JP3483445B2 - 回折光学素子及び該素子の製造方法 - Google Patents
回折光学素子及び該素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置、撮影装
置、照明装置等に組み込まれた光学系のレンズとして使
用する回折光学素子に関するものである。
置、照明装置等に組み込まれた光学系のレンズとして使
用する回折光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、回折格子は分光器の分光素子とし
て使用されており、その格子断面形状は鋸歯状で所謂ブ
レーズドタイプと呼ばれ、回折効率は１００％に達する
ものもある。一方、近年回折を利用した光学素子として
階段状の格子断面形状を有するバイナリオプティックス
（Binary Optics ：ＢＯ）素子が注目されている。所定
周期の輪帯状格子が形成されたＢＯ素子はＢＯレンズと
も呼ばれ、色消し効果や非球面効果が見込まれるため
に、新しい光学系への発展に大きな期待が持たれてい
る。
て使用されており、その格子断面形状は鋸歯状で所謂ブ
レーズドタイプと呼ばれ、回折効率は１００％に達する
ものもある。一方、近年回折を利用した光学素子として
階段状の格子断面形状を有するバイナリオプティックス
（Binary Optics ：ＢＯ）素子が注目されている。所定
周期の輪帯状格子が形成されたＢＯ素子はＢＯレンズと
も呼ばれ、色消し効果や非球面効果が見込まれるため
に、新しい光学系への発展に大きな期待が持たれてい
る。
【０００３】ＢＯレンズへの要求仕様は、ブレーズドタ
イプの現状の切削加工限界を大幅に越えているために、
半導体の加工法であるリソグラフィ法によって、高精度
の微細加工がある程度可能とされている。一般のスチー
ルカメラなどの写真撮影のためのレンズ光学系にＢＯレ
ンズを適用する場合には、金属の型材を用いた型加工に
よるプラスチック及び硝子のモールド法で製造が可能で
あるが、紫外線等の波長の短い光線に適用するために
は、更により微細な加工精度及び高寸法精度が要求され
る。そのために、例えば露光焼付けにはｉ線用ステッ
パ、ドライエッチングには平行平板型のＲＩＥ装置を使
用し、半導体製造用の紫外線を用いたフォトリソグラフ
ィ技術により、４段形状のＢＯレンズの場合は２枚のマ
スクを使用し、８段形状のＢＯレンズの場合は３枚のマ
スクを使用して石英基板を直接加工している。
イプの現状の切削加工限界を大幅に越えているために、
半導体の加工法であるリソグラフィ法によって、高精度
の微細加工がある程度可能とされている。一般のスチー
ルカメラなどの写真撮影のためのレンズ光学系にＢＯレ
ンズを適用する場合には、金属の型材を用いた型加工に
よるプラスチック及び硝子のモールド法で製造が可能で
あるが、紫外線等の波長の短い光線に適用するために
は、更により微細な加工精度及び高寸法精度が要求され
る。そのために、例えば露光焼付けにはｉ線用ステッ
パ、ドライエッチングには平行平板型のＲＩＥ装置を使
用し、半導体製造用の紫外線を用いたフォトリソグラフ
ィ技術により、４段形状のＢＯレンズの場合は２枚のマ
スクを使用し、８段形状のＢＯレンズの場合は３枚のマ
スクを使用して石英基板を直接加工している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例のレンズ材料や加工法では、使用する光源が可視
光域や赤外光域の波長の長い場合には、精度は低くても
適用可能であるが、遠紫外光に適用するためには、現状
の紫外線用の露光焼付装置の限界を越えた、例えば位置
精度、重ね合わせ精度、エッチング精度、厚さ（段差）
精度、エッジ精度（角度、傾斜、壁面）等の精度が要求
される。また、ＢＯレンズの製造方法は、重ね合わせの
精度が素子単位のエッジ精度に大きな影響を与え、特に
８段や１６段の重なった側面を垂直にすることは極めて
難しい。また、ＢＯレンズの寸法即ちレンズ径が大きく
なるために、分割露光を行って製造しなければならず、
これは上述の精度に対しては致命的な問題となる。
従来例のレンズ材料や加工法では、使用する光源が可視
光域や赤外光域の波長の長い場合には、精度は低くても
適用可能であるが、遠紫外光に適用するためには、現状
の紫外線用の露光焼付装置の限界を越えた、例えば位置
精度、重ね合わせ精度、エッチング精度、厚さ（段差）
精度、エッジ精度（角度、傾斜、壁面）等の精度が要求
される。また、ＢＯレンズの製造方法は、重ね合わせの
精度が素子単位のエッジ精度に大きな影響を与え、特に
８段や１６段の重なった側面を垂直にすることは極めて
難しい。また、ＢＯレンズの寸法即ちレンズ径が大きく
なるために、分割露光を行って製造しなければならず、
これは上述の精度に対しては致命的な問題となる。
【０００５】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
精度良く階段形状を形成し紫外線用に利用可能な高性能
の回折光学素子を提供することにある。
精度良く階段形状を形成し紫外線用に利用可能な高性能
の回折光学素子を提供することにある。
【０００６】また、本発明の他の目的は、高性能の回折
光学素子を能率良く製造する回折光学素子の製造方法を
提供することにある。
光学素子を能率良く製造する回折光学素子の製造方法を
提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る回折光学素子は、階段形状の最上段とな
る位置に配置した透光性エッチングマスクを使用して、
所定段数の階段加工を行って形成した回折光学素子であ
って、前記透光性エッチングマスクが前記最上段位置の
段又は該段の一部を形成するようにしたことを特徴とす
る。
の本発明に係る回折光学素子は、階段形状の最上段とな
る位置に配置した透光性エッチングマスクを使用して、
所定段数の階段加工を行って形成した回折光学素子であ
って、前記透光性エッチングマスクが前記最上段位置の
段又は該段の一部を形成するようにしたことを特徴とす
る。
【０００８】
【０００９】更に、本発明に係る回折光学素子の製造方
法は、階段構造を形成する際に、該階段構造の最上段と
なるべき位置にのみエッチングマスクを形成する工程
と、該エッチングマスクを利用して所定段数の階段構造
を形成する工程とを有することを特徴とする。
法は、階段構造を形成する際に、該階段構造の最上段と
なるべき位置にのみエッチングマスクを形成する工程
と、該エッチングマスクを利用して所定段数の階段構造
を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明を図示の実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は輪帯状に回折要素（格子）が形
成されたＢＯレンズ１の斜視図、図２は断面図、図３は
一部の拡大断面図を示している。設計上、使用波長２４
８ｎｍのＫｒＦレーザー用を想定して、回折要素単位で
ある輪帯の数を約１８００本とし、各輪帯がそれぞれ図
３に示すような５段の階段状のＢＯ形状を有する直径２
０ｍｍの円形のＢＯレンズ１を構成している。このＢＯ
レンズ１の最外殻の輪帯は、設計値で各段の幅が０．５
６μｍ、高さが０．１２４μｍで、ＢＯレンズの回折要
素単位としては輪帯の幅は２．８μｍ、高さは０．４９
６μｍである。
詳細に説明する。図１は輪帯状に回折要素（格子）が形
成されたＢＯレンズ１の斜視図、図２は断面図、図３は
一部の拡大断面図を示している。設計上、使用波長２４
８ｎｍのＫｒＦレーザー用を想定して、回折要素単位で
ある輪帯の数を約１８００本とし、各輪帯がそれぞれ図
３に示すような５段の階段状のＢＯ形状を有する直径２
０ｍｍの円形のＢＯレンズ１を構成している。このＢＯ
レンズ１の最外殻の輪帯は、設計値で各段の幅が０．５
６μｍ、高さが０．１２４μｍで、ＢＯレンズの回折要
素単位としては輪帯の幅は２．８μｍ、高さは０．４９
６μｍである。
【００１２】本実施例において、直径２０ｍｍのＢＯレ
ンズ１は、直径１００ｍｍ、厚さ２ｍｍの石英基板上に
リソグラフィ法を利用して形成される。図４を用いて、
ＢＯレンズ１の製造方法を説明する。なお、図４では図
３と同様に形成されるＢＯレンズ１の一部領域の断面拡
大図を示している。
ンズ１は、直径１００ｍｍ、厚さ２ｍｍの石英基板上に
リソグラフィ法を利用して形成される。図４を用いて、
ＢＯレンズ１の製造方法を説明する。なお、図４では図
３と同様に形成されるＢＯレンズ１の一部領域の断面拡
大図を示している。
【００１３】先ず、図４(a) の工程において、スピンコ
ータを使用して石英基板等から成る基板２上に０．６μ
ｍの膜厚でフォトレジスト３を塗布する。次に、図４
(b) の工程において、ｉ線ステッパを用いて１周期の格
子のエッジを規定するためのパターンを露光する。３’
は露光された露光域のパターンであり、後述の工程によ
りパターン３’に１周期の格子（回折要素）のエッジを
規定するためのマスクが形成される。
ータを使用して石英基板等から成る基板２上に０．６μ
ｍの膜厚でフォトレジスト３を塗布する。次に、図４
(b) の工程において、ｉ線ステッパを用いて１周期の格
子のエッジを規定するためのパターンを露光する。３’
は露光された露光域のパターンであり、後述の工程によ
りパターン３’に１周期の格子（回折要素）のエッジを
規定するためのマスクが形成される。
【００１４】続いて、図４(c) の工程において、フォト
レジスト３を現像する。本実施例では、ポジ型レジスト
を用いているのでパターン３’が除去される。続いて、
図４(d) の工程において、スパッタリング蒸着装置を使
用して厚さ０．１２４μｍのアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）膜
４を、レジストパターンが形成された基板２上に蒸着す
る。そして、図４(e) の工程において、リフトオフ法に
よりフォトレジスト３を酸素プラズマを使用したアッシ
ャ又はリムーバ処理で基板２上から除去する。ここで、
上述の１周期の格子のエッジを規定するための環状のマ
スク４’が完成する。
レジスト３を現像する。本実施例では、ポジ型レジスト
を用いているのでパターン３’が除去される。続いて、
図４(d) の工程において、スパッタリング蒸着装置を使
用して厚さ０．１２４μｍのアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）膜
４を、レジストパターンが形成された基板２上に蒸着す
る。そして、図４(e) の工程において、リフトオフ法に
よりフォトレジスト３を酸素プラズマを使用したアッシ
ャ又はリムーバ処理で基板２上から除去する。ここで、
上述の１周期の格子のエッジを規定するための環状のマ
スク４’が完成する。
【００１５】この後の工程においては、レジスト塗布、
露光、現像、エッチング、レジスト除去という一連の工
程を繰り返し、マスク４’が形成されている領域以外の
領域に所定の段数の階段構造を形成する。図４(f) の工
程においては、クロムマスク５のパターンが露光された
レジストをエッチングマスクとして、ドライエッチング
（ＲＩＥ）法を使用して基板２に２段の階段構造を形成
している。図４(g) の工程においては、クロムマスク６
のパターンが露光されたレジストをエッチングマスクと
して、基板２に４段の階段構造を形成している。
露光、現像、エッチング、レジスト除去という一連の工
程を繰り返し、マスク４’が形成されている領域以外の
領域に所定の段数の階段構造を形成する。図４(f) の工
程においては、クロムマスク５のパターンが露光された
レジストをエッチングマスクとして、ドライエッチング
（ＲＩＥ）法を使用して基板２に２段の階段構造を形成
している。図４(g) の工程においては、クロムマスク６
のパターンが露光されたレジストをエッチングマスクと
して、基板２に４段の階段構造を形成している。
【００１６】最後に、図４(h) の工程において、マスク
４’をエッチングマスクとして、エッチングを行うこと
により、基板２に５段の階段構造が形成できる。
４’をエッチングマスクとして、エッチングを行うこと
により、基板２に５段の階段構造が形成できる。
【００１７】本実施例においては、１周期の格子のエッ
ジを規定するためのマスク４’を基板２に階段構造を形
成する前に形成するので、階段構造を形成するための後
の工程において格子のエッジに対する位置ずれが生ぜ
ず、精度良くＢＯ素子を製造することができる。
ジを規定するためのマスク４’を基板２に階段構造を形
成する前に形成するので、階段構造を形成するための後
の工程において格子のエッジに対する位置ずれが生ぜ
ず、精度良くＢＯ素子を製造することができる。
【００１８】なお本実施例では、５段のＢＯレンズ１の
製造工程を説明したが、マスク４’の幅を所定の幅つま
り最終的に形成すべき階段１段の幅にし、図４(f) や図
４(g) のような工程をクロムマスク５、６のパターンを
変えながら繰り返すことによって、５段以外のＢＯレン
ズを製造することもできる。なお、図４(f) 及び図４
(g) の工程では、２枚のクロムマスク５、６を用いるこ
とによって２2 ＝４段の階段構造を形成、つまりＮ枚の
クロムマスクを用いることによって２N 段の階段構造を
形成したが、これ以外の方法、例えば１段ずつ階段構造
を形成してゆく方法を用いてもよい。また、図４(f) 〜
図４(h) の工程は逆の順番で行っても支障はない。
製造工程を説明したが、マスク４’の幅を所定の幅つま
り最終的に形成すべき階段１段の幅にし、図４(f) や図
４(g) のような工程をクロムマスク５、６のパターンを
変えながら繰り返すことによって、５段以外のＢＯレン
ズを製造することもできる。なお、図４(f) 及び図４
(g) の工程では、２枚のクロムマスク５、６を用いるこ
とによって２2 ＝４段の階段構造を形成、つまりＮ枚の
クロムマスクを用いることによって２N 段の階段構造を
形成したが、これ以外の方法、例えば１段ずつ階段構造
を形成してゆく方法を用いてもよい。また、図４(f) 〜
図４(h) の工程は逆の順番で行っても支障はない。
【００１９】次に、第２の実施例を説明するが、図４に
示した製造方法と大部分は同様であるので細かい説明は
省略する。なお、説明で用いられる各符号は、図４で用
いたものと同じである。この第２の実施例では、第１の
実施例と同様に直径１００ｍｍ、厚さ２ｍｍの石英基板
２と、エッチングマスクとしてクロム（Ｃｒ）の薄膜を
使用し、基板２上にスパッタリング蒸着用のＲＦスパッ
タリング装置によりクロム膜を約０．１μｍ成膜し、直
径２０ｍｍの円形のＢＯレンズ１を作成することができ
る。
示した製造方法と大部分は同様であるので細かい説明は
省略する。なお、説明で用いられる各符号は、図４で用
いたものと同じである。この第２の実施例では、第１の
実施例と同様に直径１００ｍｍ、厚さ２ｍｍの石英基板
２と、エッチングマスクとしてクロム（Ｃｒ）の薄膜を
使用し、基板２上にスパッタリング蒸着用のＲＦスパッ
タリング装置によりクロム膜を約０．１μｍ成膜し、直
径２０ｍｍの円形のＢＯレンズ１を作成することができ
る。
【００２０】先ず加工の前段階として、ＢＯレンズ１の
１周期の格子単位の最上段の最外周領域に当るエッジ部
分の輪帯の段幅０．５６μｍの部分に、クロム膜を成膜
する。予め、基板２上にレジストをスピンコータを使用
して０．５μｍ程度塗工した後に、真空蒸着装置を使用
してクロム膜を約０．１μｍ蒸着する。次に、レジスト
を酸素プラズマを使用したアッシャ法で除去することに
より、リフトオフ効果でクロム膜の輪帯パターンを形成
する。このとき、過剰にプラズマアッシャ法を施すこと
によって、金属クロム膜は透明な酸化クロム膜に変換す
る。
１周期の格子単位の最上段の最外周領域に当るエッジ部
分の輪帯の段幅０．５６μｍの部分に、クロム膜を成膜
する。予め、基板２上にレジストをスピンコータを使用
して０．５μｍ程度塗工した後に、真空蒸着装置を使用
してクロム膜を約０．１μｍ蒸着する。次に、レジスト
を酸素プラズマを使用したアッシャ法で除去することに
より、リフトオフ効果でクロム膜の輪帯パターンを形成
する。このとき、過剰にプラズマアッシャ法を施すこと
によって、金属クロム膜は透明な酸化クロム膜に変換す
る。
【００２１】続いて、λ＝３６５ｎｍのｉ線用のステッ
パを使用し、クロムマスク５、６のパターンを基板２上
のフォトレジストに縮小焼付けし、現像したレジストパ
ターンをマスクとして、ドライエッチング（ＲＩＥ）法
を使用して石英基板２をエッチング加工する。このと
き、エッチングガスとしてはＣＦ4 ／Ｈ2 、ＣＨ2 Ｆ2
主体のガスを使用する。上述の工程を２枚のマスク５、
６を使用して２回繰り返し、更にクロム膜のエッチング
マスクを使用してドライエッチングを行い、段差０．１
２４μｍを形成した後に、酸素プラズマによるアッシャ
法を使用してレジストを除去することにより、クロム膜
を光透過性が十分良好な酸化クロム膜に変換する。この
ようにして、図３に示すような断面形状の性能の良い５
段のＢＯレンズ１を作成する。
パを使用し、クロムマスク５、６のパターンを基板２上
のフォトレジストに縮小焼付けし、現像したレジストパ
ターンをマスクとして、ドライエッチング（ＲＩＥ）法
を使用して石英基板２をエッチング加工する。このと
き、エッチングガスとしてはＣＦ4 ／Ｈ2 、ＣＨ2 Ｆ2
主体のガスを使用する。上述の工程を２枚のマスク５、
６を使用して２回繰り返し、更にクロム膜のエッチング
マスクを使用してドライエッチングを行い、段差０．１
２４μｍを形成した後に、酸素プラズマによるアッシャ
法を使用してレジストを除去することにより、クロム膜
を光透過性が十分良好な酸化クロム膜に変換する。この
ようにして、図３に示すような断面形状の性能の良い５
段のＢＯレンズ１を作成する。
【００２２】第３の実施例として、第１の実施例と同様
の作成方法を使用して直径２０ｍｍの９段のＢＯレンズ
１を作成する。エッチングマスク４’としてアルミナの
代りに弗化カルシウム（ＣａＦ2 ）を使用し、エッチン
グマスクを０．３１μｍ幅の輪帯に形成し、３枚のクロ
ムマスクを使用して、フォトリソグラフィ工程とドライ
エッチング工程により、段差０．６２μｍの回折効率の
高い９段のＢＯレンズ１を作成する。
の作成方法を使用して直径２０ｍｍの９段のＢＯレンズ
１を作成する。エッチングマスク４’としてアルミナの
代りに弗化カルシウム（ＣａＦ2 ）を使用し、エッチン
グマスクを０．３１μｍ幅の輪帯に形成し、３枚のクロ
ムマスクを使用して、フォトリソグラフィ工程とドライ
エッチング工程により、段差０．６２μｍの回折効率の
高い９段のＢＯレンズ１を作成する。
【００２３】第４の実施例として、第２の実施例と同様
に石英基板２上にマグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム
（Ａｌ）等の金属のエッチングマスクを成膜した後に、
フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程を経
て、加工及び最終工程に弗素イオン照射法を使用して透
光処理を行って、これにより５段のＢＯレンズ１を作成
する。
に石英基板２上にマグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム
（Ａｌ）等の金属のエッチングマスクを成膜した後に、
フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程を経
て、加工及び最終工程に弗素イオン照射法を使用して透
光処理を行って、これにより５段のＢＯレンズ１を作成
する。
【００２４】第５の実施例として、第２の実施例と同様
に石英基板上に錫（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、アル
ミニュウム等のエッチングマスクを成膜した後に、フォ
トリソグラフィ工程とドライエッチング工程を経て、加
工途中の工程で酸素プラズマアッシャ法を使用した酸化
透光処理を行って、５段のＢＯレンズ１を作成する。
に石英基板上に錫（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、アル
ミニュウム等のエッチングマスクを成膜した後に、フォ
トリソグラフィ工程とドライエッチング工程を経て、加
工途中の工程で酸素プラズマアッシャ法を使用した酸化
透光処理を行って、５段のＢＯレンズ１を作成する。
【００２５】第６の実施例として、第１の実施例と同様
にアルミナのエッチングマスクを設けた石英基板２を使
用して、フォトリソグラフィ工程及びドライエッチング
工程を経て５段のＢＯレンズ１を加工し、この５段ＢＯ
レンズ１の両面に反射防止膜を設置する。反射防止膜と
しては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と弗化マグネシウ
ム（ＭｇＦ2 ）を、ＲＦスパッタリング法を使用して、
各厚さ６２ｎｍに積層する。積層された基板２の回折効
率をＫｒＦレーザー光を使用して測定すると、平均して
８０％以上の良好な結果が得られている。
にアルミナのエッチングマスクを設けた石英基板２を使
用して、フォトリソグラフィ工程及びドライエッチング
工程を経て５段のＢＯレンズ１を加工し、この５段ＢＯ
レンズ１の両面に反射防止膜を設置する。反射防止膜と
しては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と弗化マグネシウ
ム（ＭｇＦ2 ）を、ＲＦスパッタリング法を使用して、
各厚さ６２ｎｍに積層する。積層された基板２の回折効
率をＫｒＦレーザー光を使用して測定すると、平均して
８０％以上の良好な結果が得られている。
【００２６】第７の実施例は第１の実施例と同様の直径
１００ｍｍ、厚さ２ｍｍの石英基板２を使用し、加工の
前段階として、図４に示すようにＢＯレンズ１の１周期
の格子単位の最上段の最外周に当る領域にクロム膜を成
膜する。予め、基板２上にレジストをスピンコータを使
用して０．５μｍ程度塗工した後に、真空蒸着装置を使
用してクロム膜を５０ｎｍ蒸着し、更にレジストをデベ
ロッパで現像することにより、リフトオフ効果でクロム
膜の輪帯パターンを形成する。
１００ｍｍ、厚さ２ｍｍの石英基板２を使用し、加工の
前段階として、図４に示すようにＢＯレンズ１の１周期
の格子単位の最上段の最外周に当る領域にクロム膜を成
膜する。予め、基板２上にレジストをスピンコータを使
用して０．５μｍ程度塗工した後に、真空蒸着装置を使
用してクロム膜を５０ｎｍ蒸着し、更にレジストをデベ
ロッパで現像することにより、リフトオフ効果でクロム
膜の輪帯パターンを形成する。
【００２７】λ＝３６５ｎｍのｉ線用のステッパを使用
し、図４に示す２枚のクロムマスク５、６を使用し、そ
のパターンを石英基板２上のフォトレジストに縮小焼付
けし、現像したレジストパターンをマスクとして、ドラ
イエッチング（ＲＩＥ）法を使用して、石英基板２上の
クロム膜４をエッチング加工する。この工程を２回の繰
り返すことにより、４段の階段形状を形成し、次の工程
で予め基板２に設けたクロム膜のパターンをエッチング
マスクとして、約０．１μｍドライエッチングを１段行
って、合計５段の階段形状を形成する。そして、最後に
硫酸セリュウムアンモニウムと過塩素酸から成るエッチ
ャントを使用して、クロム膜３のエッチングマスクを除
去することにより、図３に示す５段のＢＯ回折格子を有
する直径２０ｍｍのＢＯレンズ１が完成する。
し、図４に示す２枚のクロムマスク５、６を使用し、そ
のパターンを石英基板２上のフォトレジストに縮小焼付
けし、現像したレジストパターンをマスクとして、ドラ
イエッチング（ＲＩＥ）法を使用して、石英基板２上の
クロム膜４をエッチング加工する。この工程を２回の繰
り返すことにより、４段の階段形状を形成し、次の工程
で予め基板２に設けたクロム膜のパターンをエッチング
マスクとして、約０．１μｍドライエッチングを１段行
って、合計５段の階段形状を形成する。そして、最後に
硫酸セリュウムアンモニウムと過塩素酸から成るエッチ
ャントを使用して、クロム膜３のエッチングマスクを除
去することにより、図３に示す５段のＢＯ回折格子を有
する直径２０ｍｍのＢＯレンズ１が完成する。
【００２８】第８の実施例として、エッチングマスクに
チタンの薄膜を使用し、第７の実施例と同様に直径２０
ｍｍの円形のＢＯレンズ１の作成を行う。直径１００ｍ
ｍ、厚さ２ｍｍの石英の結晶基板２を使用し、ＢＯレン
ズ１の加工の前段階として、基板２上のＢＯレンズ１の
１周期の格子単位の最上段に当る領域即ちエッジ部分に
相当する領域に、予めレジストをスピンコータを使用し
て０．５μｍ程度塗工した後に、スパッタリング蒸着装
置を使用してチタン膜を厚さ６０ｎｍ蒸着する。更に、
レジストをアセトン液を使用して除去することにより、
リフトオフ効果でチタン膜３の輪帯パターンを得る。
チタンの薄膜を使用し、第７の実施例と同様に直径２０
ｍｍの円形のＢＯレンズ１の作成を行う。直径１００ｍ
ｍ、厚さ２ｍｍの石英の結晶基板２を使用し、ＢＯレン
ズ１の加工の前段階として、基板２上のＢＯレンズ１の
１周期の格子単位の最上段に当る領域即ちエッジ部分に
相当する領域に、予めレジストをスピンコータを使用し
て０．５μｍ程度塗工した後に、スパッタリング蒸着装
置を使用してチタン膜を厚さ６０ｎｍ蒸着する。更に、
レジストをアセトン液を使用して除去することにより、
リフトオフ効果でチタン膜３の輪帯パターンを得る。
【００２９】λ＝３６５ｎｍのｉ線用のステッパを使用
し、クロムマスク５、６のパターンをＢＯ基板上のフォ
トレジストに縮小焼付けし、現像したレジストパターン
をマスクとして、ドライエッチング（ＲＩＥ）法を使用
して、石英基板２をエッチング加工する。このとき、エ
ッチングガスとしてＣＦ4 ／Ｈ2 、ＣＨ2 Ｆ2 主体のガ
スを使用する。この工程をマスク５、６に関して２回繰
り返して４段の階段形状を形成し、更にチタン膜のエッ
チングマスクによりドライエッチングを行って１段を形
成する。そして、最後に硝酸系のエッチャントでチタン
膜を除去して、良好なエッジ精度を有する５段のＢＯレ
ンズ１が完成する。このＢＯレンズ１の回折効率は、平
均で７０％以上の良好な結果が得られている。
し、クロムマスク５、６のパターンをＢＯ基板上のフォ
トレジストに縮小焼付けし、現像したレジストパターン
をマスクとして、ドライエッチング（ＲＩＥ）法を使用
して、石英基板２をエッチング加工する。このとき、エ
ッチングガスとしてＣＦ4 ／Ｈ2 、ＣＨ2 Ｆ2 主体のガ
スを使用する。この工程をマスク５、６に関して２回繰
り返して４段の階段形状を形成し、更にチタン膜のエッ
チングマスクによりドライエッチングを行って１段を形
成する。そして、最後に硝酸系のエッチャントでチタン
膜を除去して、良好なエッジ精度を有する５段のＢＯレ
ンズ１が完成する。このＢＯレンズ１の回折効率は、平
均で７０％以上の良好な結果が得られている。
【００３０】第９の実施例として、第７の実施例と同様
な作成方法を使用して、直径２０ｍｍの９段のＢＯレン
ズ１を作成する。エッチングマスク材としてクロムの代
りにタングステン（Ｗ）を使用し、フォトリソグラフィ
工程及びドライエッチング工程を経て、最後に弗硝酸系
のエッチャントを使用してタングステン膜を除去するこ
とにより、高回折効率の９段のＢＯレンズ１を作成する
ことができる。
な作成方法を使用して、直径２０ｍｍの９段のＢＯレン
ズ１を作成する。エッチングマスク材としてクロムの代
りにタングステン（Ｗ）を使用し、フォトリソグラフィ
工程及びドライエッチング工程を経て、最後に弗硝酸系
のエッチャントを使用してタングステン膜を除去するこ
とにより、高回折効率の９段のＢＯレンズ１を作成する
ことができる。
【００３１】第１０の実施例として、第７の実施例と同
様に蛍石基板２上に、錫（Ｓｎ）、タンタル（Ｔａ）、
アルミニュウム（Ａｌ）等のエッチングマスクを成膜し
た後に、フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工
程を経て、５段のＢＯレンズ１を作成する。このＢＯレ
ンズ１の回折効率をＫｒＦレーザー光を使用して測定し
たところ、同様に７０％以上の良好な結果が確認されて
いる。
様に蛍石基板２上に、錫（Ｓｎ）、タンタル（Ｔａ）、
アルミニュウム（Ａｌ）等のエッチングマスクを成膜し
た後に、フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工
程を経て、５段のＢＯレンズ１を作成する。このＢＯレ
ンズ１の回折効率をＫｒＦレーザー光を使用して測定し
たところ、同様に７０％以上の良好な結果が確認されて
いる。
【００３２】第１１の実施例として、第７の実施例と同
様にクロムのエッチングマスクを設けた石英基板２を使
用して、フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工
程を経て５段のＢＯレンズ１を加工した後に、このＢＯ
レンズ１の両面に反射防止膜を設置する。反射防止膜と
しては、酸化マグネシウムとアルミナをＲＦスパッタリ
ング法を使用して、それぞれ厚さ６２ｎｍの横層に設置
する。このＢＯレンズ１の回折効率をＫｒＦレーザー光
を使用して測定したところ、平均して８０％の良好な結
果が得られている。
様にクロムのエッチングマスクを設けた石英基板２を使
用して、フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工
程を経て５段のＢＯレンズ１を加工した後に、このＢＯ
レンズ１の両面に反射防止膜を設置する。反射防止膜と
しては、酸化マグネシウムとアルミナをＲＦスパッタリ
ング法を使用して、それぞれ厚さ６２ｎｍの横層に設置
する。このＢＯレンズ１の回折効率をＫｒＦレーザー光
を使用して測定したところ、平均して８０％の良好な結
果が得られている。
【００３３】第１２の実施例として、第７の実施例と同
様に蛍石基板２上にクロム、錫、タングステン、タンタ
ル（Ｔａ）、アルミニュウム等の酸化物であるＣｒ2 Ｏ
3 、ＳｎＯ2 、ＷＯ3 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ａｌ2 Ｏ3 等のエ
ッチングマスクを成膜設置した後に、フォトリソグラフ
ィ工程とドライエッチング工程とエッチングマスクの剥
離工程を経て、５段のＢＯレンズ１を作成する。このＢ
Ｏレンズ１の回折効率をＫｒＦレーザー光を使用して測
定したところ、良好な結果が得られている。
様に蛍石基板２上にクロム、錫、タングステン、タンタ
ル（Ｔａ）、アルミニュウム等の酸化物であるＣｒ2 Ｏ
3 、ＳｎＯ2 、ＷＯ3 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ａｌ2 Ｏ3 等のエ
ッチングマスクを成膜設置した後に、フォトリソグラフ
ィ工程とドライエッチング工程とエッチングマスクの剥
離工程を経て、５段のＢＯレンズ１を作成する。このＢ
Ｏレンズ１の回折効率をＫｒＦレーザー光を使用して測
定したところ、良好な結果が得られている。
【００３４】上述のように、重ね合わせ精度を向上する
ＢＯ素子の段差加工を開始する前に、予め段の最上段と
なる位置に耐ドライエッチング用のエッチングマスクを
設けておくことにより、側面のエッジの精度を重ね合わ
せ及びアライメント精度と関係なく独立に決めることが
できるので、エッジの重ね合わせ精度を高く規定するこ
とが可能で、常に段差を１段増やして段差Ｎに対し２N
＋１の段数とすることができ、より高回折効率のＢＯ光
学素子即ちＢＯレンズ１の作成が可能となる。
ＢＯ素子の段差加工を開始する前に、予め段の最上段と
なる位置に耐ドライエッチング用のエッチングマスクを
設けておくことにより、側面のエッジの精度を重ね合わ
せ及びアライメント精度と関係なく独立に決めることが
できるので、エッジの重ね合わせ精度を高く規定するこ
とが可能で、常に段差を１段増やして段差Ｎに対し２N
＋１の段数とすることができ、より高回折効率のＢＯ光
学素子即ちＢＯレンズ１の作成が可能となる。
【００３５】エッチングマスクの材料としては、金属及
び金属酸化物や金属弗化物を使用することができる。即
ち、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｓｉ、Ｎ
ｄ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、等の金属及びこれらの酸化物、又
はＡｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｎａ、Ｎｄ、Ｌａ等
の金属及びこれらの弗化物が使用することができる。な
お、金属の酸化物や弗化物は最初から化合物を使用して
もよく、予めに金属の薄膜を基板上に設けておき、後で
酸素ガスや弗素ガスを反応させて化合物を生成してもよ
い。
び金属酸化物や金属弗化物を使用することができる。即
ち、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｓｉ、Ｎ
ｄ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、等の金属及びこれらの酸化物、又
はＡｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｎａ、Ｎｄ、Ｌａ等
の金属及びこれらの弗化物が使用することができる。な
お、金属の酸化物や弗化物は最初から化合物を使用して
もよく、予めに金属の薄膜を基板上に設けておき、後で
酸素ガスや弗素ガスを反応させて化合物を生成してもよ
い。
【００３６】図５は露光装置の光学系の構成図を示す。
上方からランプやレーザー等の光源１１、この光源１１
からの光でレチクルＲを均一に照明するための照明光学
系１２、レクチルＲ、このレチクルＲに形成された投影
パターンをウエハＷに投影するための投影光学系１３、
ウエハＷが順次に配列されている。
上方からランプやレーザー等の光源１１、この光源１１
からの光でレチクルＲを均一に照明するための照明光学
系１２、レクチルＲ、このレチクルＲに形成された投影
パターンをウエハＷに投影するための投影光学系１３、
ウエハＷが順次に配列されている。
【００３７】この露光装置で使用するＢＯレンズは、上
述の実施例の工程を経て、ステッパの分割露光により９
段で直径２００ｍｍの大きさに作成される。このＢＯレ
ンズを照明光学系１２や撮影光学系１３に組み込み、こ
の光学系を露光装置に装着することにより、ＫｒＦレー
ザー光用ステッパを使用したウエハＷ上への縮小焼付け
を高精度に行える半導体製造装置とすることができる。
述の実施例の工程を経て、ステッパの分割露光により９
段で直径２００ｍｍの大きさに作成される。このＢＯレ
ンズを照明光学系１２や撮影光学系１３に組み込み、こ
の光学系を露光装置に装着することにより、ＫｒＦレー
ザー光用ステッパを使用したウエハＷ上への縮小焼付け
を高精度に行える半導体製造装置とすることができる。
【００３８】このように、高精度に製造されたＢＯレン
ズを露光装置の光学系に用いることにより、露光装置の
光学性能を全体として向上させることができる。また、
この露光装置により、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子、液
晶素子、ＣＣＤ等の撮像素子、磁気ヘッド等の磁気素
子、そしてＢＯＥ等の光学素子を精度良く製造すること
ができる。
ズを露光装置の光学系に用いることにより、露光装置の
光学性能を全体として向上させることができる。また、
この露光装置により、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子、液
晶素子、ＣＣＤ等の撮像素子、磁気ヘッド等の磁気素
子、そしてＢＯＥ等の光学素子を精度良く製造すること
ができる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る回折光
学素子は、予め段階形状の最上段となる位置に透明性エ
ッチングマスクを設けて、このエッチングマスクが最上
段位置の段又はその段の一部を形成することによって、
所定の段数の階段加工を行うことにより、位置合わせ及
び重ね合わせ精度からくるエッジの加工精度の問題を解
決することができ、可視光、赤外光、紫外光領域のみな
らず、遠紫外光、真空紫外光領域にも適用することがで
きる。更に、レンズとして光学系に組み込めば、光学装
置の性能も向上することができる。
学素子は、予め段階形状の最上段となる位置に透明性エ
ッチングマスクを設けて、このエッチングマスクが最上
段位置の段又はその段の一部を形成することによって、
所定の段数の階段加工を行うことにより、位置合わせ及
び重ね合わせ精度からくるエッジの加工精度の問題を解
決することができ、可視光、赤外光、紫外光領域のみな
らず、遠紫外光、真空紫外光領域にも適用することがで
きる。更に、レンズとして光学系に組み込めば、光学装
置の性能も向上することができる。
【００４０】
【００４１】更に、本発明に係る回折光学素子の製造方
法は、階段構造を形成する際に、階段構造の最上段とな
るべき位置にのみエッチングマスクを形成する工程と、
エッチングマスクを利用して所定段数の階段構造を形成
する工程とを有し、加工工程の変化による性能の低下を
改善でき、可視光、赤外光、紫外光領域のみならず、遠
紫外光、真空紫外光領域に使用する高性能の回折光学素
子を効率良く製造することができる。
法は、階段構造を形成する際に、階段構造の最上段とな
るべき位置にのみエッチングマスクを形成する工程と、
エッチングマスクを利用して所定段数の階段構造を形成
する工程とを有し、加工工程の変化による性能の低下を
改善でき、可視光、赤外光、紫外光領域のみならず、遠
紫外光、真空紫外光領域に使用する高性能の回折光学素
子を効率良く製造することができる。
【００４２】
【図１】ＢＯレンズの斜視図である。
【図２】ＢＯレンズの断面図である。
【図３】ＢＯレンズの一部拡大断面図である。
【図４】ＢＯレンズの製造方法の説明図である。
【図５】露光装置の光学系の構成図である。
１ ＢＯレンズ
２ 基板
３ フォトレジスト
４ 膜
５、６ クロムマスク
１１ 光源
１２ 照明光学系
１３ 撮影光学系
Claims (5)
- 【請求項１】 階段形状の最上段となる位置に配置した
透光性エッチングマスクを使用して、所定段数の階段加
工を行って形成した回折光学素子であって、前記透光性
エッチングマスクが前記最上段位置の段又は該段の一部
を形成するようにしたことを特徴とする回折光学素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の回折光学素子を搭載し
た光学系。 - 【請求項３】 請求項２に記載の光学系を有する露光焼
付装置。 - 【請求項４】 請求項３に記載の露光焼付装置を組み込
んだ半導体製造装置。 - 【請求項５】 階段構造を形成する際に、該階段構造の
最上段となるべき位置にのみエッチングマスクを形成す
る工程と、該エッチングマスクを利用して所定段数の階
段構造を形成する工程とを有することを特徴とする回折
光学素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36341397A JP3483445B2 (ja) | 1997-12-16 | 1997-12-16 | 回折光学素子及び該素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36341397A JP3483445B2 (ja) | 1997-12-16 | 1997-12-16 | 回折光学素子及び該素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11174215A JPH11174215A (ja) | 1999-07-02 |
| JP3483445B2 true JP3483445B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
ID=18479244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36341397A Expired - Fee Related JP3483445B2 (ja) | 1997-12-16 | 1997-12-16 | 回折光学素子及び該素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3483445B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004015142B3 (de) * | 2004-03-27 | 2005-12-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Herstellung optischer Bauteile |
| JP6846018B2 (ja) | 2019-01-24 | 2021-03-24 | 日亜化学工業株式会社 | 光学部材の製造方法 |
-
1997
- 1997-12-16 JP JP36341397A patent/JP3483445B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11174215A (ja) | 1999-07-02 |
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