JP2006058779A - 反射防止膜、光学素子、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な入射角度の光線に対して優れた反射防止効果を示し、かつフレアやゴースト等の光学系に対する悪影響を低減することのできる反射防止膜を提供すること。
【解決手段】この反射防止膜は、基材表面に形成された少なくとも８層からなる所定波長の光に対する反射防止膜であって、基材表面から順に第１層、第３層、第５層、及び第７層が所定波長に対して基材の屈折率より屈折率の高い高屈折率材料で構成され、基材表面から順に第２層、第４層、第６層、及び第８層が基材の所定波長に対する屈折率より屈折率の低い低屈折率材料で構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般に反射防止膜に係り、特に波長１５０ｎｍ〜３００ｎｍの紫外光の反射を防止するために構成された反射防止膜、その反射防止膜が表面に形成された光学素子、その光学素子を用いた露光装置、及びデバイス製造方法に関する。

半導体露光装置等のレンズ光学系においては、１枚のレンズ内に様々な入射角度で光が入射する。レンズ内での位置の違いによっても光線入射角度の分布が異なっている。近年の半導体露光装置においては、その高解像化に伴い露光波長の短波長化と光学系の開口数（ＮＡ）の増大化とが進んでいる。この露光波長の短波長化により、レンズやレンズ表面の膜の材料はフッ化物、一部酸化物、又は窒化物に絞られてきている。更にＮＡの増大化に伴ってレンズへの光線入射角度はより大きくなってきており、入射角度に依存することなくレンズ表面で光線の反射を低減することが要求されるようになってきている。従来、紫外領域の多層反射防止膜として、例えば特許文献１が知られている。

従来用いられているレンズ反射防止膜として、例えば、設計波長λ_０＝１９３ｎｍに対して、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２（屈折率ｎ＝１．５０））を材料とする基材上に光学的膜厚が０．２５λ_０のフッ化ランタン（ＬａＦ_３（ｎ＝１．６８０））からなる高屈折率材料層と、光学的膜厚が０．２５λ_０のフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２（ｎ＝１．４１７））からなる低屈折率材料層とを順次積層した構成のもの（以下、２層膜構成という。）がある。ここで、光学的膜厚とは、物理的な膜厚に入射する光の屈折率を掛けた値である。また、光学的膜厚が０．５λ_０のフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２（ｎ＝１．４１７））からなる低屈折率材料層と、光学的膜厚が０．２５λ_０のフッ化ランタン（ＬａＦ_３（ｎ＝１．６８０））からなる高屈折率材料層と、光学的膜厚が０．２５λ_０のフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２（ｎ＝１．４１７））からなる低屈折率材料層とを順次積層した構成のもの（以下、３層膜構成という。）もある。ここで設計波長とは、レンズが用いられる光学系で主に用いられる光の波長であり、反射防止膜はその波長の光の反射防止を目的として形成される。

上記の２層膜構成の反射率の入射角度特性を図７に、３層膜構成の反射率の入射角度特性を図８に示す。図中、横軸は光の入射角を示し、縦軸は反射率を示す。図からわかるように、これらのものは入射角度０°〜３０°の範囲内において反射防止効果が高い。ここで、Ｒｐ，Ｒｓ，Ｒａは各々ｐ偏光反射率、ｓ偏光反射率、平均反射率を示す。
特開平１０−２６８１０６号

しかしながら、図７及び図８に示した上記の２層構成、３層構成のものでは、光の入射角度が４０°以上となると平均反射率Ｒａが急激に高くなり、結像の解像性能にフレアやゴースト等の悪影響を与える。すなわち、上記のような反射防止膜では、入射角が４０°以上となると光の反射を抑えきれなくなる。また、ｐ偏光反射率Ｒｐとｓ偏光反射率Ｒｓとが入射角度０°〜６０°の範囲で３．５％以上の差（｜Ｒｐ−Ｒｓ｜＞３．５％）を生じており、これが光学系で生じたフレアやゴーストのシミュレーションを困難にしていると考えられる。したがって、光学系内のレンズに入射する様々な入射角度の光線を大きな反射を生じることなく透過できるように、また、偏光による反射特性の差が大きくならないように、レンズに成膜されている反射防止膜を改善することが必要となる。
本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、様々な入射角度の光線に対して優れた反射防止効果を示し、かつフレアやゴースト等の光学系に対する悪影響を低減することのできる反射防止膜を提供することを例示的目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の例示的側面としての反射防止膜は、基材表面に形成された少なくとも８層からなる所定波長の光に対する反射防止膜であって、基材表面から順に第１層、第３層、第５層、及び第７層が所定波長に対して基材の屈折率より屈折率の高い高屈折率材料で構成され、基材表面から順に第２層、第４層、第６層、及び第８層が基材の所定波長に対する屈折率より屈折率の低い低屈折率材料で構成されていることを特徴とする。

その所定波長をλ₀としたときに、実質的に第１層の光学的膜厚が０．３６λ₀、第２層の光学的膜厚が０．４１λ₀、第３層の光学的膜厚が０．３０λ₀、第４層の光学的膜厚が０．４０λ₀、第５層の光学的膜厚が０．３４λ₀、第６層の光学的膜厚が０．２９λ₀、第７層の光学的膜厚が０．３１λ₀、及び第８層の光学的膜厚が０．２０λ₀であることが望ましい。また、第１層から第８層までの各光学的膜厚が、それぞれ±８％以下の精度で形成されていることが望ましい。

低屈折率材料が、フッ化マグネシウム、フッ化アルミニウム、フッ化リチウム、フッ化カルシウム、酸化ケイ素、フッ化ナトリウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、六フッ化ナトリウムアルミニウム、チオライト、又はこれらの混合物のうちから選択される材料であってもよい。また、高屈折率材料が、フッ化ランタン、フッ化ネオジウム、フッ化ガドリニウム、酸化マグネシウム、酸化ランタン、酸化アルミニウム、フッ化ジスプロシウム、フッ化鉛、フッ化イットリウム、窒化アルミニウム、又はこれらの混合物のうちから選択される材料であってもよい。

本発明の他の例示的側面としての、光学素子は、上記の反射防止膜が、所定波長の光に対して光透過性を有する基材表面に形成されて構成されることを特徴とする。

本発明のさらに他の例示的側面としての露光装置は、光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、レチクルのパターンを基板上に投影する投影光学系とを備えた露光装置であって、照明光学系又は投影光学系の少なくともいずれか一方が請求項６に記載の光学素子を有することを特徴とする。

本発明のさらに他の例示的側面としてのデバイス製造方法は、上記の露光装置によって基板にパターンを露光する工程と、露光された基板に所定のプロセスを行う工程とを有することを特徴とする。

本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下、添付図面を参照して説明される実施形態により明らかにされるであろう。

本発明によれば、様々な入射角度、例えば入射角度３０°を超えるような光線に対しても優れた反射防止効果を得ることができ、フレアやゴースト等の光学系に対する悪影響を低減することができる。また、少ない積層数で反射防止効果を得られるので、成膜の効率（生産性）を向上させることができる。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係る反射防止膜について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る反射防止膜Ｆの概略構成図である。この反射防止膜Ｆは、基材１上に高屈折率材料層２、低屈折率層材料３、高屈折率材料層４、低屈折率層材料５、高屈折率材料層６、低屈折率層材料７、高屈折率材料層８、低屈折率材料層９を順次積層して構成されている。

ここで、低屈折率材料は基材１よりも屈折率の低い材料のことであり、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ_２）、六フッ化アルミニウムナトリウム（Ｎａ_３ＡｌＦ_６）、チオライト（Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４）、又はこれらの混合物が使用される。低屈折率材料層３、低屈折率材料層５、低屈折率材料層７、低屈折率材料層９には、それぞれ同種の物質を使用しても異種の物質を使用してもよい。

また、高屈折率材料は基材１よりも屈折率の高い材料のことであり、例えば、フッ化ランタン（ＬａＦ_３）、フッ化ネオジウム（ＮｄＦ_３）、フッ化ガドリニウム（ＧｄＦ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、フッ化ジスプロシウム（ＤｙＦ_３）、フッ化鉛（ＰｂＦ_２）、フッ化イットリウム（ＹＦ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又はこれらの混合物が使用される。高屈折率材料層２、高屈折率材料層４、高屈折率材料層６、高屈折率材料層８には、それぞれ同種の物質を使用しても異種の物質を使用してもよい。これらの材料層２〜８は、公知の成膜技術である真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等によって基材１上に形成（成膜）される。

本実施の形態においては、設計波長λ_０＝１９３ｎｍに対して、例えば以下に示すような構成の反射防止膜Ｆを使用する。基材１として合成石英基材（屈折率ｎ＝１．５５６）を用い、その上に第１層目として光学的膜厚が約０．４２４λ_０のＬａＦ_３（ｎ＝１．７０）からなる高屈折材料層２、第２層目として光学的膜厚が０．３９０λ_０のＭｇＦ_２（ｎ＝１．４１７）からなる低屈折材料層３、第３層目として光学的膜厚が０．３５１λ_０のＬａＦ_３（ｎ＝１．７０）からなる高屈折材料層４、第４層目として光学的膜厚が０．３８３λ_０のＭｇＦ_２（ｎ＝１．４１７）からなる低屈折材料層５、第５層目として光学的膜厚が０．４０λ_０のＬａＦ_３（ｎ＝１．７０）からなる高屈折材料層６、第６層目として光学的膜厚が０．２７５λ_０のＭｇＦ_２（ｎ＝１．４１７）からなる低屈折材料層７、第７層目として光学的膜厚が０．３５９λ_０のＬａＦ_３（ｎ＝１．７０）からなる高屈折材料層８、第８層目として光学的膜厚が０．１９４λ_０のＭｇＦ_２（ｎ＝１．４１７）からなる低屈折材料層９を順次積層して膜構成する。

図２は、上記のように膜構成された実施の形態１に係る反射防止膜Ｆの設計波長１９３ｎｍの光に対する入射角度と反射率との関係を示すグラフである。図２において、Ｒｐはｐ偏光に対する反射率、Ｒｓはｓ偏光に対する反射率、Ｒａはｐ偏光とｓ偏光の平均反射率を示している。図２よりわかるように、この反射防止膜Ｆは、入射角度０°〜６０°の範囲において、平均反射率Ｒａが１．５％以下という優れた反射防止効果を示している。また、｜Ｒｐ−Ｒｓ｜も０°〜６０°の入射角度範囲において１．５％程度に抑えることが可能となっている。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る反射防止膜について図面を用いて説明する。この実施の形態においては、基材１として蛍石基材（ｎ＝１．５０）を用い、その基材１上に反射防止膜Ｆが成膜されている。反射防止膜Ｆは、第１層目として光学的膜厚が約０．３９１λ_０のＬａＦ_３（ｎ＝１．７０）からなる高屈折材料層２、第２層目として光学的膜厚が０．４２２λ_０のＭｇＦ_２（ｎ＝１．４１７）からなる低屈折材料層３、第３層目として光学的膜厚が０．３２３λ_０のＬａＦ_３（ｎ＝１．７０）からなる高屈折材料層４、第４層目として光学的膜厚が０．４１４λ_０のＭｇＦ_２（ｎ＝１．４１７）からなる低屈折材料層５、第５層目として光学的膜厚が０．３６９λ_０のＬａＦ_３（ｎ＝１．７０）からなる高屈折材料層６、第６層目として光学的膜厚が０．２９８λ_０のＭｇＦ_２（ｎ＝１．４１７）からなる低屈折材料層７、第７層目として光学的膜厚が０．３３２λ_０のＬａＦ_３（ｎ＝１．７０）からなる高屈折材料層８、第８層目として光学的膜厚が０．２１λ_０のＭｇＦ_２（ｎ＝１．４１７）からなる低屈折材料層９を順次積層して構成されている。設計波長λ_０は実施の形態１の場合と同様に１９３ｎｍである。

図３は、上記のように膜構成された実施の形態２に係る反射防止膜Ｆの設計波長１９３ｎｍの光に対する入射角度と反射率との関係を示すグラフである。図３よりわかるように、この反射防止膜Ｆは、入射角度０°〜６０°の範囲において、反射率１．５％以下という反射防止効果を示している。平均反射率Ｒａは、０°〜６５°の入射角度範囲で低い数値を示している。また、｜Ｒｐ−Ｒｓ｜も０°〜６０°の入射角度範囲において１．５％程度に抑えることが可能となっている。

［実施の形態３］
図４は、本発明の実施の形態３に係る露光装置を概略的に示した図である。この露光装置Ｓは、露光原版としてのレチクル５１上の回路パターンを被処理体としてのウエハ５２上に露光するためのものである。この露光装置Ｓは、例えば波長１９３ｎｍのレーザ光源５３からの光をレチクル５１上に導く照明光学系５４、レチクル５１上の回路パターン像をウエハ５２上に投影する投影光学系５５を有して構成される。

照明光学系５４は光学素子としてのレンズ５４ａを有している。投影光学系５５も光学素子としてのレンズ５５ａを有している。これらのレンズ５４ａ，５５ａの表面には、上述の実施の形態１〜２に係る反射防止膜Ｆが成膜されている。したがって、広い入射角度に対して高い反射防止効果を示し、その結果光学性能が向上して露光装置Ｓは高精度に露光を行うことができる。

［実施の形態４］
次に、図５及び図６を参照して、上述の露光装置Ｓを利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図５は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１０１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。ステップ１０２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ１０３（ウエハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウエハ（基板）を製造する。ステップ１０４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ１０５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１０４によって作成されたウエハを用いて半導体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１０６（検査）では、ステップ１０５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。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１０７）される。

図６は、ステップ１０４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１１４（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１１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１１６（露光）では、露光装置Ｓによってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１１９（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。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施の形態の製造方法によれば従来よりも高品位かつ高集積度のデバイスを低コストに製造することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。

本発明の実施の形態１に係る反射防止膜の構成を示す概略構成図である。 図１に示す反射防止膜の設計波長の光に対する入射角度と反射率との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る反射防止膜の設計波長の光に対する入射角度と反射率との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る露光装置の全体構成を示す概略構成図である。 図４に示す露光装置によるデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。 図９に示すステップ１０４の詳細なフローチャートである。 従来の２層膜構成の反射防止膜の反射率の入射角度特性を示すグラフである。 従来の３層膜構成の反射防止膜の反射率の入射角度特性を示すグラフである。

符号の説明

１：基材
２，４，６，８：高屈折率材料層
３，５，７，９：低屈折率材料層
５１：レチクル
５２：ウエハ
５３：レーザ光源
５４：照明光学系
５４ａ，５５ａ：レンズ
５５：投影光学系

Claims (8)

1. 基材表面に形成された少なくとも８層からなる所定波長の光に対する反射防止膜であって、
   前記基材表面から順に第１層、第３層、第５層、及び第７層が前記所定波長に対して前記基材の屈折率より屈折率の高い高屈折率材料で構成され、
   前記基材表面から順に第２層、第４層、第６層、及び第８層が前記基材の前記所定波長に対する屈折率より屈折率の低い低屈折率材料で構成されていることを特徴とする反射防止膜。
2. 前記所定波長をλ₀としたときに、実質的に前記第１層の光学的膜厚が０．３６λ₀、前記第２層の光学的膜厚が０．４１λ₀、前記第３層の光学的膜厚が０．３０λ₀、前記第４層の光学的膜厚が０．４０λ₀、前記第５層の光学的膜厚が０．３４λ₀、前記第６層の光学的膜厚が０．２９λ₀、前記第７層の光学的膜厚が０．３１λ₀、及び前記第８層の光学的膜厚が０．２０λ₀であることを特徴とする請求項１に記載の反射防止膜。
3. 前記第１層から前記第８層までの各光学的膜厚が、それぞれ±８％以下の精度で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の反射防止膜。
4. 前記低屈折率材料が、フッ化マグネシウム、フッ化アルミニウム、フッ化リチウム、フッ化カルシウム、酸化ケイ素、フッ化ナトリウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、六フッ化ナトリウムアルミニウム、チオライト、又はこれらの混合物のうちから選択される材料であることを特徴とする請求項１に記載の反射防止膜。
5. 前記高屈折率材料が、フッ化ランタン、フッ化ネオジウム、フッ化ガドリニウム、酸化マグネシウム、酸化ランタン、酸化アルミニウム、フッ化ジスプロシウム、フッ化鉛、フッ化イットリウム、窒化アルミニウム、又はこれらの混合物のうちから選択される材料であることを特徴とする請求項１に記載の反射防止膜。
6. 請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の反射防止膜が、前記所定波長の光に対して光透過性を有する基材表面に形成されて構成される光学素子。
7. 光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、
   前記レチクルのパターンを基板上に投影する投影光学系とを備えた露光装置であって、
   前記照明光学系又は前記投影光学系の少なくともいずれか一方が請求項６に記載の光学素子を有することを特徴とする露光装置。
8. 請求項７に記載の露光装置によって基板にパターンを露光する工程と、
   露光された前記基板に所定のプロセスを行う工程とを有するデバイスの製造方法。