JP6454380B2

JP6454380B2 - 干渉露光装置及び干渉露光方法

Info

Publication number: JP6454380B2
Application number: JP2017112554A
Authority: JP
Inventors: 直樹花島
Original assignee: Dexerials Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: JP2017161942A

Description

本発明は、露光基板上で二光束を合成し、その干渉縞により周期的パターンを形成する干渉露光装置及び干渉露光方法に関する。

近年、光の波長よりも小さな周期を有する微細凹凸構造、いわゆるサブ波長構造を利用した光学素子が注目を浴びている。微細凹凸構造が使用する光の波長よりも小さくなると透過率や反射率が偏光依存性を持つようになる。

このような微細凹凸構造を作製する手段として、電子ビームによる露光、ステッパによる投影露光、複数光束の干渉を利用した干渉露光法などがある。

電子ビームによる露光は、集光された電子ビームを電子線用フォトレジストが塗布された基板上で走査することによって任意の微細パターンを形成することができる。しかし、この方法は、電子ビームを物理的に走査し、描画するため、露光に非常に時間が掛かり、大面積露光への適用は難しい。

ステッパによる露光は、所望のパターンが形成されたマスクを介して縮小投影露光することにより、フォトレジストに微細パターンを転写するものである。形状も任意のパターンが可能であり、大面積での処理や量産性に富むといった利点がある。しかし、微細なパターン形成する場合、光学系の回折限界による制約やそれを改善するための光学系の工夫など、装置の複雑化や大型化が避けられない。

干渉露光は、形状が格子状のパターンだけに制約されるものの、比較的簡易な光学系で大面積な露光が可能という特徴を持つ。光学素子としてのサブ波長構造は、単純なパターンの繰り返しで十分であるので、干渉露光法は、最適なアプリケーションの一つである。

図２４は、従来の一般的な干渉露光装置の光学系を示す図である。この図２４は、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型と呼ばれる光学系であり、レーザ光源１１１と、レーザのビーム径を平行に拡げるビームエキスパンダ１１２と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）１１３と、ＰＢＳ１３によって二分割された一方の光路に設置される波長板１１４と、反射板１１５Ａ，１１５Ｂと、対物レンズ１１６Ａ，１１６Ｂと、集光ビームスポット径とほぼ同じ径のピンホールを有するスペイシャルフィルタ１１７Ａ，１１７Ｂとを備える。この干渉露光装置は、例えばＹＡＧ４倍波の固体レーザを用いた波長２６６ｎｍの光（ｓ偏光）をＰＢＳ１１３で二つの光路に分割した上で、露光基板１２０に二方向からそれらの光を入射させて干渉露光を行う。

複数の光束を合わせたときに生じる干渉縞のコントラスト（黒白比）は、光束のコヒーレンシ（可干渉性）によって左右される。このコヒーレンシには、光束に含まれる光の波長の単色性（純度）によって決まる（縦（時間）のコヒーレンシ）と、光束の位相の揺らぎによって決まる（横（空間）のコヒーレンシ）の二つがある。例えば、縦のコヒーレンシが不十分な場合、二つの光束に光路長差が大きくなると干渉縞コントラストが低下してしまう。横のコヒーレンシが不十分な場合では、干渉パターンはきれいな縞状をとはならずランダムなスペックルパターンに近づいていく。

露光装置として安定で良質な干渉縞を形成するためには、これらのコヒーレンシを十分に保つ必要がある。一般的には、波長単色性の高いレーザがその光源として選ばれ、さらに横のコヒーレンシを確保するためにレーザの内部共振器で発生する複数の高次モードが十分抑制されている必要がある。また、レンズなど光学部品を通過した際には反射光や面精度によって通過する光の位相面の乱れを生じ、上記（横のコヒーレンシ）を低下させることとなるため、スペイシャルフィルタなどで適切に位相乱れを取り除く必要がある。

このように干渉露光においては、光源の高いコヒーレンシは必要条件であるが、コヒーレンシが高いため、露光での不要な干渉成分による不安定性が増大してしまう。不要な干渉成分のうち大きなものは、本来の光路から離れて発生する散乱成分や反射成分である「迷光」となる。干渉という現象は、強度ではなく振幅で加算されるため、迷光の影響が増幅され、例えば強度比で１％の迷光により干渉縞強度で１０％の変化が生じてしまう。

この「迷光」については、例えば特許文献１では、基板端面での散乱によるものが開示されている。この場合、基板端面の面取り角度を入射光束に対して所望の角度とすることで、散乱迷光を低減させることが記載されている。また、特許文献２では、基板裏面からの反射迷光が開示されている。この場合には、露光波長に対する反射防止膜を裏面に形成することで反射迷光を低減させることが記載されている。また、迷光に対する影響ではないが、特許文献３においては、露光領域を制限する方法として、マスク又は遮蔽シャッタを二光束干渉露光に適用する例が開示されている。

しかしながら、特許文献１〜３の技術では、スペイシャルフィルタからの出射光が、露光基板近傍の防振台表面、露光治具、ネジなどに当たった場合の迷光の影響を防止することはできない。

特開２０１０−６０６２１号公報特開２０１０−６０５８７号公報特開平９−１８４９０９号公報

本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、迷光の影響を防止し、露光基板において均一な干渉縞を得ることができる干渉露光装置及び干渉露光方法を提供すること目的とする。

本発明者は、鋭意検討の結果、スペイシャルフィルタからの出射光束の周縁を遮光開口板で遮蔽し、露光に使用するエリアに光が当たるようにして迷光を減少させ、さらに、遮光開口板の開口端（稜線部）によって生じる干渉縞強度の回折ゆらぎを露光マスクでマスクすることにより、露光基板において均一な干渉縞を得ることができることを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明は、出射光束の一部を反射させ、直接の出射光束と反射させた出射光束により干渉露光領域を形成する干渉露光装置であって、スペイシャルフィルタから出射された光束の周縁を遮蔽する開口部を有する遮光開口板と、露光基板上に隣接配置され、前記開口部から出射された光束により形成される干渉露光領域の周縁をマスクする露光マスクとを備え、前記出射光束は、遠紫外の固体レーザによるものであり、前記遮光開口板が、前記スペイシャルフィルタと前記露光基板との光束の距離の中間より前記スペイシャルフィルタ側に配置され、前記露光マスクは、前記干渉露光領域の回折ゆらぎの振動幅が１０％を超える領域をマスクすることを特徴とする。

また、本発明は、出射光束を二分割し、一方の光束を偏光して干渉露光領域を形成する干渉露光装置であって、スペイシャルフィルタから出射された光束の周縁を遮蔽する開口部を有する遮光開口板と、露光基板上に隣接配置され、前記開口部から出射された光束により形成される干渉露光領域の周縁をマスクする露光マスクとを備え、前記出射光束は、遠紫外の固体レーザによるものであり、前記遮光開口板が、前記スペイシャルフィルタと前記露光基板との光束の距離の中間より前記スペイシャルフィルタ側に配置され、前記露光マスクは、前記干渉露光領域の回折ゆらぎの振動幅が１０％を超える領域をマスクすることを特徴とする。

また、本発明に係る干渉露光方法は、遠紫外の固体レーザを使用し、開口部を有する遮光開口板により、スペイシャルフィルタから出射される光束の周縁を遮蔽し、露光基板上に隣接配置した露光マスクにより、前記開口部から出射された光束により形成される干渉露光領域の周縁をマスクし、前記遮光開口板が、前記スペイシャルフィルタと前記露光基板との光束の距離の中間より前記スペイシャルフィルタ側に配置され、前記露光マスクは、前記干渉露光領域の回折ゆらぎの振動幅が１０％を超える領域をマスクすることを特徴とする。

本発明によれば、遮光開口板により干渉露光領域への不要な迷光を低減するとともに、遮光開口板の開口端による露光領域周縁の回折ゆらぎの影響を露光マスクにより除去するため、露光基板において均一な干渉縞を得ることができる。

Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型の光学系を示す図である。ＬｌｏｙｄＭｉｒｒｏｒ型の光学系を示す図である。遮光開口板の開口端（稜線部）によって生じる回折ゆらぎを説明するための図である。露光基板面を示す図である。Ｘ方向の光強度分布を示す図である。ＬｌｏｙｄＭｉｒｒｏｒ型の干渉露光装置の光学系におけるフレネル回折の実験例を示す図である。遮光開口板の開口エッジによるフレネル回折縞を示す写真である。遮光開口板の開口エッジによるフレネル回折縞を示す拡大写真である。遮光開口板を露光基板側に近づけて配置した例を示す図である。遮光開口板をスペイシャルフィルタ側に近づけて配置した例を示す図である。強度比で４％の迷光を加えた場合の露光基板上の光強度分布に対する迷光の影響を示すグラフである。迷光／干渉光の強度に対する干渉縞の最大強度の変化を示すグラフである。露光基板と遮光開口の距離ｚを８００ｍｍとしたときの実験例を示す図である。回折積分値の計算結果を示すグラフである。Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型の光学系の構成例を示す図である。本実施の形態における露光治具の一例を示す断面図である。従来のマスク稜線部の面取り加工を示す断面図である。露光治具を示す上面図である。露光治具を示す断面図である。格子基板を示す模式図である。格子基板上の位置Ａにおける拡大写真である。格子基板上の位置Ｂにおける拡大写真である。格子基板上の位置Ｃにおける拡大写真である。従来のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型の光学系を示す図である。

以下、本発明の実施の形態（以下、本実施の形態ともいう。）について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．干渉露光装置（図１、図２）
２．回折ゆらぎの影響（図３〜図８）
３．遮光開口板による迷光の低減（図９〜図１５）
４．露光治具による干渉ゆらぎの低減（図１６、１７）
５．干渉露光方法
６．実施例（図１８〜図２３）

＜１．干渉露光装置＞
図１は、本実施の形態におけるＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型光学系を示す図である。この干渉露光装置は、レーザ光源１１と、レーザのビーム径を平行に拡げるビームエキスパンダ１２と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）１３と、ＰＢＳ１３によって二分割された一方の光路に設置される波長板１４と、反射板１５Ａ，１５Ｂと、対物レンズ１６Ａ，１６Ｂと、集光ビームスポット径とほぼ同じ径のピンホールを有するスペイシャルフィルタ１７Ａ，１７Ｂと、スペイシャルフィルタ１７Ａ，１７Ｂからの出射光束の周縁を遮蔽する開口部を有する遮光開口板１８Ａ，１８Ｂと、露光基板２０上に近接配置され、開口部からの出射光束により形成される干渉露光領域の周縁をマスクする露光マスク１９とを備える。

レーザ光源１１としては、例えばＹＡＧ４倍波（２６６ｎｍ)の固体レーザが用いられる。レーザ光源１１からのレーザ光は、ビームエキスパンダ１２によってビーム径が変換され、ＰＢＳ１３によって二分割される。一方の分枝光路には、二分割された光束同士を干渉させるために、波長板１４を設置し、偏光方向を９０度回転させて偏光を揃える。

ＰＢＳ１３によって二分割された光路１及び光路２は、それぞれ反射板１５Ａ，１５Ｂによって干渉するように反射され、対物レンズ１６Ａ，１６Ｂによって集光される。集光ビームは、スペイシャルフィルタ１７Ａ，１７Ｂを通過し、レーザ光波面のノイズや歪みが取り除かれる。

スペイシャルフィルタ１７Ａ，１７Ｂからの出射光束は、その周縁を遮光開口板１８Ａ，１８Ｂの開口部により遮蔽される。遮光開口板１８Ａ，１８Ｂの開口部は、露光に使用するエリアに光が当たるように形状が加工されており、開口部からの出射光束は、露光基板２０上で合成され、回折縞（干渉縞）が形成されて干渉露光となる。

また、図２は、本実施の形態におけるＬｌｏｙｄＭｉｒｒｏｒ型光学系を示す図である。この干渉露光装置は、レーザ光源２１と、シャッタ２２と、対物レンズ２３と、集光ビームスポット径とほぼ同じ径のピンホールを有するスペイシャルフィルタ２４と、スペイシャルフィルタ２４からの出射光束の周縁を遮蔽する開口部を有する遮光開口板２５と、開口部からの出射光束の一部を露光基板２７上に反射するミラー２６と、露光基板２８上に近接配置され、開口部からの直接の出射光束とミラー２６からの反射の出射光束とにより形成される干渉露光領域の周縁をマスクする露光マスク２７とを備える。

レーザ光源２１としては、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型と同様、例えばＹＡＧ４倍波（２６６ｎｍ)の固体レーザが用いられる。シャッタ２２を通過したレーザ光は、対物レンズ２３によって集光される。集光ビームは、スペイシャルフィルタ２４を通過し、レーザ光波面のノイズや歪みが取り除かれる。

スペイシャルフィルタ２４からの出射光束は、その周縁を遮光開口板２５の開口部により遮蔽される。遮光開口板２５の開口部は、露光基板２８及び露光基板２８に対して直角となる位置に隣接して配置されたミラー２６に光が当たるように形状が加工されており、開口部からの出射光束は、露光基板２８上で合成され、回折縞（干渉縞）が形成され、干渉露光が行われる。

前述のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型及びＬｌｏｙｄＭｉｒｒｏｒ型の干渉露光装置のように、スペイシャルフィルタ１７Ａ，１７Ｂ，２４からの出射光束の周縁を遮光開口板１８Ａ，１８Ｂ，２５で遮蔽し、露光に使用するエリアに光が当たるようにすることにより、迷光を減少させることができる。さらに、遮光開口板１８Ａ，１８Ｂ，２５の開口端（稜線部）によって生じる干渉縞強度の干渉ゆらぎを露光マスク１９、２７でマスクすることにより、露光基板２０，２８において均一な干渉縞を得ることができる。

＜２．回折ゆらぎの影響＞
次に、図３〜図８を参照して、遮光開口板の開口端（稜線部）によって生じる回折ゆらぎの影響について説明する。図３に示すように、出射光束を遮光開口板３０によって遮蔽すると、干渉露光領域３０１と遮光領域３０２とが形成され、干渉露光領域３０１の周縁には、図４示すようなフレネル回折縞３０３が生じる。図５は、干渉露光領域のＸ方向の光強度分布を示す図である。この光強度分布の回折ゆらぎは、干渉縞強度の干渉ゆらぎに大きく影響する。

図６は、ＬｌｏｙｄＭｉｒｒｏｒ型の干渉露光装置の光学系におけるフレネル回折の実験例を示す図である。なお、図２に示す光学系と同一の構成には同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。

露光マスク２７をしない状態で露光を行うと、露光基板２８上には、図７及び図８に示すように遮光開口板２５の開口エッジによるフレネル回折縞ａが観測される。この回折領域は、目視でもエッジから約３ｍｍ幅である。

また、遮光開口板２５の開口サイズは、迷光抑制のために絞ることが好ましいが、回折の影響を考えると開口サイズは拡げることが好ましい。具体的な、遮光開口板２５の開口サイズは、露光マスク２７により決定される露光エリアよりも外側に３ｍｍ以上大きくすることが好ましい。

一般的な１次元のナイフエッジによる回折現象は、λを光の波長、ｚを遮光開口板から露光基板面までの距離、ｘを露光面の開口境界を０としたときの座標、θを遮光開口板と露光基板面のなす角度、Ｓ（ω）、Ｃ（ω）を各々正弦余弦フレネル積分としたとき、
下記（１）式で表される。

前記（１）式より、遮光開口板から露光基板面までの距離ｚを小さくすること、すなわち、遮光開口板３０を露光基板に近づけることで回折ゆらぎが生じる領域を小さくすることができる。

本実施の形態では、遮光開口板３０とスペイシャルフィルタの間にある散乱源からの光が露光基板上に入射する不要な迷光を低減するために、遮光開口板３０をスペイシャルフィルタ側に配置する。すなわち、遮光開口板から露光基板面までの距離ｚが大きくなり、遮光開口板３０の開口端（稜線部）によって回折ゆらぎの影響が大きくなるが、本実施の形態では、回折ゆらぎによる干渉縞強度の干渉ゆらぎ領域を露光マスクでマスクする。これにより、露光基板において均一な干渉縞を得ることができる。

また、前記（１）式に示す距離ｚは、露光マスクの開口稜線部と露光基板との距離（露光マスクの厚さ）にも相当する。そのため、本実施の形態では、露光マスクの開口稜線部と露光基板との距離を小さくする。これにより、回折ゆらぎが生じる影響を小さくすることができる。

＜３．遮光開口板による迷光の低減＞
次に、遮光開口板によりスペイシャルフィルタと遮光開口板との間にある迷光を低減する方法について説明する。スペイシャルフィルタと遮光開口板との間にある散乱源（迷光）とは、例えば、露光光軸が水平で露光基板を地面に対して垂直に立てて露光する場合の光学系の土台である防振台表面、光路中の空気のゆらぎを抑えるため光路を覆うように設置されたカバー表面などがある。

図９は、遮光開口板を露光基板側に近づけて配置した例を示す図である。この場合、回折ゆらぎ領域ａは小さくなるものの、防振台表面３４からの迷光ｂや遮光開口板３２からの迷光ｃが露光基板３３に入射する確率が高くなる。

一方、図１０は、遮光開口板をスペイシャルフィルタ側に近づけて配置した例を示す図である。この場合、回折ゆらぎ領域ａは大きくなるものの、防振台表面３４からの迷光ｂや遮光開口板３３からの迷光ｃが露光基板３３に入射する確率は低くなる。

また、図１１は、強度比で４％の迷光を加えた場合の露光基板上の光強度分布に対する迷光の影響を示すグラフである。また、図１２は、迷光／干渉光の強度に対する干渉縞の最大強度の変化を示すグラフである。

このように強度比で４％の迷光を加えた場合、最大で±２０％の強度変動が生じてしまう。また、迷光の入射方向によっては線幅のうねりが生じてしまう。線幅分布を３ｎｍ（露光時間換算で５sec）未満とするためには、迷光強度比を０．４％未満とする必要がある。

すなわち、遮光開口板３２は、強度比で０．４％未満の迷光となるようにスペイシャルフィルタ３１と露光基板３３との間で最適な位置に配置される。具体的にはスペイシャルフィルタ３１と露光基板３３との中間よりスペイシャルフィルタ３１側に配置される。

図１３は、露光基板と遮光開口の距離ｚを８００ｍｍとしたときの実験例を示す図である。波長λを２６６ｍｍ、光束（光軸）に対する露光基板の傾きを６４度とした。また、露光基板とスペイシャルフィルタとの間の距離Ｌは、露光基板面の光強度分布との関係で決められ、例えばＬ＝１４００ｍｍｍのとき、露光基板と遮光開口の距離ｚが８００ｍｍである場合、スペイシャルフィルタと露光基板の間の距離は６００ｍｍとなる。

図１４は、前述した条件における回折積分値の計算結果を示すグラフである。ｘが３ｍｍ以上のとき回折積分の振動幅（＝回折ゆらぎ）が１０％以下、ｘ＝１０ｍｍ以上のとき５％以下となる。したがって、露光マスクにより干渉露光領域の回折積分の振動幅が１０％を超える領域をマスクすること、すなわち干渉露光領域の周縁の内側を３ｍｍ以上マスクすることにより、露光基板全面で干渉ゆらぎの小さい均一な干渉縞を形成することができる。

図１５は、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型の光学系の構成例を示す図である。なお、図１に示す光学系と同一の構成には同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。

この干渉露光装置の構成例は、露光基板２０に隣接して配置された露光マスク１９と、露光マスク１９よりもスペイシャルフィルタ１７Ａ，１７Ｂ側に配置された遮光開口板１８Ａ，１８Ｂとの２段階の遮光構成とするものである。これにより露光エリア外への光照射による不要な迷光成分と、開口端（稜線部）によるフレネル回折の両方を同時に抑制することができる。

また、露光マスク１９によって決められる露光エリアｂは、遮光開口板１８Ａ，１８Ｂによって決められる露光エリアａより内側に３ｍｍ以上小さいことが好ましい。開口端によるフレネル回折の大きさは、露光エリアの周縁から内側に離れるほど低減し、周縁部から３ｍｍ以上離れた場所の強度ゆらぎの大きさは、±３％以下となる。このため、露光エリアａより内側に３ｍｍ以上小さいことにより、フレネル回折の影響を十分抑制することができる。

＜４．露光治具による干渉ゆらぎの低減＞
次に、露光基板上に隣接して配置される露光マスクにより干渉ゆらぎを低減する方法について説明する。露光マスクは、露光光束が露光基板の側面に当たることによって生じる散乱光を防止する他、露光基板が動かないように固定するための露光治具として機能する。

図１６は、本実施の形態における露光治具の一例を示す断面図である。この露光治具４０は、露光基板４３の端縁部と同形状の枠部４１ａを有する第１の保持部材４１と、露光基板４３とほぼ同形状の開口を有する第２の保持部材４２とを備え、第１の保持部材４１と第２の保持部材４２とにより露光基板４３を挟持する。

第１の保持部材４１は、露光基板４３とほぼ同じ厚さで掘り込まれている枠部４１ａによって、露光基板４３の少なくとも両側端部を載せ、露光基板４３を収容可能となっている。第２の保持部材４２は、開口周縁部４２ａによって露光基板４３の少なくとも両側端部を固定する。

このように露光治具４０によって干渉ゆらぎの影響が大きい露光基板４３周縁の一部又は全部を覆うことにより、露光基板４３全面で均一な干渉縞を形成することができる。

また、第２の保持部材４２の開口稜線と露光基板４３表面との距離、すなわち、開口周縁部４２ａの厚さは０．５ｍｍ以下であることが好ましい。開口周縁部４２ａの厚さが０．５ｍｍ以下であることにより、第２の保持部材の開口からの回折が露光エリアの干渉縞への影響を減少させることができる。

この第２の保持部材４２の開口稜線と露光基板４３表面との距離（開口周縁部４２ａの厚さ）は、前記（１）式のｚに相当するため、これを小さくすることで干渉縞への影響を小さくすることができる。距離ｚが１ｍｍ以下のとき、開口周縁部４２ａによる回折ゆらぎは、露光マスクの内側の２ｍｍ以内に収めることができるが、二光束干渉での斜入射方向になる場合は、斜入射によるシャドウイングのため、回折ゆらぎ領域が露光マスクの内側にシフトする。このため、第２の保持部材４２の開口稜線と露光基板４３表面との距離ｚは、０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

ところで、図１７に示すように第２の保持部材４４の開口周縁部４２ａに面取り４４ａが施された場合、この部分の面積が大きいと、本質的な回折に加えて面取り４４ａによる散乱光が加わるため、回折ゆらぎ領域が拡大してしまう。このため、図１６に示すように、第２の保持部材４２の開口周縁部は、表面から０．２ｍｍ以下の範囲で小さく面取りされていることが好ましい。

このように開口周縁部４２ａの厚さを０．５ｍｍ以下とすることにより、開口周縁部４２ａにより生じる回折ゆらぎを低減することができ、露光エリア全面で均一な干渉縞を形成することができる。さらに、マスク稜線部ａの面取りを表面から０．２ｍｍ以下とすることにより、エッジ部分で発生する散乱迷光の総量を低減でき、この迷光成分が露光エリア内に及ぼす干渉縞ゆらぎを低減することができる。

＜５．干渉露光方法＞
次に、前述した干渉露光装置を用いた干渉露光方法について説明する。原板としては、使用光に対して透明な基板、例えば、水晶または石英からなるものを用いる。また、光学素子に応じて、Ａｌ、Ｔａなどの金属又は半導体を原板上に成膜してもよい。

先ず、基板の主面（一方の主面）上にレジスト層を形成し露光基板を作製する。レジスト層は、フォトリソグラフィで一般的に用いられる露光光源に対応したフォトレジスト材料（感光性有機材料）からなり、反応性ガスやイオンビーム等によって基板とともにエッチングが可能な層である。なお、レジスト層は、反射防止膜の形成後、あるいは反射防止膜の形成と同時に形成される。

次に、露光基板のレジスト層に対して干渉露光を行い、レジスト層が所定パターンに感光した感光層を形成する。前述した図１，図２のいずれの光学系においても、二光束干渉により露光基板上に干渉縞が形成され、レジスト層を露光することができる。例えば、波長２６６ｎｍのレーザ光を用いて、ピッチ１５０ｎｍの回折格子を形成する場合、露光基板に対するレーザ光の入射角θを６４°とする。また、干渉露光を行った後、加熱（ＰＥＢ：Post Exposure Bake）を行う。

次に、感光層について現像を行う。現像条件は、例えば、アルカリ現像３０秒、純水洗浄による定着３０秒である。これにより、感光層のうち、例えば感光した部分は除去され、感光していない部分が残されることになり（あるいは感光していない部分は除去され、感光した部分が残されることになり）、回折格子状の凹凸形状にパターニングされたパターニング層となる。

次に、パターニング層及び基板をエッチングする。エッチングは、パターニング層及び基板それぞれが表層から順次除去できる方法であればよく、例えばＣＦ_４などのフッ素系ガスやＡｒガス、あるいはそれらの混合ガスによるＲＩＥ（reactive ion etching、反応性ガスエッチング）やイオンビームエッチングで処理するとよい。このとき、パターニング層は基板のマスクパターンとなるため、基板に回折格子パターンの凹凸形状を形成することができる。

＜６．実施例＞
以下、実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。ここでは、例として二光束干渉露光法でサブ波長微細格子を作製した。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

干渉露光装置に用いる光源は、Ｎｄ：ＹＡＧの４倍波による波長２６６ｎｍの遠紫外ＣＷレーザを用いた。波長単色性は０．１ｆｍ、コヒレント長は３mで縦のコヒーレンシは良好であった。レーザの出射光の状態を示すＭ２（エムスクエア）は１．１であり、直径０．８ｍｍの出射ビームは、ほぼ単一モードで横のコヒーレンシも良好であった。

光学系としてはＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型の干渉露光装置を用いた。入射角度と微細格子の周期ｐ（ピッチ）の関係は、下記（２）式で表される。

サブ波長格子としての機能を有するためには、使用する光波長（可視光であれば、４００〜７００ｎｍ）の半分以下の周期が必要となる。このため、本例では、入射角度を６４度とすることにより１４８ｎｍのピッチｐを得た。各分枝において、スペイシャルフィルタと遮光開口板との距離を６００ｍｍ、遮光開口板から露光基板までの距離を８００ｍｍとした。遮光開口板によって制限された照射領域は、露光基板全面を十分覆うように広く、且つ、ステージや他の光学部品からの余計な散乱光を防ぐように十分狭くした。

露光基板の原板として、２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラスを用いた。まず、ＤＣスパッタでＡｌを厚さ５０ｎｍ形成し、次いでスピンコートによって反射防止膜（ＢＡＲＣ）と化学増幅感光型レジストとを各々３０ｎｍ、２３０ｎｍ塗布し、露光基板を得た。こうして作製された露光基板に対して二光束干渉露光を行った。

図１８は、露光治具を示す上面図であり、図１９は露光治具を示す断面図である。露光基板５１は、図１８及び図１９に示すような露光治具に配列されており、基板端の一部は光が照射されない構成となっている。また、露光治具５０の開口稜線と露光基板５１表面との距離ｚを０．５ｍｍとした。また、露光治具５０の開口周縁部を表面から０．２ｍｍ面取りした。

露光時間は、レジストの感光感度や基板面の照射強度によって決まり、本例では４０ｓｅｃ程度とした。レジストとしてＫｒＦ用の化学増幅型のものを使用し、露光後のＰＥＢ（Post Exposure Bake）処理を経て反応を完結させた。露光後のＰＥＢ（Post Exposure Bake）処理は、１１０度、９０ｓｅｃの熱処理を行った。その後、アルカリ液での現像、乾燥を得て、レジストの微細格子パターンを形成した。断面形状は、高さ１９０ｎｍ、幅６０ｎｍで、格子の周期は１４８ｎｍであった。

最後に、このレジストパターンをマスクとし、塩素ガスを用いてＡｌをドライエッチングし、格子状のＡｌパターンを形成した。Ａｌ断面形状は、高さ５０ｎｍ、幅６０ｎｍ、格子の周期は１４８ｍｍであった。

作製された格子基板について、図２０に示す基板端からの位置Ａ，Ｂ，Ｃをマイクロスコープで観察した。マイクロスコープの倍率は１０００倍程度とした。これにより、各々の微細グリッドは見えずに、逆に回折などのマクロなグリッド形状の分布がやや増幅されて観察可能となる。なお、位置Ｄは、露光治具による基板押さえ部分である。

図２１〜図２３は、それぞれ基板端から１ｍｍ付近の位置Ａ、基板端から２ｍｍ付近の位置Ｂ、及び基板端から１０ｍｍ付近の位置Ｃを示す拡大写真である。位置Ｂ付近では、位置Ａで見られる回折ゆらぎが低減されており、基板端から１０ｍｍ付近の位置Ｃではさらに低減されていることが観察された。位置Ｂ、Ｃで見られる回折ゆらぎのレベルは、実際の透過特性では問題はなく、本実施例による光束干渉露光の構成によって、迷光の影響や回折ゆらぎの影響を十分低減させることができることが分かった。

以上説明したように、開口部を有する遮光開口板と、露光マスクとを用いることにより、基板の有効領域を最大化し、迷光や回折の影響の少ない干渉縞パターンを形成することができる。

１１レーザ光源、１２ビームエキスパンダ、１３偏光ビームスプリッタ、１４波長板、１５Ａ，１５Ｂ反射板、１６Ａ，１６Ｂ対物レンズ、１７Ａ，１７Ｂスペイシャルフィルタ、１８Ａ，１８Ｂ遮光開口板、１９露光マスク、２０露光基板、２１レーザ光源、２２シャッタ、２３対物レンズ、２４スペイシャルフィルタ、２５遮光開口板、２６ミラー、２７露光マスク、２８露光基板、３０遮光開口板、３１スペイシャルフィルタ、３２遮光開口板、３３露光基板、３４防振台、４０露光治具、４１露光基板、４２露光治具、５０露光治具、５１露光基板

Claims

出射光束の一部を反射させ、直接の出射光束と反射させた出射光束により干渉露光領域を形成する干渉露光装置であって、
スペイシャルフィルタから出射された光束の周縁を遮蔽する開口部を有する遮光開口板と、
露光基板上に隣接配置され、前記開口部から出射された光束により形成される干渉露光領域の周縁をマスクする露光マスクと
を備え、
前記出射光束は、遠紫外の固体レーザによるものであり、
前記遮光開口板が、前記スペイシャルフィルタと前記露光基板との光束の距離の中間より前記スペイシャルフィルタ側に配置され、
前記露光マスクは、前記干渉露光領域の回折ゆらぎの振動幅が１０％を超える領域をマスクする干渉露光装置。
出射光束を二分割し、一方の光束を偏光して干渉露光領域を形成する干渉露光装置であって、
スペイシャルフィルタから出射された光束の周縁を遮蔽する開口部を有する遮光開口板と、
露光基板上に隣接配置され、前記開口部から出射された光束により形成される干渉露光領域の周縁をマスクする露光マスクと
を備え、
前記出射光束は、遠紫外の固体レーザによるものであり、
前記遮光開口板が、前記スペイシャルフィルタと前記露光基板との光束の距離の中間より前記スペイシャルフィルタ側に配置され、
前記露光マスクは、前記干渉露光領域の回折ゆらぎの振動幅が１０％を超える領域をマスクする干渉露光装置。
前記露光マスクは、前記干渉露光領域の周縁の内側を３ｍｍ以上マスクする請求項１又は２記載の干渉露光装置。
前記露光マスクの表面から露光基板までの距離は、０．５ｍｍ以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の干渉露光装置。
前記露光マスクの表面から０．２ｍｍ以下の範囲で稜線部が面取りされている請求項４に記載の干渉露光装置。
前記露光マスクは、露光基板の端縁部と同形状の枠部を有する第１の保持部材と、露光基板と同形状の開口を有する第２の保持部材とを備え、前記第２の保持部材の開口周縁部の厚さが０．５ｍｍ以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の干渉露光装置。
前記第２の保持部材の開口周縁部は、表面から０．２ｍｍ以下の範囲で面取りされている請求項６に記載の干渉露光装置。
遠紫外の固体レーザを使用し、
開口部を有する遮光開口板により、スペイシャルフィルタから出射される光束の周縁を遮蔽し、
露光基板上に隣接配置した露光マスクにより、前記開口部から出射された光束により形成される干渉露光領域の周縁をマスクし、
前記遮光開口板が、前記スペイシャルフィルタと前記露光基板との光束の距離の中間より前記スペイシャルフィルタ側に配置され、
前記露光マスクは、前記干渉露光領域の回折ゆらぎの振動幅が１０％を超える領域をマスクする干渉露光方法。