(57)【要約】【課題】繰り返し露光で生じる回折光の異常ピークの発生を抑制し、急峻で異常ピークの少ない分光が可能な回折格子を実現し、この回折格子を用いることで高精度な分光分析装置を提供する。【解決手段】一定ピッチの回折格子を繰り返し露光により作製する際に、作製する回折格子のピッチ寸法と小角偏向の繰り返し露光周期との関係において、露光すべきピッチ寸法Ｐと小角偏向の繰り返し露光周期Ｓとの比Ｐ／Ｓが０．１以上になるように設定して露光を繰り返し、露光で生じる回折光の異常ピークの発生を抑制し、急峻で異常ピークに少ない分光が可能な回折格子を実現する。【選択図】図９
2011002487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定ピッチの回折格子を繰り返し露光により作製する方法において、
回折格子のピッチ寸法Pと繰り返し露光の繰り返し領域のピッチ寸法Sとの比P/Sが０．１以上となるように設定して、繰り返し露光を行うことを特徴とする回折格子の作製方法。
【請求項２】
請求項１記載の回折格子の作製方法において、
回折格子のピッチ寸法が１μｍ以下であり、繰り返し領域のピッチ寸法が１０μｍ以下である回折格子の作製方法。
【請求項３】
一定ピッチの回折格子を繰り返し露光により作製する方法において、
回折格子のピッチ寸法Pと繰り返し露光の繰り返し領域のピッチ寸法Sとの比P/Sが０．１以上となるように設定し、かつ、繰り返し露光の境界位置を変えた多重露光を併用して、繰り返し露光を行うことを特徴とする回折格子の作製方法。
【請求項４】
分光分析に使用する一定ピッチの回折格子を繰り返し露光により作製する方法において、
繰り返し領域の繰り返しピッチ寸法に起因する分光ピーク波長と分光分析波長の差の絶対値が分光分析波長の１０分の１以上となるように繰り返し領域の繰り返しピッチ寸法を設定して、繰り返し露光を行うことを特徴とする回折格子の作製方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１つに記載の回折格子の作製方法において、
上記繰り返し露光が電子ビーム露光法により行われる回折格子の作製方法。
【請求項６】
一定ピッチの回折格子をラインアンドスペースパターン単位で繰り返し露光により作製する方法において、
露光すべき回折格子のピッチ寸法Pとラインアンドスペースパターンを形成する電子ビームの小角偏向の繰り返し露光周期Sとの比P/Sが０．１以上となるように設定して、小角偏向を繰り返して電子ビーム露光を行うことを特徴とする回折格子の作製方法。
【請求項７】
請求項６記載の回折格子の作製方法において、
露光の単位となる前記ラインアンドスペースパターンを、回折格子の格子直線に垂直な方向の長さに比べて、回折格子の格子直線方向の長さを大きくしたことを特徴とする回折格子の作製方法。
【請求項８】
繰り返し露光により作製した一定ピッチの回折格子において、
回折格子のピッチ寸法Pと繰り返し領域のピッチ寸法Sとの比P/Sが０．１以上であることを特徴とする回折格子。
【請求項９】
請求項８記載の回折格子において、
回折格子のピッチ寸法は１μｍ以下であり、繰り返し領域のピッチ寸法が１０μｍ以下である回折格子。
【請求項１０】
光源からの光を回折格子で分光したのち試料に照射してその透過特性から試料の成分を分析する分光分析装置において、
前記回折格子として、繰り返し露光で作製した一定ピッチの回折格子であり、回折格子のピッチ寸法Pと繰り返し領域のピッチ寸法Sとの比P/Sが０．１以上である回折格子を用いたことを特徴とする分光分析装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の分光分析装置において、
前記回折格子のピッチ寸法は１μｍ以下であり、前記繰り返し領域のピッチ寸法が１０μｍ以下である回折格子を用いたことを特徴とする分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の成分分析を行う分光分析に用いる回折格子の作製方法、回折格子、およびそれを用いた分光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、分光分析を活用する分野は、バイオ分野や医用および半導体までより広範囲に及び、高精度な計測が必要となる。この分光分析の計測精度は、分光に用いる回折格子の精度で決定される。  
しかし、数センチメートル以上の広い面積を一様な精度で、かつ微細なピッチ寸法を有する回折格子を作製することは困難である。一方、半導体素子の微細加工技術では数センチメートル以下の狭い領域で微細な加工を実現し、その領域を繰り返し反復する技術が開発されている。そこで特許文献１で、同様の技術課題を有する光学素子である光ファイバ加工において半導体素子の微細加工技術を応用した、繰り返し露光による回折格子の作製方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２４２３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述のような従来技術の繰り返し露光により作製した回折格子を用いた分光分析には、以下の課題を有する。  
図１に示す分光分析装置の光源1からの光15はスリット2を通過した後、回折格子3により分光されて特定の波長の回折光16のみがスリット4を通過した後、分析用に用いられる。分光分析用として繰り返し露光により作製した回折格子を用いる場合、繰り返し露光時の繰り返しパターン間で隣接する回折格子パターンに位置ずれ誤差が生じるために、図５に示すように、本来の回折格子パターンからの回折光100の他に繰り返し露光の繰り返しピッチ寸法を反映した異常光101が本来分析に必要な回折光100の周囲に生じる。この結果、異常光も試料分析に反映されてしまうために分析精度が悪化してしまう。そこで特許文献１に示されるような回折格子では、露光を複数回に分けておのおのの露光においてその繰り返しの位置をずらして繰り返し露光を多重に行い、繰り返しパターン間で隣接する回折格子パターン位置ずれ誤差をパターン全体で緩和させる方法が考えられている。
【０００５】
このような回折格子では、以下の課題がある。  
繰り返し露光を多重に行い繰り返しパターン間で隣接する回折格子パターン位置ずれ誤差をパターン全体で緩和させると、図６に示すように多重間の位置ずれ誤差が多重間で変動するので異常光101の強度が多重露光を用いない場合に比べて減少する。しかし、異常光のピーク波長は繰り返し露光のピッチ寸法に起因しているために多重露光を用いない従来の異常光のピーク波長と同じである。このために本来の回折光波長に近い波長位置の異常光ほどその強度は大きいので、多重露光を用いても回折光波長に近い波長位置の異常光をなくすことはできない。高精度な分析を行うためには、この回折光波長に近い波長位置の異常光の強度を本来の分析に用いる回折光の強度に比べ10−5以下に抑える必要がある。
【０００６】
本発明の主たる目的は、異常光の発生を抑えた微細でかつ一様な回折格子の作製方法、回折格子、およびそれを用いた分光分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の回折格子およびそれを用いた分光分析装置は、半導体素子の微細加工技術を応用した繰り返し露光により作製した回折格子において、繰り返し露光のピッチ寸法に起因した異常光のピーク波長を本来の回折光波長から遠ざけた波長位置にずらして異常光の分析精度への影響を抑えたことを特徴とする。
【０００８】
異常光のピーク波長を分析用回折光の波長から遠ざけた波長位置にずらす原理を以下に述べる。異常光の波長をλG、回折格子の回折光の波長λp、回折格子のピッチ寸法P、繰り返し露光のピッチ寸法S、回折光の回折次数n、異常光の次数mとすると、異常光の波長λGと回折格子の回折光の波長λpの間には、次の(１)式の関係がある。  
λG ＝ λp（ １ ± ｎＰ ／ ｍＳ）            （１）  
ここで、回折格子の回折光の波長λp、回折格子のピッチ寸法P、回折光の回折次数n、異常光の次数mは予め決まった値なので、繰り返し露光のピッチ寸法Sの値を調整することで、異常光の出現波長を調整することが可能である。また、異常光のピーク強度は一般的な回折格子のフラウンホーファ回折原理に基づき回折光の強度減衰に重畳されたものとなるために、回折光の波長から遠ざかるほどに異常光は波長差に応じてそのピーク強度は減衰する。即ち、本発明の回折格子およびそれを用いた分光分析装置は、繰り返し露光により作製した回折格子において繰り返し露光のピッチ寸法を適切な値に設定することにより、異常光の波長を本来の回折光波長から遠ざけた波長にずらして、異常光の分析精度への影響を抑えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の回折格子の作製方法は、一定ピッチの回折格子を繰り返し露光により作製する方法において、回折格子のピッチ寸法Pと繰り返し露光の繰り返し領域のピッチ寸法Sとの比P/Sが０．１以上となるように設定して、繰り返し露光を行うものである。
【００１０】
また、本発明の回折格子の作製方法は、一定ピッチの回折格子を繰り返し露光により作製する方法において、回折格子のピッチ寸法Pと繰り返し露光の繰り返し領域のピッチ寸法Sとの比P/Sが０．１以上となるように設定し、かつ、繰り返し露光の境界位置を変えた多重露光を併用して、繰り返し露光を行うものである。
【００１１】
また、本発明の回折格子の作製方法は、分光分析に使用する一定ピッチの回折格子を繰り返し露光により作製する方法において、繰り返し領域の繰り返しピッチ寸法に起因する分光ピーク波長と分光分析波長の差の絶対値が分光分析波長の１０分の１以上となるように繰り返し領域の繰り返しピッチ寸法を設定して、繰り返し露光を行うものである。
【００１２】
さらに、本発明の回折格子の作製方法は、一定ピッチの回折格子をラインアンドスペースパターン単位で繰り返し露光により作製する方法において、露光すべき回折格子のピッチ寸法Pとラインアンドスペースパターンを形成する電子ビームの小角偏向の繰り返し露光周期Sとの比P/Sが０．１以上となるように設定して、小角偏向を繰り返して電子ビーム露光を行うものである。  
その際に、露光の単位となる前記ラインアンドスペースパターンの寸法を、回折格子の格子直線に垂直な方向の長さに比べて、回折格子の格子直線方向の長さを大きくしてもよい。
【００１３】
また、本発明の回折格子は、繰り返し露光により作製した一定ピッチの回折格子において、回折格子のピッチ寸法Pと繰り返し領域のピッチ寸法Sとの比P/Sが０．１以上であるものである。
【００１４】
また、本発明の分光分析装置は、光源からの光を回折格子で分光したのち試料に照射してその透過特性から試料の成分を分析する分光分析装置において、前記回折格子として、繰り返し露光で作製した一定ピッチの回折格子であり、回折格子のピッチ寸法Pと繰り返し領域のピッチ寸法Sとの比P/Sが０．１以上である回折格子を用いたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体素子の微細加工技術を応用した繰り返し露光により作製した回折格子により、微細でかつ一様な回折格子が実現でき、繰り返し露光のピッチ寸法を適切な値に設定することにより異常光の波長を本来の回折光波長から遠ざけた波長にずらし、異常光の強度を大きく減らすことが可能となり、あるいは計測精度に影響を及ぼさない波長範囲外に遠ざけることが可能となる。そして、異常光の分析精度への影響を抑えた回折格子を実現することで、異常光の発生を抑えた微細でかつ一様な回折格子の作製方法、回折格子、およびそれを用いた分光分析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の分光分析装置を示した概略図である。
【図２】本発明の回折格子の作製方法を示す作製プロセスフロー図である。
【図３】回折格子の作製に用いた電子ビーム露光装置の概略図である。
【図４】従来の回折格子の電子ビーム露光方法の概略図である。
【図５】従来の回折格子の分光特性図である。
【図６】従来の回折格子の分光特性図である。
【図７】従来の分光分析装置の分光測定結果を示す図である。
【図８】回折格子の電子ビーム多重露光方法の概略図である。
【図９】本発明の第一の実施例における回折格子の電子ビーム露光方法の概略図である。
【図１０】本発明の第一の実施例における回折格子の分光特性図である。
【図１１】本発明の第一の実施例における分光分析装置の分光測定結果を示す図である。
【図１２】本発明の第二の実施例における回折格子の電子ビーム露光方法の概略図である。
【図１３】本発明の第三の実施例における回折格子の電子ビーム露光方法の概略図である。
【図１４】本発明の第三の実施例における回折格子の分光特性図である。
【図１５】回折格子のピッチ寸法Ｐと繰り返し露光周期Ｓとの比Ｐ／Ｓに対する、異常光の強度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して、詳細に説明する。  
まず、図１は、本発明に関わる分光分析装置の概略図である。  
(1)光源1から発生する光15はスリット2を通過し回折格子3に入射された後、回折格子により分光される。このとき分析に必要な回折光16の波長は、回折格子3のピッチ寸法と回折格子の角度によって決定される。  
(2)上記により選択された回折光16はミラー5,7,8やハーフミラー6によって２光波に分割される。  
(3)上記２光波の片方は、分析試料セル10に入射され、もう一方の光は参照セル9に入射され、それぞれの光はレンズ11,12を通渇した後、それぞれの検出器13,14でその強度が測定される。
(4)上記２つの検出器で測定された強度をデータ解析ユニットで比較参照して分析試料の透過強度としてデータ解析ユニットに記録される。  
(5)前記項目(1)の回折格子のピッチ寸法と回折格子の角度によって決定された回折波長と前記項目(4)の分析試料の透過強度とから各回折波長に対する分析試料の透過強度特性がデータ解析ユニットに記録される。  
(6)上記データの分析により分析試料の成分が解析される。  
上記のように、本装置の分光特性精度は回折格子の分光特性で決定される。すなわち、回折格子による回折光が急峻な波長特性でかつその波長周辺に異常ピークを持たない光学特性を有することが要求される。
【００１８】
回折格子は図２に示すように、以下のプロセスで作製する。  
(1)シリコン基板17上にレジスト18を塗布し、(2)電子ビームにて一定のピッチ寸法のラインアンドスペースパターンを露光したのちレジストを現像する。次に、(3)このレジストをマスクにドライエッチングにより一定のピッチ寸法のラインアンドスペースパターンをシリコン基板に転写する。その後、(4)レジストを除去して、(5)表面にＡｌなどの金属薄膜19を蒸着して回折格子が完成する。この回折格子を直接図１の分光分析装置に装着することも可能であるが、この回折格子をモールドとしてレプリカを作製して分光分析装置に装着した場合でも同じ光学特性が得られる。  
次に、本発明の特徴である繰り返し露光法による電子ビーム露光方法についてピッチ寸法0.833μｍ、50ｍｍ角の回折格子の露光を例に従来の露光法を図３および図4により説明する。まず、電子銃20から発生した電子ビーム21は第１マスク22を通過した後、転写レンズ23,25により第２マスク27に照射されパターン寸法制御系36および可変成形偏向器24の制御により開口26で所望のビーム寸法に成形された後、縮小レンズ28,29および対物レンズ32,33により縮小される。この電子ビームを小角偏向制御系37と小角偏向器30、および大角偏向制御系38と大角偏向器31を組み合わせて基板34の所望の位置に照射させる。小角偏向器30と大角偏向器31の最大偏向領域はそれぞれ60μｍ角と1ｍｍ角である。上記偏向器の領域外の位置にはステージ移動制御系39とステージ35による移動を組み合わせることにより任意の領域の露光が可能である。ピッチ寸法0.833μｍ、50ｍｍ角の回折格子の露光にあたり、従来は小角偏向器と大角偏向器の最大偏向領域は大きく設定するほうが偏向およびステージを用いた移動回数が少なくなり、その結果露光時間が短くなるので、図４に示すように40μｍ角40内においてピッチ寸法0.833μｍのラインアンドスペースパターン42を小角偏向器30にてビーム位置を制御して露光し、それを超える領域には大角偏向器により小角偏向中心を40μｍ横にずらして同様に40μｍ角41内においてピッチ寸法0.833μｍのラインアンドスペースパターンを小角偏向器にてビーム位置を制御して露光する。これを縦横に繰り返し大角偏向領域最大の1ｍｍ角まで露光した後、ステージを横に1ｍｍ移動して同様に小角および大角偏向により隣接の1ｍｍ角を露光し、これを縦横に繰り返すことにより、ピッチ寸法0.833μｍのラインアンドスペースパターンを50ｍｍ角全面に露光する。すなわち、縦横方向に40μｍ角をそれぞれ1250回繰り返し露光により50ｍｍ角全面に露光したことになる。露光した基板は図２の作製プロセスに従って、ピッチ寸法0.833μｍのラインアンドスペースパターンを基板に転写し表面にAｌを蒸着して回折格子が完成する。
【００１９】
この回折格子を分光計に搭載してその分光特性を調べたところ図５のような分光特性が得られた。横軸は分光波長であり、縦軸は分光強度を示す。回折波長200ｎｍ近傍にピッチ寸法0.833μｍのラインアンドスペースパターンからの回折光100の中心にその周辺に（１）式から導出される小角偏向の40μｍ周期の繰り返し露光を反映した異常ピーク101が回折波長の0.02倍（0.833/40 = 0.02）の周期で出現した。本来の回折波長200ｎｍのピークに対し波長幅±10ｎｍの範囲に１０本の異常ピークが含まれ異常ピークの最大強度も回折光の90％以上であった。このためこの回折格子を図１の分光分析装置に搭載し図1の試料セルに試料を装着して成分分析を行ったところ図７の吸収スペクトルが得られた。吸収スペクトルピークは観測されているが詳細なスペクトルピークの分離が十分にできず試料の成分分析ができなかった。
【００２０】
そこで、従来の方法として電子ビーム露光において露光を図８のように多重露光を行った。すなわち１回あたりの照射量を1/２に設定して２回に分け２回目の小角偏向位置44を１回目の露光の小角偏向位置43に対して20μｍ横にずらして繰り返し露光を行った。この露光により作製した回折格子をこの回折格子を分光計に搭載してその分光特性を調べたところ図６のような分光特性が得られた。横軸は分光波長であり、縦軸は分光強度を示す。図５と同様に回折波長200ｎｍ近傍にピッチ寸法0.833μｍのラインアンドスペースパターンからの回折光100を中心にその周辺に（１）式から導出される小角偏向の40μｍ周期の繰り返し露光を反映した異常ピーク101が回折波長の0.02倍（0.833/40 = 0.02）の周期で出現したが、異常ピークの最大強度は回折光の８0％になった。このためこの回折格子を図１の分光分析装置に搭載し図1の試料セルに試料を装着して成分分析を行ったところ図７と同様に吸収スペクトルにおいてスペクトルピークの分離が十分にできず試料の成分分析ができなかった。
【実施例１】
【００２１】
次に、本発明の実施例１では、電子ビーム露光において露光を図９のように露光すべきピッチ寸法（P）0.833μｍのラインアンドスペースパターン47と小角偏向の繰り返し露光周期（S）の関係において、（１）式の露光すべきピッチ寸法と小角偏向の繰り返し露光周期と比が0.1以上になるように設定して露光を行った。すなわち、ピッチ寸法0.833μｍ、50ｍｍ角の回折格子の露光にあたり、図９に示すように5μｍ角45内のピッチ寸法0.833μｍのラインアンドスペースパターン47を小角偏向器30にてビーム位置を制御して露光し、それを超える領域には大角偏向器31により小角偏向中心を5μｍ横にずらして同様に5μｍ角46をピッチ寸法0.833μｍのラインアンドスペースパターンを小角偏向器30にてビーム位置を制御して露光する。これを縦横に繰り返し大角偏向領域最大の1ｍｍ角まで露光した後、ステージ35を横に1ｍｍ移動して同様に小角および大角偏向により隣接の1ｍｍ角を露光し、これ縦横に繰り返すことにより、ピッチ寸法0.833μｍのラインアンドスペースパターンを50ｍｍ角全面に露光する。すなわち、縦横方向に5μｍ角をそれぞれ10000回繰り返し露光により50ｍｍ角全面に露光したことになる。この露光により作製した回折格子を分光計に搭載してその分光特性を調べたところ図１０のような分光特性が得られた。横軸は分光波長であり、縦軸は分光強度を示す。回折波長200ｎｍ近傍に異常ピークが見られなかった。（１）式から導出される小角偏向の5μｍ周期の繰り返し露光を反映した異常ピークは回折波長の0.17倍（0.833/5 = 0.17）の230ｎｍ近傍に出現するはずであるが、回折波長200ｎｍから離れているために異常ピークの最大強度は回折光の10−5以下になった。このため本発明の回折格子を図１の分光分析装置に搭載し図1の試料セルに試料を装着して成分分析を行ったところ、図１１に示すように吸収スペクトルにおいてすべての波長領域で明確なスペクトルピークの分離ができ試料の高精度成分分析が可能となった。
【実施例２】
【００２２】
次に、電子ビーム露光において上記と同様ピッチ寸法0.833μｍのラインアンドスペースパターン50ｍｍ角の回折格子の露光を例に、本発明の実施例２の露光法を説明する。図１２のように露光すべきピッチ寸法（P）0.833μｍのラインアンドスペースパターン50と小角偏向の繰り返し露光周期（S）の関係において、（１）式の露光すべきピッチ寸法と回折格子の格子直線に垂直な方向の小角偏向の繰り返し露光周期との比が0.1以上になるように設定して露光を行った。すなわちピッチ寸法0.833μｍ、50ｍｍ角の回折格子の露光にあたり、図１２に示すように横5μｍ×縦20μｍ角48内のピッチ寸法0.833μｍのラインアンドスペースパターン50を小角偏向器30にてビーム位置を制御して露光し、それを超える領域には大角偏向器31により回折格子の格子直線に垂直な方向に小角偏向中心を5μｍ横にずらして同様に横5μｍ×縦20μｍ角49をピッチ寸法0.833μｍのラインアンドスペースパターンを小角偏向器30にてビーム位置を制御して露光する。同様に縦方向には20μｍ縦にずらして繰り返し大角偏向領域最大の1ｍｍ角まで露光した後、ステージ35を横に1ｍｍ移動して同様に小角および大角偏向により隣接の1ｍｍ角を露光し、これ縦横に繰り返すことにより、ピッチ寸法0.833μｍのラインアンドスペースパターンを50ｍｍ角全面に露光する。すなわち、横方向に5μｍピッチで10000回、縦方向に20μｍピッチで2500回繰り返し露光により50ｍｍ角全面に露光したことになる。  
この露光により作製した回折格子を分光計に搭載してその分光特性を調べたところ図１０と同じ分光特性が得られた。横軸は分光波長であり、縦軸は分光強度を示す。回折波長200ｎｍ近傍に異常ピークが見られなかった。実施例1で述べた場合と同様に回折格子の格子直線に垂直な方向の小角偏向の5μｍ周期の繰り返し露光を反映した異常ピークは回折波長の0.17倍（0.833/5 = 0.17）の230ｎｍ近傍に出現するはずであるが、回折波長200ｎｍから離れているために異常ピークの最大強度は回折光の10−5以下になった。このためこの回折格子を図１の分光分析装置に搭載し図1の試料セルに試料を装着して成分分析を行ったところ図１１に示すように吸収スペクトルにおいてすべての波長領域で明確なスペクトルピークの分離ができ試料の高精度成分分析が可能となった。  
上記のように回折現象に影響のない縦方向の繰り返しピッチを20μｍピッチとすることで実施例1に比べて光学特性には変化を与えずに縦方向に20μｍピッチで2500回繰り返し露光と、実施例1に比べて四分の一の露光時間で回折格子を作製できた。つまり、露光の単位となるラインアンドスペースパターン50の寸法を、回折格子の格子直線に垂直な方向の長さに比べて、回折格子の格子直線方向の長さを大きくすることにより、露光時間を短くすることができる。
【実施例３】
【００２３】
同様に、電子ビーム露光においてピッチ寸法0.555μｍのラインアンドスペースパターン50ｍｍ角の回折格子の露光を例に、本発明の実施例３の露光法を説明する。ピッチ寸法と小角偏向の繰り返し露光周期の関係において、（１）式の露光すべきピッチ寸法（Ｐ）と小角偏向の繰り返し露光周期（Ｓ）との比が0.1以上になるように設定して露光を行った。すなわち、ピッチ寸法0.555μｍ、50ｍｍ角の回折格子の露光にあたり、図１３に示すように5μｍ角51内のピッチ寸法0.555μｍのラインアンドスペースパターン53を小角偏向器30にてビーム位置を制御して露光し、それを超える領域には大角偏向器31により小角偏向中心を5μｍ横にずらして同様に5μｍ角52をピッチ寸法0.555μｍのラインアンドスペースパターンを小角偏向器30にてビーム位置を制御して露光する。これを縦横に繰り返し大角偏向領域最大の1ｍｍ角まで露光した後、ステージ35を横に1ｍｍ移動して同様に小角および大角偏向により隣接の1ｍｍ角を露光し、これ縦横に繰り返すことにより、ピッチ寸法0.555μｍのラインアンドスペースパターンを50ｍｍ角全面に露光する。すなわち、縦横方向に5μｍ角をそれぞれ10000回繰り返し露光により50ｍｍ角全面に露光したことになる。この露光により作製した回折格子を分光計に搭載してその分光特性を調べたところ図１４に示すように、回折波長200ｎｍ近傍に異常ピークが見られなかった。（１）式から導出される小角偏向の5μｍ周期の繰り返し露光を反映した異常ピークは回折波長の0.11倍（0.555/5 = 0.11）の230ｎｍ近傍に出現するはずであるが、回折波長200ｎｍから離れているために異常ピークの最大強度は回折光の10−5以下になった。
さらに、電子ビーム露光において露光を図8と同様に、以下のように多重露光を行った。すなわち、１回あたりの照射量を1/２に設定して２回に分け２回目の小角偏向位置を１回目の露光の小角偏向位置に対して横に2.5μｍ横にずらして露光を行った。この露光により作製した回折格子を分光計に搭載してその分光特性を調べたところ、異常ピークの最大強度はさらに改善され回折光の10−6以下になった。
【００２４】
本発明の実施例によれば、半導体微細加工に用いられる電子ビーム露光による繰り返し露光を用いた回折格子の作製により、ピッチ寸法1μｍ以下のラインアンドスペースパターンを高精度に作製することが可能であり、繰り返し露光で生じる回折光の異常ピークの発生を抑制し、急峻で異常ピークに少ない分光が可能な回折格子が実現できるので、この回折格子で用いることで高精度な分光分析を行うことができる。さらに、多重露光を併用することで異常ピークの強度を減少し、より異常ピークの影響の少ない分光が可能な回折格子が実現できる。
【００２５】
なお、本発明の実施例による回折格子を、図１に示した分光分析装置に直接搭載させたが、本発明による回折格子を母材にそのレプリカを作製してもその光学特性は変わらず、本発明による回折格子を母材にしたレプリカを分光分析装置に搭載させても上記実施例と同様の効果があることは言うまでも無い。
【００２６】
上記実施例を含めて、露光すべき回折格子のピッチ寸法（P）と小角偏向の繰り返し露光周期（S）との比Ｐ／Ｓに対する、異常ピークの対回折光の強度比を求めたところ、図１５のような結果が得られた。露光すべき回折格子のピッチ寸法（P）と小角偏向の繰り返し露光周期（S）との比Ｐ／Ｓが大きくなるにつれて異常ピークの強度は減少していくが、異常光の強度を本来の分析に用いる回折光の強度に比べて１０−５以下に抑えるためには、Ｐ／Ｓを０．１以上とする必要がある。
【００２７】
本発明によれば、(１)式において繰り返し露光のピッチ寸法Sの値を調整することで異常光の出現波長を制御することが可能である。即ち、本発明の回折格子およびそれを用いた分光分析装置は、半導体素子の微細加工技術を応用した電子ビーム露光装置による繰り返し露光による回折格子の作製において、繰り返し露光のピッチ寸法である電子ビームの偏向領域を適切な値に設定することにより、異常光の波長を本来の回折光波長から遠ざけた波長にずらして異常光の分析精度への影響を抑えた回折格子の作製が可能となる。
【００２８】
また、この回折格子の作製に当たり分析に必要な回折格子のピッチ寸法などからを予め電子ビームの偏向領域を適切な値に設定することにより所望の分光分析装置に最適な回折格子の作製ができる。
【符号の説明】
【００２９】
１…光源、２，４…スリット、３…回折格子、５，７，８…ミラー、６…ハーフミラー、９…参照セル、１０…試料セル、１１，１２…レンズ、１３，１４…検出器、１５…光、１６…回折光、１７…シリコン基板、１８…レジスト、１９…金属膜、２０…電子銃、２１…電子ビーム、２２…第1マスク、２３，２５…転写レンズ、２４…可変成形偏向器、２６…開口、２７…第２マスク、２８，２９…縮小レンズ、３０…小角偏向器、３１…大角偏向器、３２，３３…対物レンズ、３４…基板、３５…ステージ、３６…パターン寸法制御系、３７…小角偏向制御系、３８…大角偏向制御系、３９…ステージ移動制御系、４０，４５，４８…小角偏向領域、４１，４６，４９…隣接小角偏向領域、４２，４７，５０，５３，５６…回折格子ラインアンドスペースパターン、４３，５１…露光1回目の小角偏向領域、４４，５２…露光２回目の小角偏向領域、１００…回折光、１０１…異常光。
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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