JP2001004818A - Diffraction optics and manufacture thereof - Google Patents

Diffraction optics and manufacture thereof

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JP2001004818A
JP2001004818A JP11171566A JP17156699A JP2001004818A JP 2001004818 A JP2001004818 A JP 2001004818A JP 11171566 A JP11171566 A JP 11171566A JP 17156699 A JP17156699 A JP 17156699A JP 2001004818 A JP2001004818 A JP 2001004818A
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JP
Japan
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optical element
region
diffractive optical
etching
manufacturing
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JP11171566A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Ogusu
誠 小楠
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Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a diffraction optics having high precision by dividing a region having a stepwise shape. SOLUTION: In this manufacturing method, regions A1, A2, A3 of a diffraction optics 1 are divided successively into a circular and two annular regions in this order in the radial direction, and an eight step stair structure is manufactured in the region A1 by repeating patterning and etching processes. Next, a diffraction structure having an eight step stair structure is manufactured by repeating patterning and etching processes in the region A2 in the same way. As this time, since an incident angle used in optimization is largely deviated from a vertical line, etching amount in the region A2 is reduced to a smaller amount than the amount in the region A1 toward the periphery. Then, an eight step stair structure is manufactured by repeating the same work in the region A3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、特に画角の大きい
光学系に好適に用いられる回折光学素子及びその製造方
法に関するものである。
The present invention relates to a diffractive optical element suitably used for an optical system having a particularly large angle of view and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来技術】近年、リソグラフィ技術の進歩により回折
光学素子の製造方法が確立され、回折光学素子を利用し
た様々な光学系が提案されている。このような回折光学
素子の製法としては特許第2554600号公報に開示
されており、全体に所望の回折パターンをパターニング
し、エッチングにより材料を除去する工程を複数回繰り
返すことにより所望の回折光学素子を得ることができ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, a method of manufacturing a diffractive optical element has been established with the progress of lithography technology, and various optical systems using the diffractive optical element have been proposed. A method of manufacturing such a diffractive optical element is disclosed in Japanese Patent No. 255554600, and a desired diffractive optical element is obtained by repeating a process of patterning a desired diffraction pattern as a whole and removing a material by etching a plurality of times. Obtainable.

【0003】回折光学素子は光の屈折現象を利用した屈
折光学素子とは異なり、主に光の回折現象を利用してい
る。このため、屈折光学素子には無い光学特性である回
折効率の入射角度依存性を有している。回折効率とは、
入射した光束の強度に対する所定の回折方向に回折され
る光の相対強度であり、一般の回折光学素子の回折効率
は、入射角度の違いによって図11に示すような傾向を
示すことが知られている。
A diffractive optical element mainly uses a light diffraction phenomenon, unlike a refractive optical element using a light refraction phenomenon. For this reason, it has an incident angle dependence of the diffraction efficiency, which is an optical characteristic not found in the refractive optical element. What is diffraction efficiency?
It is a relative intensity of light diffracted in a predetermined diffraction direction with respect to the intensity of the incident light beam. It is known that the diffraction efficiency of a general diffractive optical element shows a tendency as shown in FIG. 11 depending on the difference in the incident angle. I have.

【0004】即ち、回折光学素子の結像系への応用に際
しては、点対点の結像において用いられることが多い。
この場合に、回折光学素子の格子ピッチは各光線の回折
光学素子への入射角度、入射光線の波長、次数の3要素
から求めることができる。また、回折効率の最適化は一
般に主光線の入射角度のみを用いてなされており、回転
対称な光学系においては入射角度が光軸に対して0°と
して回折効率の最適化を図っている。
That is, when the diffractive optical element is applied to an imaging system, it is often used for point-to-point imaging.
In this case, the grating pitch of the diffractive optical element can be obtained from three factors: the incident angle of each light beam on the diffractive optical element, the wavelength of the incident light beam, and the order. The diffraction efficiency is generally optimized using only the incident angle of the principal ray. In a rotationally symmetric optical system, the incident angle is 0 ° with respect to the optical axis to optimize the diffraction efficiency.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図12
に示すように高NAつまり開口数が大きな光学系におい
ては、主光線と周縁光線の回折光学素子Dへの入射角度
の差が大きくなるため、上述した回折効率の角度依存性
の影響を強く受けてしまう。
However, FIG.
In an optical system having a high NA, that is, a large numerical aperture as shown in FIG. Would.

【0006】更に、図13に示すように有限の大きさの
物体の結像系に回折光学素子Dを用いた場合には、点対
点の結像の場合と異なり各入射位置に関して物体高に応
じた複数の光線が入射することになる。これらの光線は
それぞれ異なった入射角度で回折光学素子Dに入射して
おり、一般にその角度は0°ではなく、平均値も一般に
0°ではない。
Further, as shown in FIG. 13, when the diffractive optical element D is used in an imaging system for an object having a finite size, unlike the case of point-to-point imaging, the height of the object is increased with respect to each incident position. A plurality of corresponding light beams will be incident. These rays are incident on the diffractive optical element D at different incident angles, and the angles are generally not 0 °, and the average value is generally not 0 °.

【0007】このように、図12、図13に示したよう
な一般的な視野及び開口数を有する光学系中において、
回折光学素子Dを使用する場合には、回折効率の入射角
度依存性の影響を受け、入射角度が0°でない入射光線
の回折光強度が低下してしまう。従って、光学系中の光
線強度及びその相対的なバランスが変化するため、照度
低下や照度むらにより結像性能が劣化するという問題が
生ずる。更に、光学系内に複数の回折光学素子Dを用い
た場合には、回折効率の低下の影響が累乗則に従うこと
から、光学系全体での問題はより一層顕著となる。
As described above, in an optical system having a general field of view and a numerical aperture as shown in FIGS.
When the diffractive optical element D is used, the diffraction efficiency depends on the incident angle, and the intensity of the diffracted light of an incident light beam whose incident angle is not 0 ° is reduced. Therefore, since the light intensity in the optical system and the relative balance change, there arises a problem that the imaging performance is deteriorated due to a decrease in illuminance or uneven illuminance. Further, when a plurality of diffractive optical elements D are used in the optical system, the effect of the reduction in the diffraction efficiency follows a power law, so that the problem in the entire optical system becomes even more remarkable.

【0008】本発明の目的は、広視野及び開口数の大き
な光学系に用いた場合においても、回折効率の低下を抑
制することの可能な回折光学素子を提供することにあ
る。
It is an object of the present invention to provide a diffractive optical element which can suppress a decrease in diffraction efficiency even when used in an optical system having a wide field of view and a large numerical aperture.

【0009】また、本発明の他の目的は、上述の性能を
有する回折光学素子の製造方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a diffractive optical element having the above-mentioned performance.

【0010】[0010]

【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、基板上の領域を複数個
に分割し、これらの各領域内で入射光の角度分布から重
心となる入射角度を求め、該入射角度において回折効率
が最大となるように前記各領域毎に深さが異なるように
したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a diffractive optical element according to the present invention divides a region on a substrate into a plurality of regions, and within each of these regions, determines the center of gravity and the center of gravity based on the angular distribution of incident light. An incident angle is obtained, and the depth is different for each of the regions so that the diffraction efficiency is maximized at the incident angle.

【0011】また、本発明に係る回折光学素子の製造方
法は、基板上の領域を複数個に分割し、これらの各領域
内で入射光の角度分布から重心となる入射角度を求め、
該入射角度において回折効率が最大となるように前記各
領域毎に深さが異なるように前記各領域毎にパターニン
グとエッチングの工程を独立して繰り返して、前記各エ
ッチング工程のエッチング量を変化させることを特徴と
する。
In the method of manufacturing a diffractive optical element according to the present invention, a region on a substrate is divided into a plurality of regions, and an incident angle which becomes a center of gravity is determined from an angle distribution of incident light in each of the regions.
The patterning and etching steps are independently repeated for each of the regions so that the depth differs for each of the regions so that the diffraction efficiency is maximized at the incident angle, and the amount of etching in each of the etching processes is changed. It is characterized by the following.

【0012】[0012]

【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は第1の実施例における回折光学
素子1の平面図を示しており、領域A1、A2、A3は
それぞれ半径方向に3つに分割した円形及び円環形領域
を示し、図2は回折光学素子1の断面図を示している。
回折光学素子1の構造は極めて微細であるため、実際に
は8段の階段構造を製作しているが、図2においては4
段の階段構造に拡大して示している。領域A1、A3に
対応する回折光学素子1の1ピッチの深さはそれぞれ深
さh1、h3である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiment. FIG. 1 is a plan view of a diffractive optical element 1 according to a first embodiment. Regions A1, A2, and A3 each represent a circular or toroidal region divided into three in the radial direction, and FIG. 2 shows a cross-sectional view of the element 1. FIG.
Since the structure of the diffractive optical element 1 is extremely fine, an eight-step structure is actually manufactured, but in FIG.
It is shown enlarged to the staircase structure of steps. The one-pitch depths of the diffractive optical element 1 corresponding to the regions A1 and A3 are depths h1 and h3, respectively.

【0013】また、本実施例における回折光学素子1は
屈折レンズの光学系中では凸レンズの機能を有する。回
折光学素子1への入射角度は回折光学素子1の外周部に
向うにつれて、光線密度の重心は垂直から角度を有する
ようになり、最大で20゜程度になる。そこで、入射角
度の分布を3つの入射角度で代表し、代表入射角度に合
わせて領域毎にエッチング量を設計する。
The diffractive optical element 1 in this embodiment has a function of a convex lens in the optical system of a refractive lens. As the angle of incidence on the diffractive optical element 1 approaches the outer peripheral portion of the diffractive optical element 1, the center of gravity of the light beam density has an angle from the vertical, and is about 20 ° at the maximum. Therefore, the distribution of the incident angle is represented by three incident angles, and the etching amount is designed for each region in accordance with the representative incident angle.

【0014】先ず、領域A1においてパターニング及び
エッチングの工程を繰り返すことにより、領域A1に8
段の階段構造を製作する。続いて、領域A2について同
様にパターニング及びエッチングの工程を繰り返すこと
によって、8段の階段構造を作製する。その際に、周縁
部に向うにつれて最適化に用いた入射角度が垂直から大
きく外れるため、領域A1よりも領域A2の方がエッチ
ング量は小さくなる。続いて、領域A3の領域について
も同様の作業を繰り返すことにより8段の階段構造を作
製する。領域A3では最適化すべき入射角度を20゜に
設計したため、その深さは領域A1の中心の約94%に
なる。この回折光学素子1はKrFエキシマレーザーを
光源として設計しているため、中心におけるピッチ深さ
は427nmである。また、回折光学素子1の段数や各
領域の工程の順序は、本発明の効果とは関係がない。
First, by repeating the patterning and etching steps in the area A1, 8
Build a staircase structure. Subsequently, by repeating the patterning and etching steps in the same manner for the region A2, an eight-step staircase structure is manufactured. At this time, the incident angle used for optimization deviates greatly from the vertical as it goes toward the periphery, so that the etching amount in the region A2 is smaller than that in the region A1. Subsequently, the same operation is repeated for the region A3 to produce an eight-step staircase structure. In the region A3, since the incident angle to be optimized is designed to be 20 °, the depth is about 94% of the center of the region A1. Since the diffractive optical element 1 is designed using a KrF excimer laser as a light source, the pitch depth at the center is 427 nm. Further, the number of steps of the diffractive optical element 1 and the order of the steps in each region are not related to the effects of the present invention.

【0015】本実施例では、領域毎にパターニング及び
エッチングの一連の工程を繰り返すため、エッチングの
目標値をそれぞれの領域毎に変化させることができる。
更に、領域を分割している以外は通常のエッチング工程
と同様なため、本来の精度でエッチングすることが可能
であり、これにより領域毎にエッチング深さを変更する
ことができ、回折効率を最適化した回折光学素子1を安
定して作製することができる。
In this embodiment, since a series of steps of patterning and etching are repeated for each region, the target value of etching can be changed for each region.
Further, since the process is the same as the normal etching process except that the region is divided, it is possible to perform etching with the original accuracy, thereby changing the etching depth for each region and optimizing the diffraction efficiency. The diffractive optical element 1 can be manufactured stably.

【0016】また、大口径の回折光学素子のパターニン
グにおいては、露光領域を継ぎ合わせてパターニングを
行うことが多く、分割境界とエッチング量の最適化を行
う領域境界とを一致させた場合は特に効率的である。
Further, in patterning a large-diameter diffractive optical element, patterning is often performed by joining exposure regions. Particularly, when the division boundary and the region boundary for optimizing the etching amount are matched, the efficiency is particularly high. It is a target.

【0017】更に、回折光学素子1の基板は石英ではな
く蛍石を用いることにより、紫外領域、特に波長λ=1
93nmのArFレーザー光、波長λ=157nmのF
2レーザー光の波長に対して、内部透過率が高い良好な
特性を示す回折光学素子を製作することもできる。ま
た、基板にSiを用いた場合には赤外領域で利用できる
回折光学素子を製作することができる。
Further, since the substrate of the diffractive optical element 1 is made of fluorite instead of quartz, the substrate can be used in the ultraviolet region, particularly, in the wavelength λ = 1.
ArF laser light of 93 nm, F of wavelength λ = 157 nm
(2 ) A diffractive optical element having high internal transmittance and good characteristics with respect to the wavelength of the laser beam can also be manufactured. When Si is used for the substrate, a diffractive optical element that can be used in the infrared region can be manufactured.

【0018】図3は第2の実施例における回折光学素子
11の断面図を示しており、石英基板12上にCr膜1
3を形成し、石英基板12の全領域にパターニングを行
った後に、Cr膜13をエッチングする。この際に、設
計した回折光学素子11のパターンはCr膜13に転写
される。続いて、レジスト14を塗布し最適化したエッ
チング量の領域を特定する窓を成形する。
FIG. 3 is a sectional view of the diffractive optical element 11 according to the second embodiment.
3 is formed, and after patterning the entire region of the quartz substrate 12, the Cr film 13 is etched. At this time, the designed pattern of the diffractive optical element 11 is transferred to the Cr film 13. Subsequently, a window for specifying a region having an optimized etching amount is formed by applying the resist 14.

【0019】図4は図3における一連の工程を詳細に示
したフローチャート図である。先ず、ステップS1にお
いて、石英基板12上にCr膜13を形成する。続い
て、ステップS2において石英基板12の全領域にパタ
ーニングを行った後に、Cr膜13をエッチングする。
次に、ステップS3においてレジスト14を塗布し、最
適化したエッチング量の領域に合わせてレジスト14に
エッチング領域を特定する窓を形成する。更に、ステッ
プS4において、レジスト14により形成された領域中
をCr膜13をマスクとして所望の深さだけエッチング
を行う。続いてステップS5において、再度レジスト1
4を塗布して次の領域の窓を形成する。そして、同様に
レジスト14により形成された領域中をCr膜13をマ
スクとして所望の深さのエッチングを行う。
FIG. 4 is a flowchart showing a series of steps in FIG. 3 in detail. First, in step S1, a Cr film 13 is formed on a quartz substrate 12. Subsequently, after patterning the entire region of the quartz substrate 12 in step S2, the Cr film 13 is etched.
Next, in step S3, a resist 14 is applied, and a window for specifying an etching region is formed in the resist 14 in accordance with the region having the optimized etching amount. Further, in step S4, the region formed by the resist 14 is etched to a desired depth using the Cr film 13 as a mask. Subsequently, in step S5, the resist 1
4 to form a window in the next area. Then, similarly, the region formed by the resist 14 is etched to a desired depth using the Cr film 13 as a mask.

【0020】この工程をエッチング量を最適化した領域
の分割数だけ繰り返すと、1層分のパターニングとエッ
チングを領域毎に最適化しながら作製することができ
る。
If this process is repeated by the number of divisions of the region where the amount of etching is optimized, it is possible to manufacture while optimizing the patterning and etching of one layer for each region.

【0021】従って、2n段の階段構造を得るために
は、n層のパターニング及びエッチングを行う必要があ
り、例えば本実施例における8段の階段構造であれば3
層の加工を実施する必要があり、ステップS6において
Cr膜13の成膜とパターニングを行い、2層目のパタ
ーンを全面に形成しCr膜13に転写する。その後に、
エッチング量を最適化した領域毎にレジストの窓を形成
し、エッチング量を適宜に変化させエッチングを繰り返
す。同様に、3層目の加工を実施することにより8段の
階段構造を得ることができる。
Therefore, in order to obtain a 2 n -step structure, it is necessary to pattern and etch the n-layer.
It is necessary to process the layer. In step S6, the Cr film 13 is formed and patterned, and a second layer pattern is formed on the entire surface and transferred to the Cr film 13. Then,
A resist window is formed for each region where the etching amount is optimized, and the etching is repeated while appropriately changing the etching amount. Similarly, by performing the processing of the third layer, an eight-step structure can be obtained.

【0022】また、大口径の回折光学素子のパターニン
グは、パターニング装置の露光領域を継ぎ合わせてパタ
ーニングを行うことが多く、パターニング露光領域の数
と回折効率向上のために、最適化したエッチング量を有
する領域の数が一致しない場合や、パターニングの分割
境界とエッチング量の最適領域の境界が一致できない場
合等において有効である。
In patterning a large-diameter diffractive optical element, patterning is often performed by joining exposure regions of a patterning apparatus. In order to improve the number of patterning exposure regions and diffraction efficiency, an optimized etching amount is used. This is effective when the number of regions does not match, or when the dividing boundary of patterning and the boundary of the region with the optimum etching amount cannot match.

【0023】本実施例において用いたCr膜13の代り
に、Al、Ti、Ni、Mo、W、TiO2、ITOの
膜を用いた際にも、良好なパターン転写と共に良好な回
折光学素子を作製することができる。
When a film of Al, Ti, Ni, Mo, W, TiO 2 , or ITO is used instead of the Cr film 13 used in this embodiment, a good diffractive optical element can be obtained with good pattern transfer. Can be made.

【0024】図5は第3の実施例における回折光学素子
21の断面図を示している。本実施例における回折光学
素子21は基板22を半径方向に2分割し、エッチング
量を最適化する領域を2つに分割し、各領域を回折光学
素子21の表裏面にそれぞれ分離して形成する。これに
より、簡便に領域毎にエッチングの工程を分離すること
が可能となる。この場合に、階段構造を形成しない領域
はエッチングを同時に行っても、レジスト等により非エ
ッチング領域としても支障はない。
FIG. 5 is a sectional view of the diffractive optical element 21 according to the third embodiment. The diffractive optical element 21 in this embodiment divides the substrate 22 into two in the radial direction, divides the region for optimizing the etching amount into two, and forms each region separately on the front and back surfaces of the diffractive optical element 21. . This makes it possible to easily separate the etching process for each region. In this case, there is no problem even if the region where the staircase structure is not formed is etched at the same time as the non-etched region by the resist or the like.

【0025】また、空気から媒質に入射した光線Lは、
スネルの法則により屈折角は入射角より小さくなるなる
ことが知られている。従って、入射角度が大きい回折光
学素子の周辺部では階段構造が光束の出射側となる向き
になるように、光学系中に搭載することが好ましい。図
5においては、回折光学素子21の上部側から光束が入
射することに相当する。勿論、表裏面間の距離は設計時
に配慮する。
The light ray L incident on the medium from the air is
It is known that the angle of refraction becomes smaller than the angle of incidence according to Snell's law. Therefore, it is preferable to mount the diffractive optical element in the optical system such that the staircase structure is directed to the light-emitting side at the periphery of the diffractive optical element having a large incident angle. In FIG. 5, this corresponds to the incidence of a light beam from the upper side of the diffractive optical element 21. Of course, the distance between the front and back surfaces is taken into consideration when designing.

【0026】図6は第4の実施例における回折光学素子
31の断面図を示している。本実施例においては、光束
の入射角度を考慮して、エッチング量を最適化する領域
を2分割し、別々の異なる基板32、33にそれぞれ階
段形状A1、A2を形成し、基板32、33の階段構造
を有する面同士が対向するように直接接合し、一体化す
ることにより、最適化した領域を2分割した回折光学素
子31を製作することができる。
FIG. 6 is a sectional view of a diffractive optical element 31 according to the fourth embodiment. In the present embodiment, the region for optimizing the etching amount is divided into two parts in consideration of the incident angle of the light beam, and stepped shapes A1 and A2 are formed on different substrates 32 and 33, respectively. By directly joining and integrating the surfaces having the stair structure so as to face each other, the diffractive optical element 31 in which the optimized region is divided into two can be manufactured.

【0027】また、接合方法としてはオプティカルコン
タクトと呼ばれる直接接合方法を用い、光学部材の表面
に吸着した水等を介して、図7(a)に示すように石英と
水、水同士、蛍石と水等による水素結合又は図7(b)に
示すようなファンデルワールス力により光学部材を直接
接合する。これらの直接接合方法では接着剤等を介さず
に、ガラスや石英等の光学部材同士を接着することがで
きるが、十分な接着強度を得るためには、接着面の表面
粗さを平方二乗平均で5nm以下とし、水分量を1013
分子/cm2以上に制御することが望ましい。
As a joining method, a direct joining method called an optical contact is used, and as shown in FIG. 7A, quartz and water, water and fluorite are interposed via water or the like adsorbed on the surface of the optical member. The optical member is directly joined by hydrogen bonding with water or the like or by Van der Waals force as shown in FIG. In these direct bonding methods, optical members such as glass and quartz can be bonded to each other without using an adhesive or the like.However, in order to obtain sufficient bonding strength, the surface roughness of the bonding surface is determined by the square root mean square. To 5 nm or less and a water content of 10 13
It is desirable to control it to be at least molecule / cm 2 .

【0028】通常では、接合部の表面は図8に示すよう
な微細な間隙hを有しているが、半径r、表面エネルギ
γ、弾性率E、厚さtとすると、次の式(1)を満たす範
囲内であれば、直接接合が可能であることが知られてい
る。 h/r2<(r/E/t31/2 …(1)
Normally, the surface of the joining portion has a fine gap h as shown in FIG. 8, but assuming a radius r, a surface energy γ, an elastic modulus E, and a thickness t, the following equation (1) It is known that direct joining is possible within a range satisfying ()). h / r 2 <(r / E / t 3 ) 1/2 (1)

【0029】式(1)は間隙hが1個所に存在する場合を
示しているが、直径が数100mmの基板全体では間隙
hは無数に存在する。式(1)から直接接合するには、間
隙hと表面エネルギγを考慮する必要があり、AFM等
により測定した表面粗さとAPIMS等で測定した水分
量が基準となることが分かる。従って、回折光学素子に
おいて表面粗さを確保するためには、回折光学素子を半
導体プロセスで加工する以前に、研磨等を行って、基板
の表面粗さを確保し、更に加工中及び加工後も表面粗さ
に十分に配慮する必要がある。
Equation (1) shows a case where the gap h exists at one place, but the gap h exists innumerably in the whole substrate having a diameter of several hundred mm. From formula (1), it is necessary to consider the gap h and the surface energy γ in order to perform direct bonding, and it can be seen that the surface roughness measured by AFM or the like and the moisture content measured by APIMS or the like serve as references. Therefore, in order to ensure the surface roughness of the diffractive optical element, before processing the diffractive optical element in a semiconductor process, polishing or the like is performed to secure the surface roughness of the substrate, and further during and after processing. Careful consideration must be given to the surface roughness.

【0030】また、表面エネルギγに関しては、通常の
石英基板では水分量を1013分子/cm2に確保するこ
とは可能なため、十分な表面エネルギγとすることがで
きるが、基板が汚染されていると表面エネルギγの不足
が生ずる。石英のような親水性材料の場合には、薬液、
紫外線、オゾン等による洗浄により水分量を回復するこ
とは可能であるが、疎水性の材料では洗浄後に更に水を
吹き付けたり、親水性の薬液で処理することにより水分
量を確保する必要がある。
Regarding the surface energy γ, a normal quartz substrate can secure a water content of 10 13 molecules / cm 2 , so that a sufficient surface energy γ can be obtained, but the substrate is contaminated. Causes a shortage of surface energy γ. In the case of a hydrophilic material such as quartz,
Although it is possible to recover the water content by washing with ultraviolet rays, ozone, or the like, it is necessary to secure the water content of a hydrophobic material by spraying water after the cleaning or treating with a hydrophilic chemical solution.

【0031】本実施例においては、各最適化されたエッ
チング量に合わせエッチングの工程を分離して作業す
る。また、2枚の基板に分離して作業した後に階段構造
を対向して接合することにより、エッチング工程を各領
域毎に分離すると同時に、両回折光学素子構造を空間的
に近接させることができる。
In the present embodiment, the etching process is performed separately according to each optimized etching amount. In addition, by separating the work into two substrates and then joining the step structure opposite to each other, the etching process can be separated for each region and the two diffractive optical element structures can be spatially close to each other.

【0032】また、回折光学素子31は階段構造を対向
して接合することにより、回折光学面に埃等が付着する
ことがない。仮に、埃等の付着があった場合において
も、本実施例における回折光学素子31は表面が滑かで
あるため洗浄等が容易である。
Further, since the diffractive optical element 31 has the stair structure opposing to each other, dust and the like do not adhere to the diffractive optical surface. Even if dust or the like is attached, the diffractive optical element 31 in the present embodiment has a smooth surface and can be easily cleaned.

【0033】図9は第5の実施例における回折光学素子
41の断面図を示しており、本実施例における回折光学
素子41は基板41、42、43にそれぞれ最適化した
階段形状A1、A2、A3を形成し、第4の実施例と同
様にオプティカルコンタクトを用いて接合することによ
り、最適化した領域を3分割した回折光学素子41を製
作することができる。
FIG. 9 is a sectional view of a diffractive optical element 41 according to the fifth embodiment. The diffractive optical element 41 according to the present embodiment has stepped shapes A 1, A 2, and A 4 optimized for substrates 41, 42, and 43, respectively. By forming A3 and joining using optical contacts as in the fourth embodiment, it is possible to manufacture the diffractive optical element 41 in which the optimized region is divided into three.

【0034】更に、図10は第6の実施例における回折
光学素子51を示しており、領域A3を領域A1を形成
した基板52と、領域A2が形成された基板53とを一
体化している。
FIG. 10 shows a diffractive optical element 51 according to a sixth embodiment, in which a substrate 52 having a region A3 formed with a region A1 and a substrate 53 having a region A2 formed therein are integrated.

【0035】また、第2の実施例と同様な方法によりC
r膜13に全面のパターンを転写し、その後に全面を最
もエッチング量が少ない領域の深さだけエッチングし、
続いてこの1回目のエッチング完了後にレジスト14を
塗布し、最外周の領域A3だけをレジスト14で覆うよ
うにパターニングする。更に、レジスト14の窓を通し
て領域A1、A2において、2番目にエッチング量が少
ない領域A2のエッチング量で、1回目のエッチングと
の不足分をエッチングする。以下、同様の工程により領
域A1以外の領域をレジスト14で覆い、エッチング量
の不足分を加工することにより、各領域毎に回折効率を
最大にする最適なエッチング量で加工された回折光学素
子を得ることができる。
In the same manner as in the second embodiment, C
The pattern of the entire surface is transferred to the r film 13, and thereafter, the entire surface is etched to the depth of the region having the least amount of etching,
Subsequently, after the first etching is completed, a resist 14 is applied, and patterning is performed so that only the outermost region A3 is covered with the resist 14. Further, in the regions A1 and A2 through the windows of the resist 14, the shortage of the first etching is performed with the etching amount of the region A2 having the second smallest etching amount. Hereinafter, the same process is used to cover the area other than the area A1 with the resist 14 and to process the shortage of the etching amount, thereby obtaining a diffractive optical element processed with the optimum etching amount to maximize the diffraction efficiency for each area. Obtainable.

【0036】なお、第1〜第6の実施例により製作した
回折光学素子を使用し、構成された光学系を装着したK
rFレーザー用ステッパを用いて、シリコン基板上へ縮
小焼き付け、及び一連の半導体製造工程により高性能な
半導体装置を製造することができる。
It should be noted that the diffraction optical element manufactured according to the first to sixth embodiments is used, and the optical system constituted by K is mounted.
Using a stepper for rF laser, a high-performance semiconductor device can be manufactured by reduction baking on a silicon substrate and a series of semiconductor manufacturing steps.

【0037】[0037]

【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、半径方向に回折光学素子の領域を分割して、
エッチングすることにより、領域毎に最適化することが
でき、回折効率を向上させることができる。
As described above, the diffractive optical element according to the present invention divides the area of the diffractive optical element in the radial direction,
By etching, optimization can be performed for each region, and diffraction efficiency can be improved.

【0038】また、本発明に係る回折光学素子の製造方
法は、回折効率の良好な回折光学素子を容易に製造する
ことができる。
The method for manufacturing a diffractive optical element according to the present invention can easily manufacture a diffractive optical element having good diffraction efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施例の光学素子の平面図である。FIG. 1 is a plan view of an optical element according to a first embodiment.

【図2】第1の実施例の光学素子の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical element according to the first embodiment.

【図3】第2の実施例の光学素子の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of an optical element according to a second embodiment.

【図4】第2の実施例のフローチャート図である。FIG. 4 is a flowchart of a second embodiment.

【図5】第3の実施例の光学素子の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of an optical element according to a third embodiment.

【図6】第4の実施例の光学素子の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of an optical element according to a fourth embodiment.

【図7】反応過程の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a reaction process.

【図8】微細構造の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a microstructure.

【図9】第5の実施例の光学素子の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of an optical element according to a fifth embodiment.

【図10】第6の実施例の光学素子の断面図である。FIG. 10 is a sectional view of an optical element according to a sixth embodiment.

【図11】回折光学素子の回折効率分布図である。FIG. 11 is a diffraction efficiency distribution diagram of the diffractive optical element.

【図12】回折光学素子を用いた光学系の説明図であ
る。
FIG. 12 is an explanatory diagram of an optical system using a diffractive optical element.

【図13】回折光学素子を用いた光学系の説明図であ
る。
FIG. 13 is an explanatory diagram of an optical system using a diffractive optical element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11、21、31、41、51 回折光学素子 2、12、22、32、33、42、43、44、5
2、53 基板 13 Cr膜 14 レジスト
1, 11, 21, 31, 41, 51 Diffractive optical elements 2, 12, 22, 32, 33, 42, 43, 44, 5,
2,53 substrate 13 Cr film 14 resist

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上の領域を複数個に分割し、これら
の各領域内で入射光の角度分布から重心となる入射角度
を求め、該入射角度において回折効率が最大となるよう
に前記各領域毎に深さが異なるようにしたことを特徴と
する回折光学素子。
1. An area on a substrate is divided into a plurality of areas, and in each of these areas, an incident angle serving as a center of gravity is determined from an angular distribution of incident light. A diffractive optical element wherein the depth is different for each region.
【請求項2】 基板上の領域を複数個に分割し、これら
の各領域内で入射光の角度分布から重心となる入射角度
を求め、該入射角度において回折効率が最大となるよう
に前記各領域毎に深さが異なるように前記各領域毎にパ
ターニングとエッチングの工程を独立して繰り返して、
前記各エッチング工程のエッチング量を変化させること
を特徴とする回折光学素子の製造方法。
2. An area on a substrate is divided into a plurality of areas, and in each of these areas, an incident angle serving as a center of gravity is determined from an angular distribution of incident light, and the respective angles are set so that the diffraction efficiency is maximized at the incident angle. The steps of patterning and etching are repeated independently for each region so that the depth differs for each region,
A method of manufacturing a diffractive optical element, wherein an etching amount in each of the etching steps is changed.
【請求項3】 一部のパターンを繰り返し継ぎ合わせて
前記パターニングを行い、半径方向の前記パターンの継
ぎ合わせの境界と前記入射角度分布の重心となる前記入
射角度に合わせて、前記エッチング量を最適化した領域
の境界とが一致していることを特徴とする請求項2に記
載の回折光学素子の製造方法。
3. The patterning is performed by repeatedly joining some of the patterns, and the etching amount is optimized in accordance with the boundary of the joining of the patterns in the radial direction and the incident angle which is the center of gravity of the incident angle distribution. 3. The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 2, wherein the boundary of the converted region coincides with the boundary.
【請求項4】 全面に前記パターニングを行い母材に対
してエッチング選択性を有する第2の材料をエッチング
することによりパターンを前記第2の材料に転写し、順
次にエッチングする領域以外を前記母材に対してエッチ
ング選択性を有する第3の材料で覆い、順次に異なる前
記エッチング量によりエッチングすることを特徴とする
請求項2又は3に記載の回折光学素子の製造方法。
4. The pattern is transferred to the second material by performing the patterning on the entire surface and etching a second material having an etching selectivity with respect to the base material, and excluding a region to be sequentially etched from the base material. 4. The method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 2, wherein the material is covered with a third material having an etching selectivity with respect to the material, and is sequentially etched with the different etching amount.
【請求項5】 前記第2の材料がCr、Al、Ti、N
i、Mo、W、TiO2、ITOの何れか1つで、前記
第3の材料がレジストであることを特徴とする請求項4
に記載の回折光学素子の製造方法
5. The method according to claim 1, wherein the second material is Cr, Al, Ti, N.
5. The method according to claim 4, wherein the third material is a resist made of any one of i, Mo, W, TiO 2 , and ITO.
Method for manufacturing diffractive optical element according to
【請求項6】 前記エッチング量を変化させる領域は2
つで、これらの各領域は前記基板の表裏面に形成するこ
とを特徴とする請求項2又は3に記載の回折光学素子の
製造方法。
6. The region where the amount of etching is changed is 2
4. The method according to claim 2, wherein each of these regions is formed on the front and back surfaces of the substrate.
【請求項7】 前記エッチング量を最適化するために用
いた前記入射角度が大きい領域を光線の出射側とする請
求項6に記載の回折光学素子の製造方法。
7. The method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 6, wherein the region having a large incident angle used for optimizing the etching amount is a light emission side.
【請求項8】 前記エッチング量を最適化した領域のう
ち、少なくとも1つ又は領域毎に別の基板に作製して直
接接合によって一体化することを特徴とする請求項2又
3に記載の回折光学素子の製造方法。
8. The diffraction according to claim 2, wherein at least one of the regions in which the etching amount is optimized or another region is formed on another substrate and integrated by direct bonding. A method for manufacturing an optical element.
【請求項9】 前記別の基板に作製された回折光学素子
構造のうち、少なくとも1組の回折素子構造を対向して
接合することを特徴とする請求項8に記載の回折光学素
子の製造方法。
9. The method for manufacturing a diffractive optical element according to claim 8, wherein at least one set of diffractive optical element structures among the diffractive optical element structures manufactured on the another substrate is bonded to face each other. .
【請求項10】 前記基板の材料が石英、蛍石、シリコ
ンの何れかであることを特徴とする請求項2又は3に記
載の回折光学素子の製造方法。
10. The method of manufacturing a diffractive optical element according to claim 2, wherein the material of the substrate is any one of quartz, fluorite, and silicon.
【請求項11】 請求項2〜10の方法により作成され
た回折光学素子を用いた光学系。
11. An optical system using a diffractive optical element produced by the method according to claim 2.
【請求項12】 請求項11の光学系を用いた半導体製
造用露光焼付装置。
12. An exposure printing apparatus for manufacturing a semiconductor using the optical system according to claim 11.
【請求項13】 請求項12に記載の半導体製造用露光
焼付装置を用いて製造した半導体装置。
13. A semiconductor device manufactured using the exposure printing apparatus for manufacturing a semiconductor according to claim 12.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009192597A (en) * 2008-02-12 2009-08-27 Canon Inc Diffractive optical element and optical system with the same

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