(57)【要約】【課題】半導体用露光装置等の照明光学系で用いられる瞳フィルタを透過する照明光の光量の減少を防ぎ、半導体露光の効率を高め、光近接効果による補正を施す際の負荷を低減し、マスクパターンピッチによりウェーハ上に結像するパタ−ン寸法が変動することがなく、安定した高解像の光学像が得られる瞳フィルタを提供する。【解決手段】光源より発した光を照明光学系を介してマスクに照射し、マスク上のパターンを投影光学系を介して被露光基板上へ投影露光する露光装置の照明光学系で用いられる瞳フィルタ形成用の回折光学素子であって、前記回折光学素子により形成される瞳フィルタが２つの光透過部を備えた二重極瞳であり、前記２つの光透過部は前記瞳フィルタの中心から所定の距離に対称の扇状形状をなし、前記２つの光透過部の間が光低透過率領域からなり、前記２つの光透過部および前記光低透過率領域の外側が遮光部であることを特徴とする。【選択図】  図１
2007287719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源より発した光を照明光学系を介してマスクに照射し、前記マスク上のパターンを投影光学系を介して被露光基板上へ投影露光する露光装置の前記照明光学系で用いられる瞳フィルタ形成用の回折光学素子であって、
前記回折光学素子により形成される瞳フィルタが２つの光透過部を備えた二重極瞳であり、前記２つの光透過部は前記瞳フィルタの中心から所定の距離に対称の扇状形状をなし、前記２つの光透過部の間が光低透過率領域からなり、前記２つの光透過部および前記光低透過率領域の外側が遮光部であることを特徴とする瞳フィルタ形成用の回折光学素子。
【請求項２】
前記光低透過率領域が、略楕円形状をなすことを特徴とする請求項１に記載の瞳フィルタ形成用の回折光学素子。
【請求項３】
前記２つの光透過部の内径をσｉ、外径をσｏ、前記２つの光透過部が前記瞳フィルタの中心となす開口角をθとし、前記瞳フィルタの半径を１としたとき、σｉ、σｏおよびθが下記の範囲であり、
前記光低透過率領域を透過した光の強度をｃｉ、前記２つの光透過部を透過した光の強度を１００％とし、前記略楕円形状をなす光低透過率領域の長径をＲ、短径をｒとしたとき、ｃｉおよびＲ／ｒが下記の範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の瞳フィルタ形成用の回折光学素子。
０．６５＜σｉ＜０．７５
０．８＜σｏ＜０．９
４０°＜θ＜５０°
５％＜ｃｉ＜１０％
１．５＜Ｒ／ｒ＜１．９
【請求項４】
前記回折光学素子が、計算機ホログラム素子であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の瞳フィルタ形成用の回折光学素子。
【請求項５】
光源より発した光を照明光学系を介してマスクに照射し、前記マスク上のパターンを投影光学系を介して被露光基板上へ投影露光する露光装置であって、
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の瞳フィルタ形成用の回折光学素子を備えたことを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等のパターン形成で使用される投影露光装置に用いられる瞳フィルタを形成する回折光学素子、およびその回折光学素子を備えた露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の回路パターン形成には、一般にフォトリソグラフィ技術と呼ばれる工程が必要である。この工程には通常、フォトマスク（レチクルとも称する。以後、単にマスクと記す。）パターンを半導体ウェーハ等の被露光基板上に転写する方法が採用される。被露光基板上には感光性のフォトレジストが塗布されており、マスクパターンのパターン形状に応じて、フォトレジストに回路パターンが転写される。そして、投影露光装置では、マスク上に描画された転写すべき回路パターンの像が、投影光学系を介して被露光基板（ウェーハ）上に投影、露光される。
【０００３】
フォトリソグラフィ技術においては、投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例するため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進んでいるが、短波長化及び高ＮＡ化だけでこの要求を満足するには限界となっている。
【０００４】
そこで解像度を上げるために、プロセス定数ｋ１（ｋ１＝解像線幅×投影光学系の開口数／露光光の波長）の値を小さくすることによって微細化を図る超解像技術が近年提案されている。このような超解像技術として、露光光学系の特性に応じてマスクパターンに補助パターンや線幅オフセットを与えてマスクパターンを最適化する方法、あるいは変形照明法（斜入射照明法、多重極照明法とも称する。）と呼ばれる方法等がある。変形照明法には、通常、瞳フィルタを用いた輪帯照明、二重極（二極、またはダイポールとも称する。）照明及び四重極（四極、またはクォードラポールとも称する。）照明等が用いられている。
【０００５】
図９は、半導体用投影露光装置の露光系の概略構成模式図であり、ＡｒＦエキシマレーザ等の光源９１と、変形照明手段として瞳フィルタ９２を配置し、照明光９３は投影光学系のレンズ９７を介して被露光基板のウェーハ９８上に結像される。ここでいう「瞳フィルタ」は照明光学系の瞳フィルタであり、マスク９５上のコンデンサレンズ９４上に配置されている。
図１０は、従来の瞳フィルタの形状例を示す上面模式図であり、斜線を引いた部分が遮光部、斜線を引かない部分が光透過部を示す。図１０（ａ）は、通常の瞳フィルタで円形の瞳の大部分が光源より発した光を透過する光透過部１０１からなり、周辺部が遮光部１０２である。図１０（ｂ）は、変形照明用の瞳フィルタの形状例で、中央部が遮光部１０４として遮光され、瞳フィルタの中心に対称の位置に２つの扇状の光透過部１０３を有する。
【０００６】
図１０（ａ）に示したような一般的な円形の瞳フィルタの場合、マスクからの回折光の回折角（ｔ）は、マスクのパターンピッチ（ｄ）と光の波長（Ｌ）で決まり、次式で示される（ここで、ｎは回折次数）。したがって、特定の光源を用いる場合には、マスクパターンのピッチにより、回折光の回折角（ｔ）が異なることになる。
ｓｉｎ（ｔ）＝ｎ×Ｌ／ｄ
【０００７】
図１１は、マスクパターンのピッチと瞳フィルタを通過した後の照明光の回折光との関係を示す説明図である。
図１１（ａ）は、露光波長に対してマスク１１５ａのパターンのピッチが大きい場合を示しており、照明光１１３ａはウェーハ面で結像し良好な画像が得られる。しかしながら、半導体素子の微細化に伴い、マスクパターンのピッチもますます小さくなってきている。図１１（ｂ）は、露光波長に対してマスク１１５ｂのパターンのピッチが小さい場合であり、照明光１１３ｂはウェーハ面では結像しなくなってしまい、良好な画像が得られなくなる。図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）と同条件で光を斜めから入射した場合（斜入射照明法）であり、照明光１１３ｃはウェーハ上で結像することができる。このように、半導体素子の微細化によりマスクパターンのピッチも小さくなり、斜め入射の露光方法が用いられるようになってきた。
【０００８】
上記の図１１（ｃ）に示す斜入射照明法を実現するため、瞳フィルタの瞳形状を、例えば、従来型の図１０（ａ）に示す円形瞳から、図１０（ｂ）の二重極の扇状瞳にすると、瞳フィルタの中央部を遮光することにより、斜め成分の光を入射させることができ、解像力を向上させることができる。
しかしながら、照明用の瞳フィルタを図１０（ａ）から図１０（ｂ）にすることにより、新たに以下の課題が生じてきた。
【０００９】
まず第１の課題として、図１０（ｂ）に示す瞳フィルタをアパーチャ（一般的には金属板加工）で実現すると、図１０（ｂ）の瞳フィルタを透過する照明光の光量が減少してしまい、露光時間が長くなり、半導体露光の効率が非常に悪くなり、半導体製造コストが増大するという問題があった。このため、上記の光量の損失を低減するために、回折光学素子の使用が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【００１０】
次に、図１０（ａ）の瞳フィルタに対し図１０（ｂ）の瞳フィルタは照明光の透過する面積が小さいため、瞳フィルタを出射する光は非常に干渉性の高い光となることにより、以下の第２の課題が生じていた。
図１２はマスクパターンのピッチを示すパターンの上面模式図で、黒部が遮光部であり、図１２（ａ）はピッチが小さく、図１２（ｂ）はピッチが大きい場合を示す。図１３は、横軸にマスクパターンピッチ、縦軸に光学像のコントラストを示し、マスクパターンのピッチと瞳フィルタを出射する照明光の干渉性との関係を説明する図である。図１３の曲線（ａ）は円形瞳、図１３の曲線（ｂ）は扇状瞳の場合である。
【００１１】
マスク上において、マスクパターンピッチが小さく狭くなると、図１３の曲線（ａ）に示すように、円形瞳を用いた通常照明では、コントラストは急激に低下し解像力は低下する。しかし、ピッチが大きく広いところでは、コントラストは安定している。
一方、図１３の曲線（ｂ）に示すように、扇状瞳を用いた変形照明では、マスクパターンピッチの小さいところまでコントラストは高く維持される。しかし、パターンピッチが変わると、コントラストが規則的に変化し、コントラストが安定しない。これは、マスクパターンピッチによりウェーハ上に結像するパタ−ン寸法が変動することを意味し、この変動を修正するためには光近接効果補正（ＯＰＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｃｏｒｒｅｃｔ）等の強力な補正技術が必要となる。しかし、瞳フィルタを出射した照明光の干渉性が高いことから、このＯＰＣを適用しなければならない範囲が広がってしまい、データ処理が大きな負担となり、ＯＰＣ補正が困難になるという問題が生じていた。
【特許文献１】特開２００１−１７４６１５号公報
【特許文献２】特開２００５−２４３９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、半導体用露光装置等の照明光学系で用いられる瞳フィルタを透過する照明光の光量の減少を防ぎ、半導体露光の効率を高め、さらに光近接効果による補正を施す際の負荷を低減でき、マスクパターンピッチによりウェーハ上に結像するパタ−ン寸法が変動することがなく、安定した高解像の光学像が得られる瞳フィルタを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係る瞳フィルタ形成用の回折光学素子は、  光源より発した光を照明光学系を介してマスクに照射し、前記マスク上のパターンを投影光学系を介して被露光基板上へ投影露光する露光装置の前記照明光学系で用いられる瞳フィルタ形成用の回折光学素子であって、前記回折光学素子により形成される瞳フィルタが２つの光透過部を備えた二重極瞳であり、前記２つの光透過部は前記瞳フィルタの中心から所定の距離に対称の扇状形状をなし、前記２つの光透過部の間が光低透過率領域からなり、前記２つの光透過部および前記光低透過率領域の外側が遮光部であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２の発明に係る瞳フィルタ形成用の回折光学素子は、請求項１に記載の瞳フィルタ形成用の回折光学素子において、前記光低透過率領域が、略楕円形状をなすことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３の発明に係る瞳フィルタ形成用の回折光学素子は、請求項１または請求項２に記載の瞳フィルタ形成用の回折光学素子において、前記２つの光透過部の内径をσｉ、外径をσｏ、前記２つの光透過部が前記瞳フィルタの中心となす開口角をθとし、前記瞳フィルタの半径を１としたとき、σｉ、σｏおよびθが下記の範囲であり、前記光低透過率領域を透過した光の強度をｃｉ、前記２つの光透過部を透過した光の強度を１００％とし、前記略楕円形状をなす光低透過率領域の長径をＲ、短径をｒとしたとき、ｃｉおよびＲ／ｒが下記の範囲であることを特徴とするものである。
０．６５＜σｉ＜０．７５
０．８＜σｏ＜０．９
４０°＜θ＜５０°
５％＜ｃｉ＜１０％
１．５＜Ｒ／ｒ＜１．９
【００１６】
請求項４の発明に係る瞳フィルタ形成用の回折光学素子は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の瞳フィルタ形成用の回折光学素子において、前記回折光学素子が、計算機ホログラム素子であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項５の発明に係る露光装置は、光源より発した光を照明光学系を介してマスクに照射し、前記マスク上のパターンを投影光学系を介して被露光基板上へ投影露光する露光装置であって、  請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の瞳フィルタ形成用の回折光学素子を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の回折光学素子は、瞳フィルタを回折光学素子で実現しているので、瞳フィルタの光強度分布を任意に形成でき、照明光の透過効率が高く、露光工程における半導体生産効率を向上させることができる。
本発明の回折光学素子は、光学像のコントラストの安定性が高いため、半導体回路パターンに対し、光近接効果による補正を施す際の負荷を低減できる。また、マスクパターンピッチによりウェーハ上に結像するパタ−ン寸法が変動することがなく、高解像で安定した光学像が得られ、より微細な加工が可能となる。半導体でいえば、小面積、高速、低電力の素子を高い生産性で実現できる。
【００１９】
したがって、本発明の回折光学素子を照明光学系に備えた投影用露光装置を用いることにより、高品質、低コストの半導体素子が実現でき、ハーフピッチ６５ｎｍ以降の半導体素子の製造に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の回折光学素子、およびそれを用いて形成される瞳フィルタ、露光装置の実施形態について説明する。
【００２１】
（回折光学素子）
本発明においては、上記の課題を解決するために、アパーチャを用いずに、回折光学素子を用いてアパーチャの位置に所望の光強度分布を有する瞳フィルタ形状を形成するものである。このような回折光学素子としては、アパーチャの位置に二重極の扇状瞳の所望の光強度分布の光パターンを発生させるようにあらかじめ設計された計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ）素子等からなるものが好適である。計算機ホログラム素子は、物体光と参照光との干渉で得られるものである干渉縞パターンを計算により求め、その結果を描画装置により直接出力することで作られるホログラムである。再生光として所望の光強度分布を得るための干渉縞形状はコンピュータによる反復計算を用いて最適化することで求めることができる。計算機ホログラム素子は、上記の干渉縞形状をもとに、透明合成石英基板を階段状に多段にエッチング加工して作製することができ、瞳フィルタのような集光を実現する回折光学素子である。
以下に、本発明の回折光学素子により形成される瞳フィルタについて述べる。
【００２２】
（瞳フィルタ）
本発明の回折光学素子により形成される瞳フィルタは、図１に示すように、２つの光透過部１１を備えた二重極（ダイポール）瞳であり、２つの光透過部１１は、瞳フィルタの中心から所定の距離に瞳フィルタの直径上に対称の扇状形状をなし、この２つの光透過部１１の間が光低透過率領域１２からなり、２つの光透過部１１および光低透過率領域１２の外側が遮光部１３（斜線部分）であることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の回折光学素子において、形成される瞳フィルタを二重極（ダイポール）瞳としたのは、二重極瞳は四重極（クォードラポール）瞳に比べ、解像力が高く、設計が容易であるという利点を有するからである。四重極瞳の場合には、設計が複雑となり、しかも瞳フィルタの中央部は円形となり、解像力が低下し、二重極瞳に比べて高性能がでにくいからである。
また、本発明の回折光学素子において、形成される瞳フィルタの形状を扇状形状としたのは、扇状形状の二重極瞳は、円形形状の二重極瞳よりも解像力が高いという利点を有するからである。
【００２４】
本発明の回折光学素子により形成される瞳フィルタは、瞳フィルタの２つの扇状の光透過部１１の間が光低透過率領域１２をなすことである。光低透過率領域１２の形状としては、円形、矩形、略楕円形等とすることができるが、略楕円形状の光低透過率領域は円形あるいは矩形形状に比べ、光学像のコントラスト、安定性の点でより効果が大きく優れており、より好ましい。
【００２５】
上記の２つの扇状の光透過部１１は、照明光を効率良く透過させるために、１００％近い透過率とするのが好ましい。本発明において、扇状の光透過部１１の内部をさらに部分的に光透過率調整して局所的に階調をもたせることも可能であるが、この場合、設計が複雑になり、光学像の安定性の効果が不十分となる。
次に、本発明の回折光学素子により形成される瞳フィルタの各部の詳細について説明する。
【００２６】
（瞳フィルタの各部）
瞳フィルタの各部のより好ましい条件範囲について述べる。
本発明において、回折光学素子により形成される瞳フィルタの各部の最適条件は、シミュレーションにより求める。  シミュレーションには、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のソフトウェアＰｒｏｌｉｔｈ９．２を用い、シミュレーションに共通する条件としては、露光波長：１９３ｎｍ、無偏光、ＮＡ：０．９、パターン幅：６５ｎｍ（パターンピッチ１３０ｎｍ）、バイナリマスクである。シミュレーションにおいては、瞳フィルタの各部の条件を変え、マスクパターンのピッチによる光学像の解像力（コントラスト）とコントラストの安定性とを評価し、各部の好ましい範囲を求める。
【００２７】
上記のように、本発明においては、フォトリソグラフィの実用上の評価基準に、光学像の解像力とコントラストの安定性を用いている。解像力は光学像が分離して見える度合いであり、解像力は最小マスクパターンピッチと、そのときの光学像のコントラストで示され、コントラストが高ければ高いほど解像力が向上する。本発明においては、解像力の指標としてコントラストを用いている。すなわち、コントラストに関しては、マスクパターンが１３０ｎｍピッチ（パターン幅：６５ｎｍ）において、光学像のコントラストは０．３５以上が必要であると評価基準を設定している。
コントラストの安定性は、マスクパターンのピッチに対する光学像のコントラストの変動範囲（コントラストレンジと記す。）で示している。コントラストのピークから広いピッチのコントラスト変動幅が０．０６以下の場合に安定性があると評価基準を設定している。コントラストレンジの値が小さければ、コントラストの変動が小さく安定性が高く、マスクパターンの補正処理（ＯＰＣ）の負荷は小さくてすむことになる。
【００２８】
（扇状の光透過部の内径）
まず、本発明の回折光学素子により形成される図１に示す二重極瞳フィルタの２つの扇状の光透過部１１の内径（本発明では半径を示す。）σｉの最適範囲を求める。
図２（a）に、横軸にマスクパターンのピッチ、縦軸に光学像のコントラストをとり、２つの扇状の光透過部１１の内径の最適範囲を求めた結果を示す。本発明においては、２つの扇状の光透過部の内径をσｉとし、瞳フィルタの半径を１とし、内径σｉを０．３から０．８６まで０．０８づつ増加させた場合を示す。
さらに、図２（a）をもとに、図２（ｂ）に横軸に光透過部の内径σｉ、縦軸に光学像の１３０ｎｍピッチにおけるコントラストをとり、解像力を示す。また、図２（ｃ）に横軸に光透過部の内径σｉ、縦軸に光学像のコントラストレンジをとり、光学像の安定性を示す。
【００２９】
図２（a）〜（ｃ）に示されるように、本発明においては、光学像の解像力および安定性の点から、内径σｉが、０．６５＜σｉ＜０．７５の範囲であることが好ましい。内径σｉが０．６５以下ではコントラストが低く解像力が低下し、解像力は内径σｉ＝０．７前後でピ−クとなり、一方、内径σｉが０．７５以上でもコントラストは低下するからである。内径σｉを大きくするとコントラストレンジは小さくなり安定性は大きくなるが、上記のように解像力が低下してしまう。
【００３０】
（扇状の光透過部の外径）
本発明の回折光学素子により形成される図１に示す二重極瞳フィルタの２つの扇状の光透過部１１の外径（本発明では半径を示す。）σｏの最適範囲を求める。
図３（a）に、横軸にマスクパターンのピッチ、縦軸に光学像のコントラストをとり、２つの扇状の光透過部１１の外径σｏの最適範囲を求めた結果を示す。本発明においては、２つの扇状の光透過部の外径をσｏとし、瞳フィルタの半径を１とし、外径σｏを０．７２から０．９４まで０．０２づつ増加させた場合を示す。
さらに、図３（a）をもとに、図３（ｂ）に横軸に光透過部の外径σｏ、縦軸に光学像の１３０ｎｍピッチにおけるコントラストをとり、解像力を示す。また、図３（ｃ）に横軸に光透過部の外径σｏ、縦軸に光学像のコントラストレンジをとり、光学像の安定性を示す。
【００３１】
図３（a）〜（ｃ）に示されるように、本発明においては、光学像の解像力および安定性の点から、外径σｏが、０．８＜σｏ＜０．９の範囲であることが好ましい。外径σｏが０．８以下ではコントラストが低く解像力が低下し、一方、外径σｏを大きくすると解像力は高くなるが、０．８５以上では解像力はほぼ飽和してくる。コントラストレンジは、外径σｏが０．７以下では不安定であり、外径σｏが０．７７前後で最も小さく安定性が良いが、さらに外径σｏを大きくしていくとコントラストレンジが大きくなり、０．９以上では不安定になる。
【００３２】
（扇状の光透過部の開口角）
本発明の回折光学素子により形成される図１に示す二重極瞳フィルタの２つの扇状の光透過部１１が瞳フィルタの中心となす開口角θの最適範囲を求める。
図４（a）に、横軸にマスクパターンのピッチ、縦軸に光学像のコントラストをとり、２つの扇状の光透過部１１が瞳フィルタの中心となす開口角θの最適範囲を求めた結果を示す。本発明においては、２つの扇状の光透過部が瞳フィルタの中心となす開口角をθとし、開口角θを２５°から６０°まで３．５°づつ増加させた場合を示す。
さらに、図４（a）をもとに、図４（ｂ）に横軸に開口角θ（角度）、縦軸に光学像の１３０ｎｍピッチにおけるコントラストをとり、解像力を示す。また、図４（ｃ）に横軸に開口角θ(角度)、縦軸に光学像のコントラストレンジをとり、光学像の安定性を示す。
【００３３】
図４（a）〜（ｃ）に示されるように、本発明においては、光学像の解像力および安定性の点から、開口角θが、４０°＜θ＜５０°の範囲であることが好ましい。コントラストは開口角θが４５°前後にピークがあり、３９°以下および５３°以上ではコントラストは低下する。コントラストレンジは開口角θが小さい領域では小さく安定性が高く、開口角θが大きくなるとコントラストレンジは大きくなり、５０°以上では不安定になる。
【００３４】
（光低透過率領域の光強度）
まず、本発明の回折光学素子により形成される図１に示す二重極瞳フィルタの略楕円形状をなす光低透過率領域１２を透過した光の強度の最適範囲を求める。
図５（a）に、横軸にマスクパターンのピッチ、縦軸に光学像のコントラストをとり、光低透過率領域１２を透過した光の強度（ｃｉとする。）の最適範囲を求めた結果を示す。本発明においては、光低透過率領域１２を透過した光の強度をｃｉとし、２つの扇状の光透過部１１を透過した光の強度を１００％とし、光強度ｃｉを０％から２５％まで、２．５％づつ増加させた場合を示す。
さらに、図５（a）をもとに、図５（ｂ）に、横軸に光強度ｃｉ、縦軸に光学像の１３０ｎｍピッチにおけるコントラストをとり、解像力を示す。また、図５（ｃ）に、横軸に光強度ｃｉ、縦軸に光学像のコントラストレンジをとり、光学像の安定性を示す。
【００３５】
図５（a）〜（ｃ）に示されるように、本発明においては、光学像の解像力および安定性の点から、光強度ｃｉが、５％＜ｃｉ＜１０％の範囲であることが好ましく、さらに、７％＜ｃｉ＜１０％の範囲であることがより好ましい。光強度ｃｉが５％以下ではコントラストの安定性が低くなり、一方、光強度ｃｉが１０％以上ではコントラストが低く、解像力が低下するからである。
【００３６】
（略楕円形状部の長径／短径）
本発明の回折光学素子により形成される図１に示す二重極瞳フィルタの略楕円形状をなす光低透過率領域１２の楕円の長径と短径の比の最適範囲を求める。
図６（a）に、横軸にマスクパターンのピッチ、縦軸に光学像のコントラストをとり、略楕円形状をなす光低透過率領域１２の楕円の長径と短径の比の最適範囲を求めた結果を示す。本発明においては、略楕円形状をなす光低透過率領域１２の長径をＲ、短径をｒとし、長径と短径の比Ｒ／ｒを１から２まで、０．１づつ増加させた場合を示す。
さらに、図６（a）をもとに、図６（ｂ）に、横軸に楕円の長径と短径の比Ｒ／ｒ、縦軸に光学像の１３０ｎｍピッチにおけるコントラストをとり、解像力を示す。また、図６（ｃ）に、横軸に楕円の長径と短径の比Ｒ／ｒ、縦軸に光学像のコントラストレンジをとり、光学像の安定性を示す。
【００３７】
図６（a）〜（ｃ）に示されるように、本発明においては、光学像の解像力および安定性の点から、長径と短径の比Ｒ／ｒが、１．５＜Ｒ／ｒ＜１．９の範囲であることが好ましい。長径と短径の比Ｒ／ｒが１．５以下ではコントラストが低く解像力が低下し、一方、長径と短径の比Ｒ／ｒが１．９以上ではコントラストレンジが大きくなり、コントラストの安定性が低くなるからである。
【００３８】
（回折光学素子の製造）
本発明の回折光学素子に用いる計算機ホログラム素子の作製には、従来公知の製造方法が適用でき、例えば、特開２００２−３５０６２３号公報に記載されるように、フォトマスクの製造技術を用い、透明な合成石英基板等をフォトリソグラフィ技術を用いて多段エッチング（例えば、２段、４段、８段）し、微細なピッチの凹凸をもつ回折光学素子の製造が可能である。
【００３９】
図７は、合成石英を加工して作製した計算機ホログラム素子の一例を示す拡大上面写真図である。図７に示す計算機ホログラム素子のパターン形状は、コンピュータによる反復計算を用いて最適化することで求めることができる。図７においては、計算機ホログラム素子としての出射角度（α）およびピッチを変えた場合、およびエッチング段数を変えて、２段、４段、８値の場合の計算機ホログラム素子を作成した場合を示している。図７において、２段、４段、８段の場合の照明光の集光効率は、それぞれ順に４５％、８０％、９０％である。
したがって、露光装置の照明光学系に、瞳フィルタ形成用の回折光学素子として、本発明の４段あるいは８段のホログラム素子を回折光学素子として用いれば、集光効率が８０％以上と高く、安定した高解像の光学像が得られる瞳フィルタを得ることができる。
【００４０】
図８は、図７に示したホログラム素子を用い、照明光に波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いて照射した場合の説明図である。計算機ホログラム素子８１に入射した光束は、計算機ホログラム素子８１で振幅変調ないしは位相変調を受けて回折し、計算機ホログラム素子８１を一定の出射角度α（例えば、α＝３．５°、４．０°、５．０°）で出射し、一定の距離（図８の例ではα＝３．５°のとき、２２０ｍｍ）に所望の照度分布を有する二重極の扇状の光透過部を有する瞳フィルタ８２（瞳外径σｏ＝２７／２ｍｍ）を形成する例を示すものである（図８では、瞳フィルタ８２の光透過部のみを図示し、他の部位は省略してある。）。ここで計算機ホログラム素子８１と瞳フィルタ８２を形成する位置は、互いにフーリエ変換面の関係になるように配置している。
【００４１】
（露光装置）
本発明の露光装置は、光源より発した光を照明光学系を介してマスクに照射し、マスク上のパターンを投影光学系を介して被露光基板上へ投影露光する露光装置であって、上記の本発明の瞳フィルタ形成用の回折光学素子を備えたものである。
本発明の瞳フィルタ形成用の回折光学素子を用いることができるならば、各種の露光装置を使用することが可能である。例えば、露光光源として波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ等が用いられる。
【実施例】
【００４２】
次に、実施例を挙げて本発明を更に説明する。本実施例は、回折光学素子としての計算機ホログラム素子の設計仕様が、基本回折格子の最小ピッチ４０００ｎｍ、照明光照射時の出射角度３．５°、位相段数８段として設計し、透明合成石英基板を加工素材として作製したものである。尚、１段あたりの高さ仕様は１９３ｎｍとした。また、この回折光学素子を用いて形成される２つの扇形形状をなす光透過部を備えた二重極瞳フィルタの各部の数値についても、あらかじめ設計しておいた。
【００４３】
先ず、光学研磨された６インチ角の６．３５ｍｍ厚の透明合成石英基板の一面に金属クロム膜を成膜したフォトマスク用基板を準備し、金属クロム膜上にポジ型のＥＢレジスト、ＺＥＰ７０００（日本ゼオン株式会社製）を回転塗布した後、描画露光用のデータを用い、電子線描画装置にて露光描画し、所定の現像液を用い現像処理を施した。
次いで、レジストの開口部から露出している金属クロム膜を塩素系のガスを用いてドライエッチングしてこれを開口し、石英表面を露出させた。次いで、レジストと金属クロム層を耐エッチング層として、フッ素系のガスを用いてドライエッチングを行ない、１段分の高さだけ加工用素材の石英にエッチングを施した。
【００４４】
次に、所定の剥離液でレジスト層を除去した後、加工面側全体に、ポジ型のｉ線レジストＴＨＭＲ−ｉＰ３５００（東京応化工業株式会社製）を回転塗布した後、描画露光用のデータを用い、アライメント機能を有するレーザ描画装置ＡＬＴＡ３０００（ＥＴＥＣ社製）にて露光描画し、所定の現像液を用い現像処理を施した。次いで、同様にして、レジストの開口部から露出している金属クロム膜を塩素系のガスを用いてドライエッチングしてこれを開口し、レジストと金属クロム層を耐エッチング層として、フッ素系のガスを用いてドライエッチングを行ない、２段分の高さだけ石英にエッチングを施した。
【００４５】
更に、同様に、所定の剥離液でレジスト層を除去した後、加工面側全体に、ポジ型のｉ線レジストＴＨＭＲ−ｉＰ３５００（東京応化工業株式会社製）を回転塗布した後、描画露光用のデータを用い、アライメント機能を有するレーザ描画装置ＡＬＴＡ３０００（ＥＴＥＣ社製）にて露光描画し、所定の現像液を用い現像処理を施した。次いで、同様にして、レジストの開口部から露出している金属クロム膜を塩素系のガスを用いてドライエッチングしてこれを開口し、レジストと金属クロム層を耐エッチング層として、フッ素系のガスを用いてドライエッチングを行ない、４段分の高さだけ石英にエッチングを施した。
【００４６】
残存するレジストと金属クロム膜を除去した後、各段部の境に壁（突起状になる場合もある）を残存する状態のものを得た。次いで、７０℃に加熱した水酸化ナトリウム１０重量％水溶液に約４０分間、浸漬して、全体をウエットエッチングして、壁部を除去して、図７の左下に示すような段数８段、出射角度３．５°、最小ピッチ４０００ｎｍの回折光学素子としての計算機ホログラム素子を得た。
【００４７】
次に、図８に示すように、上記の計算機ホログラム素子に、照明光として波長１９３ｎｍのエキシマレーザを照射したところ、入射した光束は計算機ホログラムで回折し、出射角３．５°で出射し、２２０ｍｍの距離に扇状の光透過部を有する二重極の瞳フィルタを形成した。この瞳フィルタは、当初の設計通り、２つの光透過部は瞳フィルタの中心から光透過部の外径が１３．５ｍｍの距離に対称の扇状形状をなし、その開口角は４５°であり、２つの光透過部の間が略楕円形状の７．５％の光低透過率領域からなり、２つの光透過部および光低透過率領域の外側は遮光部であり照明光は遮光された。また、略楕円形状の長径と短径の比は、長径／短径＝１．７であった。
【００４８】
次に、上記の計算機ホログラム素子を波長１９３ｎｍのエキシマレーザを光源とする半導体用投影露光装置の照明光学系に設置し、最小パターンピッチ９０ｎｍのパターンを有するマスクを用いてウェーハ上のレジストを露光した後、レジストを現像したところ、最小パターンピッチ９０ｎｍのレジストパターンが形成され、パターンピッチがより大きい他のパターンも同様に安定してレジストパターンが形成されていることが確認された。この計算機ホログラム素子を用いた場合には、従来のアパーチャによる瞳フィルタを用いた場合に比べ、露光時間が短縮された。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の回折光学素子により形成される瞳フィルタの上面模式図である。
【図２】本発明の回折光学素子により形成される瞳フィルタの２つの扇状の光透過部の内径の最適範囲を示す図である。
【図３】本発明の回折光学素子により形成される瞳フィルタの２つの扇状の光透過部の外径の最適範囲を示す図である。
【図４】本発明の回折光学素子により形成される瞳フィルタの２つの扇状の光透過部が瞳フィルタの中心となす開口角の最適範囲を示す図である。
【図５】本発明の回折光学素子により形成される瞳フィルタの光低透過率領域を透過した光の強度の最適範囲を示す図である。
【図６】本発明の回折光学素子により形成される瞳フィルタの略楕円形状をなす光低透過率領域の楕円の長径と短径の比の最適範囲を示す図である。
【図７】本発明の計算機ホログラム素子の例を示す拡大上面写真図である。
【図８】本発明の計算機ホログラム素子に照明光を入射し、二重極の扇状瞳フィルタを形成する例を示すものである。
【図９】半導体用投影露光装置の露光系の概略構成模式図である。
【図１０】従来の瞳フィルタの形状例を示す上面模式図である。
【図１１】マスクパターンのピッチと瞳フィルタを通過した後の照明光の回折光との関係を示す説明図である。
【図１２】マスクパターンのピッチを示すパターンの上面模式図である。
【図１３】マスクパターンのピッチと瞳フィルタを出射する照明光の干渉性との関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１  光透過部
１２  光低透過率領域
１３  遮光部
８１  計算機ホログラム素子
８２  瞳フィルタ
９１  光源
９２  瞳フィルタ
９３  照明光
９４  コンデンサレンズ
９５  マスク
９６、９７  レンズ
９８  ウェーハ
１０１、１０３  光透過部
１０２、１０４  遮光部
１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ  照明光
１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ  マスク
【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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