(57)【要約】【課題】回折光学素子において、最適な回折効果を得るための回折光学素子作製方法【手段】回折光学素子を露光装置による一括露光とドライエッチングにより作製するプロセスにおいて、回折光学素子にパターンニングを行う際に使用される露光波長と、出来上がった回折光学素子を使用する際に用いられる波長とが、ほぼ同一であることを特徴とする回折光学素子の作製方法である。回折光学素子の作製時と使用時とがほぼ同じ波長であることから、設計値どおりの所望の回折効果を得ることが出来る。【選択図】  図１
2005227460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置の露光により基板上にレジストパターンを形成することにより作製される回折光学素子において、
前記回折光学素子を使用する際に用いられる波長をλ２とした場合に、
前記露光装置の露光波長λ１が、
０．９×λ２＜λ１＜１．１×λ２
であることを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
露光装置の露光により基板上にレジストパターンを形成し、前記レジストパターンの形成された基板をドライエッチングすることにより作製される回折光学素子において、
前記回折光学素子を使用する際に用いられる波長をλ２とした場合に、
前記露光装置の露光波長λ１が、
０．９×λ２＜λ１＜１．１×λ２
であることを特徴とする回折光学素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された回折光学素子において、前記波長λ１が２００ｎｍ以下であることを特徴とする回折光学素子。
【請求項４】
基板上にフォトレジストを塗布する工程と、
露光装置によりフォトレジストの塗布された前記基板を露光する工程と、
前記基板を現像しレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンの形成された基板をドライエッチングする工程と、
レジストを剥離する工程からなる回折光学素子の製造方法において、
作製された前記回折光学素子を使用する際に用いる波長をλ２とした場合に、前記露光装置の光源の波長λ１が、
０．９×λ２＜λ１＜１．１×λ２
であることを特徴とする回折光学素子の作製方法。
【請求項５】
請求項４に記載された回折光学素子の作製方法において、前記波長λ１が２００ｎｍ以下であることを特徴とする回折光学素子の作製方法。
【請求項６】
露光装置等の照明に用いる回折光学素子を備えた照明光学装置において、
前記回折光学素子の作製の際に用いた波長がλ１である場合に、前記照明光学装置に用いられる光源の波長λ２が、
０．９×λ１＜λ２＜１．１×λ１
であることを特徴とする照明光学装置。
【請求項７】
請求項６に記載された照明光学装置において、前記波長λ１が２００ｎｍ以下であることを特徴とする照明光学装置。
【請求項８】
マスク上に設けられたパターンの像を感光性基板上へ転写する露光装置であって、
回折光学素子と、光源と、
前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系とを備えている露光装置において、
前記回折光学素子の作製の際に用いた波長がλ１である場合に、前記光源の波長λ２が、
０．９×λ１＜λ２＜１．１×λ１
であることを特徴とする露光装置。
【請求項９】
請求項８に記載された露光装置において、前記回折光学素子が、前記光源からの光束の波面計測用、或いは、前記光源からの光束を拡散するために用いられていることを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
請求項８、９に記載されたいずれかの露光装置において、ウエハと投影光学系との間に液体を侵入させて露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
請求項８から１０に記載されたいずれかの露光装置において、前記波長λ２が２００ｎｍ以下であることを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
請求項８から１１に記載されたいずれかの露光装置を用いて、デバイスを製造する方法において、
前記回折光学素子の作製の際に用いた波長がλ１である場合、
０．９×λ１＜λ２＜１．１×λ１
で規定されるλ２の波長により前記感光性基板上に露光する露光工程と、
露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載されたデバイスの製造方法において、ウエハと投影光学系との間に液体を侵入させて露光することを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載されたいずれかのデバイスの製造方法において、前記波長λ２が２００ｎｍ以下であることを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英基板や蛍石基板を素子基板として用いた回折光学素子並びに回折光学素子の製造方法に関するものであり、また、ＡｒＦ等の紫外光を光源とし、当該回折光学素子を用いた光学系を有する半導体製造用露光装置、当該露光装置を使用してデバイスを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高集積化はとどまるところを知らず、露光装置とりわけ投影光学系に要求される性能は益々高レベルとなっている。露光装置の解像度は投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすることによって高めることができるが、ＮＡを大きくすることによって焦点深度は浅くなる。従って、ある程度以上ＮＡを大きくすることはできず、解像度を高めるためには露光波長を短波長化することが要求されている。
【０００３】
一方、従来から露光装置内の光学系に回折光学素子を利用することが考えられており、具体的には照明光学系で照野を均一にするために用いられている。この回折光学素子は表面に形成されたブレーズド状(鋸歯波状)のグレーティングや凹凸のグレーティングにより回折効果を生じさせるものである。従来の赤外光や可視光に対応した回折光学素子製造方法としては、ホットプレス法や射出成型によって直接高分子材料を加工する方法や、電子線（ＥＢ）描画や露光装置による一括露光とドライエッチングを組合せてガラスを加工する方法等が知られている。
【０００４】
しかしながら、露光装置に用いられる回折光学素子の場合、ホットプレス法や射出成形によって直接高分子材料を加工する方法により得られた回折光学素子では、部材が高分子材料からなるものであることから、紫外光の領域では光吸収を生じてしまい露光装置用の回折光学素子としては用いることはできない。
【０００５】
また、電子線（ＥＢ）描画とドライエッチングを組合せてガラスを加工する方法では、電子線（ＥＢ）描画によるパターンを露光には、膨大な時間が必要であり、回折光学素子作製のコストがアップし、高価なものとなってしまうというデメリットがあった。このようなことから、一般的に回折光学素子は露光装置による一括露光とドライエッチングを組合せて作製されている。
【特許文献１】特開２００３−２４０９３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、露光装置は一般に微細パターンを形成する装置であるが、この微細パターンの形成には所望の照明条件が得られるか否かが非常に重要となる。即ち、露光装置ではマスクの所望の領域を均一に照明等するため回折光学素子を用いているが、この回折光学素子の出来不出来により所望の照明をすることができるか否かが異なってくる。よって、回折光学素子が設計どおりに出来上がっていれば問題はないが、そうでない場合には結像性能に悪影響を与え、特に、露光装置のように仕様の厳しい装置の場合に問題となる。
【０００７】
ここで、発明者らは露光装置による一括露光のプロセスにより回折光学素子を作製する場合の作製過程について注意深く検討を行った。この結果、光束の拡散状態及び光学素子形状の精密な計測結果から、所望の回折を生じない回折光学素子は、設計どおりの最適なパターン形状ではないことが発見された。露光装置以外の光学装置に回折光学素子を使用した場合には、殆ど問題がない場合であっても、露光装置に使用した場合は問題が生じる場合がある。これは、露光装置は非常に微細なパターンの形成を行うことから、装置に要求されるレベルが高いためであり、露光装置の照明光学系に回折光学素子を用いた場合に、上記のように若干でも回折効果が最適でない場合、照明性能の低下を招き、露光装置の性能が劣化するといった、今まで着目されていなかった新たな課題を見出した。
【０００８】
この回折が最適でない理由に関して、発明者らは更に鋭意検討を進めたところ、以下のようなことが解析された。
一般に露光装置により回折光学素子を作製する際、ガラス基板上にフォトレジストを塗布した後、露光装置により所望のパターン形成を行うが、このとき露光に使用される波長λ１と、このプロセスにより作製された回折光学素子を使用する波長λ２とが異なる場合に、所望の回折効果が得られないとの検討結果を得た。
【０００９】
具体的には、回折光学素子作製の際露光に用いられた波長λ１が、作製された回折光学素子を使用する場合の波長λ２よりも長い場合(λ１＞λ２)には、設計された回折光学素子に対し、実際作製される回折光学素子は個々のエレメントのエッジ部分が丸まった形状となってしまい、回折光学素子の使用される波長での解像力が不足する。このため高周波成分が少なく、いわゆる切れの悪いパターンとなる。
【００１０】
また、回折光学素子作製の際露光に用いられた波長λ１が、作製された回折光学素子を使用する場合の波長λ２よりも短い場合(λ１＜λ２)、使用される波長に対し回折光学素子の解像力が高すぎ、必要以上に高次の回折光を生じてしまう。このため、期待していた回折とは異なる回折が発生し、これを解消する為には、マスクをグレースケール化するなど、通常の２値化した濃淡のマスクに更にプロセスを加える必要があり、通常の２値化した濃淡のマスクに比べて大幅にコストが増加してしまう。
【００１１】
以上の検討の結果、回折光学素子作製時の露光装置の露光波長λ１と、これにより作製された回折光学素子を使用する際に用いる波長λ２とが同じである(λ１＝λ２)である場合には、上記のような問題が殆ど発生しないという結論を得ることができた。即ち、λ１とλ２とが殆ど同じである場合では、高周波成分の不足により十分回折しないとか、解像力が高すぎ必要以上に回折光が生じ、露光装置の照明性能が低下するといった問題点が殆どないのである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。
第１の発明は、露光装置の露光により基板上にレジストパターンを形成することにより作製される回折光学素子において、前記回折光学素子を使用する際に用いられる波長をλ２とした場合に、前記露光装置の露光波長λ１が、
０．９×λ２＜λ１＜１．１×λ２
であることを特徴とする回折光学素子である。
【００１３】
第２の発明は、露光装置の露光により基板上にレジストパターンを形成し、前記レジストパターンの形成された基板をドライエッチングすることにより作製される回折光学素子において、前記回折光学素子を使用する際に用いられる波長をλ２とした場合に、前記露光装置の露光波長λ１が、
０．９×λ２＜λ１＜１．１×λ２
であることを特徴とする回折光学素子である。
【００１４】
第３の発明は、第１又は第２の発明のいずれかの回折光学素子において、前記波長λ１が２００ｎｍ以下であることを特徴とする回折光学素子である。
第４の発明は、基板上にフォトレジストを塗布する工程と、露光装置によりフォトレジストの塗布された前記基板を露光する工程と、前記基板を現像しレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンの形成された基板をドライエッチングする工程と、レジストを剥離する工程からなる回折光学素子の製造方法において、作製された前記回折光学素子を使用する際に用いる波長をλ２とした場合に、前記露光装置の光源の波長λ１が、
０．９×λ２＜λ１＜１．１×λ２
であることを特徴とする回折光学素子の作製方法である。
【００１５】
第５の発明は、第４の発明の回折光学素子の作製方法において、前記波長λ１が２００ｎｍ以下であることを特徴とする回折光学素子の作製方法である。
第６の発明は、露光装置等の照明に用いる回折光学素子を備えた照明光学装置において、前記回折光学素子の作製の際に用いた波長がλ１である場合に、前記照明光学装置に用いられる光源の波長λ２が、
０．９×λ１＜λ２＜１．１×λ１
であることを特徴とする照明光学装置である。
【００１６】
第７の発明は、第６の発明の照明光学装置において、前記波長λ１が２００ｎｍ以下であることを特徴とする照明光学装置である。
第８の発明は、マスク上に設けられたパターンの像を感光性基板上へ転写する露光装置であって、回折光学素子と、光源と、前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系とを備えている露光装置において、前記回折光学素子の作製の際に用いた波長がλ１である場合に、前記光源の波長λ２が、
０．９×λ１＜λ２＜１．１×λ１
であることを特徴とする露光装置である。
【００１７】
第９の発明は、第８の発明の露光装置において、前記回折光学素子が、前記光源からの光束の波面計測用、或いは、前記光源からの光束を拡散するために用いられていることを特徴とする露光装置である。
【００１８】
第１０の発明は、第８又は第９の発明のいずれかの露光装置において、ウエハと投影光学系との間に液体を侵入させて露光することを特徴とする露光装置である。
第１１の発明は、第８から１０の発明のいずれかの露光装置において、前記波長λ２が２００ｎｍ以下であることを特徴とする露光装置である。
【００１９】
第１２の発明は、第８から１１の発明のいずれかの露光装置を用いて、デバイスを製造する方法において、前記回折光学素子の作製の際に用いた波長がλ１である場合、
０．９×λ１＜λ２＜１．１×λ１
で規定されるλ２の波長により前記感光性基板上に露光する露光工程と、露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイスの製造方法である。
【００２０】
第１３の発明は、第１２の発明のデバイスの製造方法において、ウエハと投影光学系との間に液体を侵入させて露光することを特徴とするデバイスの製造方法である。
第１４の発明は、第１２又は第１３の発明のいずれかのデバイスの製造方法において、前記波長λ２が２００ｎｍ以下であることを特徴とするデバイスの製造方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の回折光学素子によれば、回折の不足や不必要な回折の発生がなく、所望の回折を生じさせ、設計どおりの照明を行うことができる。特に、露光装置のような精度が要求されるものに用いた場合、最も望ましい回折効果により従来以上に均一に照明をすることができることから微細なパターンの形成が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１に基づき本発明に係る回折光学素子の作製方法について説明する。
【実施例１】
【００２３】
本実施例では、基板として溶融石英基板を用いた。まず、溶融石英基板の両面を研磨し洗浄する。この後基板の片面(加工する面)にフォトレジストを塗布しプリベーク処理を実施する(ステップ１)。この基板をエキシマ光源であるＡｒＦ(波長１９３ｎｍ)を光源とする露光装置により、所望のパターンを露光する（ステップ２）。この後、ベーク処理を経て現像処理を行い所望のレジストパターンを得る(ステップ３)。このレジストパターンの形成された基板をドライエッチング、具体的には反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりエッチング処理を行う(ステップ４)。反応性イオンエッチングを行う手順は、基板を真空チャンバー内部に設置した後、真空チャンバーを真空ポンプにより排気する。チャンバー内部が２×１０-4Ｐａ以下に排気した後、チャンバー内にＣＦ4を導入しプラズマ放電することにより、基板のレジストのパターンが形成されていない領域がエッチングされる。所望の深さエッチングされた後、フォトレジストを剥離液により剥離する(ステップ５)。この作製プロセスにより、２段階の回折光学素子が作製される。
【００２４】
この作製された回折光学素子は、露光装置の照明装置の部品として、照野を均一化する為に拡散板として用いる。この露光装置の光源は、当該回折光学素子を作製する際、露光に用いられる波長と同じ波長の光源であるＡｒＦエキシマ光源（波長１９３ｎｍ）を用いている。この拡散板は、均一な照明分布を得るためのものであり、入射光が拡散板により拡散される。また、本露光装置は、高ＮＡ化のため、ウエハと投影光学系との間に純水を侵入させた、いわゆる液浸露光装置である。
【００２５】
なお、本実施例では回折光学素子を作製する波長と使用する際に用いる波長とを同一としたが、±１０％範囲内であれば、回折効果にあまり影響がないことが経験上解っている。
【００２６】
尚、エッチングの場合と逆のレジストパターンを形成した基板上にスパッタリングによりＳｉＯ2膜を成膜した後、リフトオフ等の手法でレジストを取り除くことにより、レジスト上に成膜されたＳｉＯ2膜が除去され、同様な回折光学素子を得ることができる。
【実施例２】
【００２７】
実施例１に記載された、溶融石英上へのレジスト塗布、ＡｒＦエキシマ光源(波長１９３ｎｍ)によりマスクパターンを露光、現像、ＲＩＥによるドライエッチング、レジスト除去の工程を３回繰り返すことにより、８段の回折光学素子を作製した。
【００２８】
この作製された回折光学素子を露光装置の照明装置の部品として、照野を均一化する為に拡散板として用いる。この回折光学素子は、均一な照明分布を得るためのものであり、入射光が回折光学素子により拡散される。
【００２９】
この露光装置の光源はＡｒＦエキシマ光源（波長１９３ｎｍ）であり、回折光学素子を作製する際、露光に用いられる波長と同じである。
【実施例３】
【００３０】
以下、本発明に係る露光装置の実施例を図２に示す。この露光装置において、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光源１１から出力された露光光は、ビームエキスパンダ１２で適当な径の平行光束に調整された後、拡散板１３に入射する。この拡散板は実施例１に記載されらドライプロセスにより作成された回折光学素子であり、この拡散板作成におけるパターン形成の際に用いられた露光波長は１９３ｎｍである。この後、ズームコンデンサーレンズ１４、フライアイインテグレータ１５、コンデンサーレンズ１６、ミラー１７からなるメイン照明系を介してレチクル１８を均一に照明する。レチクル１８を透過した露光光は、投影レンズ１９を透過してステージ上のウエハステージ２０に載置されたウエハ２１に照射され、レチクル１８のパターンがウエハ２１上に投影される。
【００３１】
この際、拡散板１３が設計値通り最適な回折を生じさせることができるため、円形、輪帯、多極等の所望の分布の均一照明が可能となり、ウエハ２１上に本発明に係る露光装置により微細なレジストパターンの形成が可能となる。
【実施例４】
【００３２】
上述の実施例３に係る露光装置により、マイクロデバイスを露光する方法について説明する。照明光学装置によってマスク(またはレチクル)を照明し(照明工程)、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用パターンを感光性基板に露光する(露光工程)により、マイクロデバイス(半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等)を製造することができる。以下、上述の実施例の露光装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図３のフローチャートを参照して説明する。
【００３３】
先ず、図３のステップ１０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される、次のステップ１０２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ１０３において、実施栄３に係る露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系(投影光学モジュール)を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。露光装置には１９３ｎｍの波長でパターン形成された拡散板が含まれており、この波長と同一の１９３ｎｍの波長により露光がなされる。尚、本実施例に用いている露光装置は、高ＮＡ化のため、ウエハと投影光学系との間に純水を侵入させた、いわゆる液浸露光装置である。
その後、ステップ１０４において、その１ロットについてウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ１０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤに回路パターンの形成を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスであっても露光することができる。
【００３４】
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート(ガラス基板)上に所定のパターン(回路パターン、電極パターン等)を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る回折光学素子の作製方法の手順を示した図である。
【図２】本発明に係る露光装置の概念図である。
【図３】本発明に係るデバイスの製造方法により、デバイスを作製するためのプロセスを示した図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１  光源
１２  ビームエキスパンダ
１３  拡散板
１４  ズームコンデンサーレンズ
１５  フライアイインテグレータ
１６  コンデンサーレンズ
１７  ミラー
１８  レチクル
１９  投影レンズ
２０  ウエハステージ
２１  ウエハ
【図１】
2005227460.tif 000003
【図２】
2005227460.tif 000004
【図３】
2005227460.tif 000005