refractive index higher than the refractive index of the lens body 12, and when the used light is ultraviolet light, neodymium fluoride (NdF 3 ), Lanthanum fluoride (LaF 3 ), Gadolinium fluoride (GdF 3 ), Dysprosium fluoride (DyF 3 ), Yttrium fluoride (YF 3 ), Lead fluoride (PbF 2 ), Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) Or a mixture thereof. When two or more high-refractive-index layers are used, each high-refractive-index layer may use the same kind of high-refractive-index material, but the desired antireflection effect can be obtained even when different high-refractive-index materials are used. Obtainable. These high and low refractive index films are formed by a known technique such as a vacuum deposition method, a sputtering method, and an ion plating method.
[0038]
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the role of the lens 10 shown in FIG. The illustrated lens system 110 is a double-sided telecentric type projection lens that projects an object as an image having a desired magnification, and includes, for example, four lens elements 110a to 110d.
[0039]
As is clear from the figure, the two-dimensional positions of the lens elements 110a and 110b arranged on the object plane OP side of the pupil plane PP are close to the object plane OP, so that the two-dimensional positions of the object plane OP are different. High correlation with position. For example, consider a case where a two-dimensional transmittance distribution is formed in which light is increased or decreased in the peripheral portion due to the angle of incidence on the incident lens 110a facing the object plane OP. In this case, since such a two-dimensional transmittance distribution is directly reflected on the image plane IP, illuminance non-uniformity occurs in which light is increased or dimmed in a peripheral portion in the image plane IP.
[0040]
On the other hand, the two-dimensional positions of the lenses 110c and 110d arranged on the image plane IP side of the pupil plane PP are close to the image plane IP, so that the two-dimensional positions in the pupil plane PP, that is, the projected projections High correlation with the incident angle of light. For example, let us consider a case where a two-dimensional transmittance distribution is formed in which light is increased in the peripheral portion due to the angle of incidence on the exit lens 110d facing the image plane IP. In this case, since such a two-dimensional transmittance distribution is directly reflected on the pupil plane PP, the projection light increases as the incident angle increases with respect to the center light L11 along the optical axis OA, and the incident angle decreases. The illuminance non-uniformity at which the maximum outer edge light L21 becomes the maximum increase occurs. Conversely, it is assumed that a two-dimensional transmittance distribution is formed in which light is dimmed in the peripheral portion due to the angle of incidence on the exit lens 110d facing the image plane IP. In this case, as the incident angle increases with respect to the center light L11, the projection light decreases, and the illuminance non-uniformity in which the outer edge light L21 at which the incident angle becomes the maximum becomes the maximum dimming occurs.
[0041]
In summary, the lens arranged on the image side of the pupil plane PP typified by the entrance lens 110a generates in-image transmittance unevenness and is arranged on the object side of the pupil plane PP typified by the exit lens 110d. The generated lens causes transmittance unevenness in the pupil plane. Conversely, by setting the antireflection film such as the lens 110a disposed on the object side of the pupil plane PP to have a transmittance distribution as shown by a solid line in FIG. Can be canceled, and the illuminance distribution on the image plane IP can be made substantially uniform. In addition, the antireflection film such as the lens 110d disposed on the image side of the pupil plane PP has a transmittance distribution as shown by the solid line in FIG. Can be canceled, the illuminance distribution on the pupil plane PP can be made substantially uniform, and a difference in resolution depending on the incident direction of the projection light can be prevented.
[0042]
Hereinafter, specific examples will be described. In the following examples, an antireflection film 114 was formed on a flat substrate 112 as shown in FIG. 4 to simplify the evaluation of the transmittance distribution. The structure of the antireflection film 114 includes a first layer 114a having a low refractive index, a second layer 114b having a high refractive index, and a third layer 114c having a low refractive index, which are common to all the embodiments. A layer structure was adopted.
[0043]
[First embodiment]
Medium: air
Third layer: MgF 2 (Optical film thickness 0.30λ 0 )
Second layer: LaF 3 (Optical film thickness 0.30λ 0 )
First layer: MgF 2 (Optical film thickness 0.30λ 0 )
Substrate: quartz glass
Where λ 0 Is the design center wavelength of the light used and can be set arbitrarily. 0 = 193 nm. Quartz glass for substrate 112, MgF for first and third layers 2 , And LaF of the second layer 3 Have a refractive index of 1.55, 1.42, and 1.69, respectively.
[0044]
FIG. 5 shows the reflection angle characteristics at λ = 193 nm of the antireflection film 114 of the first embodiment, and FIG. 6 shows the transmission angle characteristics. As is apparent from FIG. 5, the reflectance of the light of λ = 193 nm is about 4% at the incident angle θ = 0 °, but is less than 1% near the incident angle θ = 50 °. FIG. 6 shows that the transmittance is about 96% at the incident angle θ = 0 °, and 99% or more near the incident angle θ = 50 °. When the incident angle θ is 30 ° or more, the transmittance is improved by about 2% or more as compared with the normal incidence. By incorporating the substrate 112 and the antireflection film 114 of the first embodiment into the lens system 110 as, for example, the exit lens 110d of FIG. 3, it is expected that the transmittance unevenness in the pupil plane is improved by about 3%.
[0045]
[Second embodiment]
Medium: air
Third layer: MgF 2 (Optical film thickness 0.30λ 0 )
Second layer: LaF 3 (Optical film thickness 0.29λ 0 )
First layer: MgF 2 (Optical film thickness 0.30λ 0 )
Substrate: fluorite
In the second embodiment, as in the first embodiment, λ 0 = 193 nm, but the material of the substrate 112 is fluorite. Quartz glass for substrate 112, MgF for first and third layers 2 , And LaF of the second layer 3 Have a refractive index of 1.50, 1.42, and 1.69, respectively.
[0046]
FIG. 7 shows the reflection angle characteristics at λ = 193 nm of the antireflection film 114 of the second embodiment, and FIG. 8 shows the transmission angle characteristics. As is clear from FIG. 7, the reflectance of the light of λ = 193 nm is about 4% at the incident angle θ = 0 °, but is less than 1% near the incident angle θ = 50 °. From FIG. 8, it can be seen that the transmittance is about 96% at the incident angle θ = 0 °, and 99% or more near the incident angle θ = 50 °. When the incident angle θ is 30 ° or more, the transmittance is improved by about 2% or more as compared with the normal incidence. By incorporating the substrate 112 and the antireflection film 114 of the second embodiment into the lens system 110 as, for example, the exit lens 110d of FIG. 3, it can be expected that the transmittance unevenness in the pupil plane is improved by about 2%.
[0047]
[Third embodiment]
Medium: air
Third layer: MgF 2 (Optical film thickness 0.30λ 0 )
Second layer: LaF 3 (Optical film thickness 0.27λ 0 )
First layer: MgF 2 (Optical film thickness 0.32λ 0 )
Substrate: fluorite
In the third embodiment, λ 0 = 157 nm. The material of the substrate 112 is fluorite. Fluorite, MgF 2 , And LaF 3 Have a refractive index of 1.56, 1.47, and 1.81, respectively.
[0048]
FIG. 9 shows the reflection angle characteristics of the antireflection film 114 of the third embodiment at λ = 157 nm, and FIG. 10 shows the transmission angle characteristics. As is clear from FIG. 9, the reflectance for light of λ = 157 nm is about 5% at the incident angle θ = 0 °, but is about 1% near the incident angle θ = 50 °. From FIG. 10, it can be seen that the transmittance is about 95% at the incident angle θ = 0 °, and is about 99% near the incident angle θ = 50 °. When the incident angle θ is 30 ° or more, the transmittance is improved by about 2% or more as compared with the normal incidence. By incorporating the substrate 112 and the antireflection film 114 of the third embodiment into the lens system 110 as, for example, the exit lens 110d of FIG. 3, it can be expected to improve the transmittance unevenness in the pupil plane by about 4%.
[0049]
[Fourth embodiment]
The fourth embodiment is a modification of the first embodiment, and the materials of the substrate and the first to third layers are the same as those of the first embodiment. In this case, the optical film thickness of each of the layers 114a, 114b, and 114c is similarly changed by a small amount in three stages, and the correction amount by the antireflection film 114 is adjusted. At this time, the setting of the optical film thickness of each layer 114a, 114b, 114c was as shown in Table 1 below.
[Table 1]
Figure 2004271544
FIG. 0 = 193 nm. As is clear from the graph, the optical film thickness indicated by the solid line is 0.29λ. 0 In the first case, the change width Δ of the reflectivity is about 2%, and the optical film thickness 0.30λ 0 In the second case (corresponding to the first embodiment), the change width Δ of the reflectivity is about 3%, and the optical film thickness 0.31λ shown by the dotted line. 0 In the third case, the change width Δ of the reflectance is about 4%. That is, it is understood that the width of change Δ, that is, the correction amount can be controlled by slightly changing the film thickness. Even if there is uneven transmittance that exceeds the correction amount, it can be expected that the uneven transmittance can be appropriately corrected by applying such an antireflection film 114 to a plurality of surfaces. Here, the plurality of surfaces means not only the other surface of the lens of interest but also the surfaces of other lenses constituting the lens system.
[0050]
[Second embodiment]
Hereinafter, a method and an apparatus for manufacturing an optical element according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0051]
FIG. 12 is a block diagram showing an apparatus for manufacturing the lens 10 and the like shown in FIG. This device 40 is for manufacturing the antireflection film 14 of the lens 10 and includes a film forming device main body 41 and a control device 45 for controlling the operation thereof.
[0052]
The film forming apparatus main body 41 is a known film forming apparatus such as an electron beam vapor deposition apparatus that forms the antireflection film 14 made of a multilayer film on the entrance / exit surface of the lens body 12. The film forming apparatus main body 41 holds the lens main body 12 and rotates and revolves the lens main body 12, first and second evaporation sources 41c and 41d capable of selectively switching the evaporation material, and both evaporation sources 41c and 41d. An aperture plate 41f is disposed above 41d to control the diffusion direction of the evaporating substance from both evaporation sources 41c and 41d, and a drive controller 41h to control the operation of the holder 41a and the evaporation sources 41c and 41d. In the film forming apparatus main body 41, the lens main body 12 can revolve around itself by the holder 41a, and the diffusion direction of the evaporated substance can be controlled by the opening provided in the aperture plate 41f. A well-balanced film can be formed on the entire surface of the lens body 12 and the antireflection film 14 having a uniform thickness can be formed over the entire surface of the lens body 12 (see FIG. 1). The two evaporation sources 41c and 41d are designed to be driven by the drive control device 41h so that the evaporation material can be switched at an appropriate timing, and two or more films having different refractive indexes can be sequentially laminated. Will be possible.
[0053]
The control device 45 is a computer including a CPU 45a, an input / output device 45b, a storage device 45c, a display device 45d, an interface 45e, and the like. Here, the CPU 45a can mutually exchange data with the input / output device 45b, the storage device 45c, the display device 45d, and the interface 45e. The CPU 45a reads out predetermined programs and data from the storage device 45c and the like based on instructions from the input / output device 45b, that is, the operator, and executes various processes based on these programs and data. Specifically, by activating the AR film design program, the design value of the film structure of the antireflection film 14 to be formed on the lens body 12 is calculated, and by activating the AR film production program, 41 is operated to form the antireflection film 14 having a film structure corresponding to the design value. The interface 45e has a role of interposing between the control device 45 and the film forming apparatus main body 41. For example, data related to the data is output to the CPU 45a.
[0054]
FIG. 13 is a flowchart for briefly explaining the outline of the AR film design program executed by the control device 45. First, lens data of each lens constituting the projection lens is extracted (step S11). The projection lens is not limited to the lens system 110 illustrated in FIG. 3, but may be composed of various lens elements, and is appropriately optically designed in advance so as to have a magnification, a resolution, and the like according to the purpose. Things. In this case, the projection lens is not limited to the lens, but may be a lens incorporating a flat glass. Next, an instruction from the operator is received using the input / output device 45b or the display device 45d, and it is determined which of automatic design and non-automatic design has been requested (step S12).
[0055]
When automatic design is selected in step S12, the incident angle range of each lens element on the image side from the pupil plane constituting the projection lens is calculated (step S21). For this incident angle range, ray tracing is performed on the projection lens, the incident angle range of each light beam passing through each point of the target lens element is calculated, and the incident angle representing the correlation between the distance from the center and the maximum incident angle The data is stored in the storage device 45c as a table.
[0056]
Next, the lens element having the maximum oblique incidence that gives the maximum incidence angle is selected as the target lens from the incidence angle table obtained in step S21 (step S22). Here, the target lens is a lens element that gives the negative incident angle characteristic shown in FIG. 2 and can be two or more. It is the purpose of this film design to compensate for the dimming of the peripheral part formed by other lenses or the like constituting the projection lens by the target lens.
[0057]
Next, the sum of the effects of oblique incidence by the remaining lens elements and the like excluding the target lens selected in step S22 is evaluated as transmittance variation in the pupil plane (step S23). Specifically, by performing ray tracing on the projection lens, the average incident angle at each point is determined for each lens element, and the decrease in transmittance corresponding to this average incident angle is defined as a two-dimensional distribution on the pupil plane. Then, the transmittance non-uniformity in the pupil plane is calculated as the sum of the transmittance decreases thus obtained. At this time, a conventional anti-reflection film is formed on the remaining lens elements, and the reflectance at normal incidence is almost 0%, which is the lowest, and the low reflectance is maintained up to a relatively large incident angle. . When a negative incident angle characteristic is given to only one surface of the target lens, the other surface of the target lens is also evaluated for the transmittance variation in the pupil plane.
[0058]
FIG. 14A is a graph showing an example of evaluating the transmittance unevenness in the pupil plane as a relationship between the radius (r) on the pupil plane and the transmittance variation (ΔT). It can be seen that the transmittance decreases as the radius increases with respect to the center through which the optical axis passes.
[0059]
Returning to FIG. 13, next, a transmittance correction target amount by the target lens is calculated (step S24). This corresponds to the calculation of the transmittance distribution of the high transmittance filter that eliminates the in-pupil transmittance unevenness obtained in step S23, and takes the product of the transmittance correction target amount and the in-pupil transmittance unevenness. As a result, a flat transmittance distribution when converted to the pupil plane can be achieved.
[0060]
FIG. 14B is a graph showing a calculation example of the transmittance correction target amount as a relationship between the radius (r) on the pupil plane and the transmittance variation (ΔT). It can be seen that it is necessary to decrease the transmittance as the radius increases with respect to the center through which the optical axis passes.
[0061]
Returning to FIG. 13, next, the assigned correction amount for the target lens is calculated (step S25). This is obtained by dividing the transmittance correction target amount obtained in step S24 into a portion corresponding to the number of surfaces of the target lens, and is a target amount of transmittance correction by an antireflection film formed on each surface. I have. For example, when the number of target lenses is one and the transmittance correction is performed by both of the pair of antireflection films formed on the pair of optical surfaces, each assigned correction amount is equal to the transmittance correction target amount obtained in step S24. Square root or approximately half. However, it goes without saying that the correction burden ratio by the two antireflection films is not limited to the above, but can be an appropriate ratio.
[0062]
FIG. 14C is a graph showing a calculation example of the assigned correction amount as a relationship between the radius (r) on the pupil plane and the transmittance variation (ΔT). Compared with the case of FIG. 14B, the change amount of the transmittance is a half value.
[0063]
Returning to FIG. 13, next, an optical design value of the antireflection film for achieving the assigned correction amount by the target lens is performed (step S26). More specifically, initial parameters such as an appropriate film configuration and an optical film thickness are set in advance as initial conditions of the antireflection film. This may be input by the operator, but may be appropriately selected in consideration of the wavelength used on the control device 45 side. Next, by performing ray tracing on the projection lens, the average incident angle at each point of the target lens is obtained, and the increase in transmittance generated by the anti-reflection film due to the average incident angle is displayed on the pupil plane. The calculated two-dimensional distribution is calculated, and the transmittance increase thus obtained is calculated as the achieved correction amount. Such an achieved correction amount is repeatedly calculated with correction parameters such as a new film configuration and an optical film thickness by gradually changing the initial parameters of the anti-reflection film, and is optimally approximated to the target correction amount in charge. The value is determined. For example, if the achieved correction amount is less than or equal to a root-mean-square value (RMS) that is a predetermined deviation amount from the assigned correction amount, the process can be ended. The calculation of the correction amount in charge as described above is repeated a number of times according to the number of target lenses and the number of surfaces thereof. The optimization simulation is repeated so that
[0064]
FIG. 14D is a graph showing the integrated value of the achieved correction amount and the transmittance variation in the pupil plane as a relationship between the radius (r) and the transmittance variation (ΔT) on the pupil plane. The two-dot chain line indicates the transmittance unevenness in the pupil plane, and the broken line indicates the integrated value of the achieved correction amount. The solid line shows the effect of the anti-reflection film, and shows the transmission characteristic after correcting the transmittance unevenness in the pupil plane by the integrated value of the two-dot chain line and the broken line, that is, the integrated value of the achieved correction amount. In the case where the projection lens is incorporated in a semiconductor exposure apparatus or the like, it is desirable that the transmission characteristics after such correction have a variation width of 3% or less.
[0065]
On the other hand, if automatic design is not selected in step S12 of FIG. 3, the operator is instructed to select any lens element constituting the projection lens as the target lens (step S31). At this time, since the objective is to correct the transmittance unevenness in the pupil plane, a lens element recognized as effective on the image side from the pupil plane is selected via the input / output device 45b.
[0066]
Next, the sum of the effects of oblique incidence due to the remaining lens elements and the like excluding the target lens selected in step S31 is evaluated as transmittance variation in the pupil plane (step S32). This processing is the same as the processing in step S23 described above.
[0067]
Next, the operator is instructed to input the transmittance correction target amount and the correction amount assigned by the target lens (step S33). In steps S24 and S25, the transmittance correction target amount and the charge correction amount are calculated based on the design value of the projection lens. In this case, the transmittance correction target amount and the charge correction amount are calculated based on the guess and intuition of an operator who is a person skilled in the art. The correction amount is set artificially.
[0068]
Finally, an optical design value of the antireflection film for achieving the assigned correction amount by the target lens is performed (step S34). This processing is the same as the processing in step S26 described above. In this process, the calculation of the correction amount in charge is repeated by the number of times according to the number of target lenses and the number of surfaces, and the sum of the correction amounts achieved by each anti-reflection film is optimized to become the transmittance correction target amount Is repeated.
[0069]
By designing the antireflection film as described above, it is possible to realize a projection lens with less transmittance unevenness in the pupil plane. The design value of the anti-reflection film obtained in this way is stored in the storage device 45c, and is used for the management of the film forming process by the film forming apparatus main body 41.
[0070]
[Third embodiment]
Hereinafter, a projection exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0071]
FIG. 15 shows a basic structure of a projection exposure apparatus using a lens whose structure and manufacturing have been described in the first embodiment and the like. The projection exposure apparatus is particularly applied to a projection exposure apparatus such as a stepper for projecting an image of a reticle pattern onto a wafer coated with a photoresist.
[0072]
As shown in FIG. 15, the projection exposure apparatus of this embodiment is provided as at least (1) a wafer stage 301 on which a substrate (wafer) W coated with a photosensitive agent can be placed on the surface 301a, and (2) exposure light. Optical system 150 that irradiates the pattern of the prepared mask (reticle R) with vacuum ultraviolet light having a different wavelength, (3) light source 180 for supplying exposure light to illumination optical system 150, (4) on substrate W Between the first surface P1 (object surface) on which the mask R for projecting the image of the pattern formed on the mask R is arranged, and the second surface P2 (image surface) matched with the surface of the substrate W The projection optical system 400 for transferring the pattern of the mask R onto the substrate W, and (5) a main control unit 500 for controlling and operating the entire system of the projection exposure apparatus.
[0073]
Here, the wafer stage 301 is driven by the stage drive system 300 to move the substrate W three-dimensionally with respect to the projection optical system 400. The illumination optical system 150 also includes an alignment optical system 151 for adjusting a relative position between the mask R and the substrate W. The mask R is a reticle stage that can move in parallel with the surface of the wafer stage 301. 201. The reticle exchange system 200 exchanges and transports the reticle (mask R) set on the reticle stage 201. Reticle exchange system 200 includes a stage driver for moving reticle stage 201 parallel to surface 301 a of wafer stage 301. The projection optical system 400 has an alignment optical system (not shown) applied to a scan type exposure apparatus.
[0074]
The projection exposure apparatus of this embodiment uses the lens whose structure and manufacture have been described in the first embodiment and the like. Specifically, the projection exposure apparatus shown in FIG. 15 uses the lens 10 of FIG. 1 or a modified lens thereof as the optical lens 153 of the illumination optical system 150 and / or the optical lens 401 of the projection optical system 400. Can be provided. In this case, since the transmittance unevenness can be prevented by the optical lens 401 and a high exposure resolution can be obtained, high-brightness and high-accuracy projection exposure can be performed in a projection exposure apparatus having a large NA.
[0075]
Although the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the antireflection films 14 and 15 have a three-layer structure, but are not limited to this, and may have two or less layers or four or more layers. At this time, from the viewpoint of optical admittance, it is usually easier to design an optical design of the first film formed on the lens body 12 from the formation of the low refractive index film. It is also possible to start with a film and stack sequentially on it.
[0076]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the optical element according to the present invention incorporates the antireflection film having a negative characteristic in which the oblique incidence transmittance is relatively higher than the normal incidence transmittance. In addition, it is possible to suppress the occurrence of transmittance unevenness, in particular, the transmittance unevenness in the pupil plane, and to provide a projection lens or the like having good imaging characteristics.
[0077]
Further, according to the lens system according to the present invention, the distribution can be flattened by compensating for the transmittance non-uniformity caused by the optical member constituting the lens element of interest and other lens elements. The occurrence of transmittance unevenness such as transmittance unevenness can be suppressed, and a projection lens or the like having good imaging characteristics can be provided.
[0078]
Further, according to the lens system designing method according to the present invention, the transmittance unevenness caused by the optical members and other lens elements constituting the lens element of interest can be compensated and the distribution can be flattened. It is possible to suppress the occurrence of transmittance unevenness such as in-plane transmittance unevenness, and to provide a projection lens or the like having good imaging characteristics.
[0079]
Further, according to the projection exposure apparatus of the present invention, high-precision projection exposure can be performed by a projection optical system having good imaging characteristics with little unevenness in transmittance in a pupil plane in an ultraviolet region.
[0080]
Further, according to another projection exposure apparatus of the present invention, high-precision projection exposure can be performed by an illumination optical system having good illumination characteristics with less illuminance unevenness in an ultraviolet region.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a lens that is an optical element according to a first embodiment.
FIG. 2 is a graph conceptually illustrating transmittance characteristics of the lens of FIG.
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a role of a lens 10 shown in FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram of an antireflection film of each embodiment.
FIG. 5 is a reflection angle characteristic at 193 nm of the antireflection film of the first embodiment.
FIG. 6 shows transmission angle characteristics at 193 nm of the antireflection film of the first embodiment.
FIG. 7 shows reflection angle characteristics at 193 nm of the antireflection film of the second embodiment.
FIG. 8 shows transmission angle characteristics at 193 nm of the antireflection film of the second embodiment.
FIG. 9 shows reflection angle characteristics at 157 nm of the antireflection film of the third embodiment.
FIG. 10 shows transmission angle characteristics at 157 nm of the antireflection film of the third embodiment.
FIG. 11 shows reflection angle characteristics at 193 nm of the antireflection film of the fourth embodiment.
FIG. 12 is a block diagram showing an apparatus for manufacturing the lens shown in FIG. 1 according to a second embodiment.
13 is a flowchart illustrating an AR film design program executed by the control device shown in FIG.
FIGS. 14A to 14D are graphs for visually explaining a part of the processing in FIG. 13;
FIG. 15 is a configuration diagram illustrating a basic configuration of a projection exposure apparatus according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10: lens, 10a: central portion, 10b: peripheral portion, 12: lens body, 12a, 12b: input / output surface, 14, 15: antireflection film, 41: film forming device main body, 41h: drive control device, 45: Control device, 45e interface, 110a to 110d lens element, IP image plane, OA optical axis, OP object plane, P1 surface, P2 surface, PP pupil surface

Claims (15)

光透過性の光学部材と、
前記光学部材の所定の入出射面に形成されるとともに、所定の斜入射角度における斜入射透過率が垂直入射透過率よりも高くなる光学特性を有する反射防止膜と
を備える光学素子。
A light-transmitting optical member;
An optical element formed on a predetermined entrance / exit surface of the optical member and having an antireflection film having optical characteristics such that an oblique incidence transmittance at a predetermined oblique incidence angle is higher than a normal incidence transmittance.
前記反射防止膜は、前記所定の斜入射角度が30゜以上の所定範囲であるとした場合に、斜入射透過率が垂直入射透過率よりも2%以上高くなる光学特性を有することを特徴とする請求項1記載の光学素子。The antireflection film has an optical characteristic in which the oblique incidence transmittance is 2% or more higher than the normal incidence transmittance when the predetermined oblique incidence angle is in a predetermined range of 30 ° or more. The optical element according to claim 1. 前記光学部材は、レンズ本体であることを特徴とする請求項1記載の光学素子。The optical element according to claim 1, wherein the optical member is a lens body. 前記反射防止膜は、屈折率が異なる複数の層を積層した多層膜を含み、前記複数の層の光学的膜厚の設定によって斜入射透過率と垂直入射透過率の差が調節されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光学素子。The antireflection film includes a multilayer film in which a plurality of layers having different refractive indices are stacked, and a difference between oblique incidence transmittance and normal incidence transmittance is adjusted by setting an optical film thickness of the plurality of layers. The optical element according to claim 1, wherein the optical element is an optical element. 複数のレンズ要素と、
前記複数のレンズ要素のうち少なくとも1つのレンズ要素の所定の入出射面に形成された反射防止膜を含み、当該少なくとも1つのレンズ要素に関する透過光に対する2次元的な透過率分布を透過光の入射角に応じて調節する透過率調整手段と
を備えるレンズ系。
A plurality of lens elements,
An anti-reflection film formed on a predetermined entrance / exit surface of at least one lens element of the plurality of lens elements; and a two-dimensional transmittance distribution for transmitted light with respect to the at least one lens element; A lens system comprising: a transmittance adjusting unit that adjusts according to an angle.
前記透過率調整手段は、所定の斜入射角度における斜入射透過率が垂直入射透過率よりも高くなる光学特性を有する反射防止膜であることを特徴とする請求項5記載のレンズ系。6. The lens system according to claim 5, wherein said transmittance adjusting means is an antireflection film having an optical characteristic such that an oblique incidence transmittance at a predetermined oblique incidence angle is higher than a normal incidence transmittance. 前記少なくとも1つレンズ要素は、透過光の斜入射角度が最も大きくなる1以上のレンズ要素から選択されることを特徴とする請求項6記載のレンズ系。7. The lens system according to claim 6, wherein the at least one lens element is selected from one or more lens elements having a maximum oblique incident angle of transmitted light. 前記レンズ系は、投影レンズであり、前記少なくとも1つレンズ要素は、前記投影レンズの瞳面よりも射出側に配置されることを特徴とする請求項6記載のレンズ系。7. The lens system according to claim 6, wherein the lens system is a projection lens, and the at least one lens element is disposed closer to an exit side than a pupil plane of the projection lens. 透過率ムラの平坦性が変動幅で3%以内であることを特徴とする請求項8記載のレンズ系。9. The lens system according to claim 8, wherein the flatness of the transmittance unevenness is within 3% in a variation width. 請求項5から請求項9のいずれか一項に記載のレンズ系を設計する方法であって、
前記複数のレンズ要素から透過率分布の調整の判定対象である少なくとも1つの対象要素を選択する工程と、
前記対象要素に入射する光束の入射角度範囲を算出する工程と、
前記入射角度範囲に基づいて、前記対象要素に形成する反射防止膜の光学特性を調節することによって、透過率分布の調整量が所定の範囲にあるか否かを判定する工程と
を備えるレンズ系の設計方法。
A method for designing a lens system according to any one of claims 5 to 9, wherein:
Selecting at least one target element to be determined for adjustment of transmittance distribution from the plurality of lens elements;
Calculating the incident angle range of the light beam incident on the target element,
Adjusting the optical characteristics of the antireflection film formed on the target element based on the incident angle range to determine whether the adjustment amount of the transmittance distribution is within a predetermined range. Design method.
前記透過率分布の調整量は、前記対象要素を除く他のレンズ要素による透過率分布への影響を相殺する量に近似するように設定されることを特徴とする請求項10記載のレンズ系の設計方法。11. The lens system according to claim 10, wherein the adjustment amount of the transmittance distribution is set to approximate an amount that cancels out an influence on the transmittance distribution by another lens element other than the target element. Design method. 前記対象要素を選択する工程は、前記レンズ系を構成するレンズ要素のうち透過率分布への影響が最も大きくなるレンズ要素を決定するものであることを特徴とする請求項11記載のレンズ系の設計方法。12. The lens system according to claim 11, wherein the step of selecting the target element determines a lens element which has the greatest effect on transmittance distribution among lens elements constituting the lens system. Design method. 請求項1から請求項10に記載の投影レンズの設計方法によって決定したデータに基づいてレンズを製造する投影レンズの製造方法。A projection lens manufacturing method for manufacturing a lens based on data determined by the projection lens design method according to claim 1. 投影光学系を用いてマスクのパターン像を基板上に投影露光する装置であって、
紫外線を露光光としてマスクを照明する照明光学系と、
請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の光学素子を含み、前記マスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系と
を備える投影露光装置。
An apparatus for projecting and exposing a pattern image of a mask onto a substrate using a projection optical system,
An illumination optical system that illuminates the mask with ultraviolet light as exposure light,
A projection exposure apparatus comprising: the optical element according to claim 1; and a projection optical system configured to form a pattern image of the mask on a substrate.
投影光学系を用いてマスクのパターン像を基板上に投影露光する装置であって、
請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の光学素子を含み、紫外線を露光光としてマスクを照明する照明光学系と、
前記マスクのパターン像を基板上に形成する投影光学系と
を備える投影露光装置。
An apparatus for projecting and exposing a pattern image of a mask onto a substrate using a projection optical system,
An illumination optical system including the optical element according to any one of claims 1 to 4, and illuminating the mask with ultraviolet light as exposure light.
A projection optical system for forming a pattern image of the mask on a substrate.
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