JP2001296416A - Method for manufacturing device or method for manufacturing diffraction optical device, and die for manufacture of diffraction optical device, diffraction optical device and optical system such as optical appliance by that method for manufacturing diffraction optical device - Google Patents
Method for manufacturing device or method for manufacturing diffraction optical device, and die for manufacture of diffraction optical device, diffraction optical device and optical system such as optical appliance by that method for manufacturing diffraction optical deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、素子の製造方法ま
たは回折光学素子の製造方法、および該回折光学素子の
製造方法による回折光学素子製造用金型、回折光学素
子、光学機器等の光学系に係り、特に、断面が階段状に
形成した回折光学素子等のバイナリオプティクス（ＢＯ
Ｅ）の製造法、および該回折光学素子の製造方法による
回折光学素子製造用金型、回折光学素子、光学機器等の
光学系に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an element or a method for manufacturing a diffractive optical element, and a mold for manufacturing a diffractive optical element, an optical system such as a diffractive optical element or an optical apparatus by the method for manufacturing a diffractive optical element. In particular, binary optics (BO) such as a diffractive optical element having a stepped cross section
E) and a mold for manufacturing a diffractive optical element, a diffractive optical element, and an optical system such as an optical device by the method for manufacturing the diffractive optical element.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、バイナリオプティクスである回折
光学素子の製造方法としては、電子ビームのドーズ量を
制御してレジストを階段形状に形成し、そのまま回折パ
ターンとして用いる技術が、電子通信学会誌（Ｃ）Ｊ６
６−ＣＰ８５−９１昭和５８年１月号、特開昭６２−２
６５６０１号公報、特開昭６２−４２１０２号公報等に
開示されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for manufacturing a diffractive optical element which is binary optics, a technique of controlling a dose of an electron beam to form a resist in a stepped shape and directly using the resist as a diffraction pattern is disclosed in the Journal of the Institute of Electronics and Communication Engineers ( C) J6
6-CP85-91 January 1983, JP-A-62-2
No. 65601, JP-A-62-42102 and the like.
【０００３】また、特開昭６１−１３７１０１号公報に
は、互いにエッチング耐性を有する２種類以上の膜を所
望の厚さに積層し、上層から順次エッチングして階段構
造を形成し、回折光学素子の金型とする技術が開示され
ており、特開昭６１−４４６２８号公報、特開平６−１
６０６１号公報には、レジストを１段ずつアライメント
して形成し、これをエッチングマスクとして階段構造を
形成して回折光学素子の金型とする技術が開示されてい
る。更に、特開平８−１５５１０号公報には、基板上に
エッチングストッパ層と透明層を１段づつ積層し、アラ
イメント、露光、エッチングを行って直接階段構造を形
成して回折光学素子とする技術が開示されている。Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-137101 discloses a diffractive optical element in which two or more kinds of films having an etching resistance are laminated to a desired thickness, and a step structure is formed by sequentially etching from the upper layer. Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44628 and Japanese Patent Application Laid-Open No.
Japanese Patent No. 6061 discloses a technique in which a resist is aligned one step at a time, and a step structure is formed using the resist as an etching mask to form a mold for a diffractive optical element. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-15510 discloses a technique in which an etching stopper layer and a transparent layer are stacked on a substrate one by one, and alignment, exposure and etching are performed to directly form a staircase structure to form a diffractive optical element. It has been disclosed.
【０００４】また、特開平７−７２３１９号公報、米国
特許第２５５４６００号明細書には、レジストをエッチ
ングマスクとして直接基板上に階段構造を形成して回折
光学素子とし、レジストパターンニング毎にアライメン
トを行う技術が開示されており、特開平７−７２３１９
号公報には、レジストをエッチングマスクとしてアライ
メントを行って階段構造を形成する技術が開示されてい
る。In Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-72319 and US Pat. No. 2,554,600, a diffractive optical element is formed by forming a step structure directly on a substrate using a resist as an etching mask, and alignment is performed for each resist patterning. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-72319 discloses a technique for performing
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-139,086 discloses a technique for performing alignment using a resist as an etching mask to form a staircase structure.
【０００５】図３は８段構造の回折光学素子の製造工程
の断面図を示し、図３の工程（１）において、基板１上
に１μｍ程度の厚さのレジスト膜２を形成する。図３の
工程（２）において、最も微細な回折パターンが露光可
能な露光装置に基板１を装着し、所望の回折パターンに
応じたレチクル３をマスクとしてレジスト膜２に対して
感度を有する露光光Ｌを照射し露光を行う。ポジタイプ
のレジストを用いた場合は、露光光Ｌにより露光した領
域は現像液に可溶となるので、図３の工程（３）に示す
ように所望寸法のレジストパターン４が形成される。図
３の工程（４）において、基板１を異方性エッチングが
可能な反応性イオンエッチング装置またはイオンビーム
エッチング装置に装着し、パターン化したレジストパタ
ーン４をエッチングマスクとして、基板１に所定の深さ
エッチングを行う。そして、レジストパターン４を除去
すると、図３の工程（５）に示すように２段の段差を有
するパターン５が形成された基板１を得る。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a process of manufacturing a diffractive optical element having an eight-stage structure. In step (1) of FIG. 3, a resist film 2 having a thickness of about 1 μm is formed on a substrate 1. In step (2) of FIG. 3, the substrate 1 is mounted on an exposure apparatus capable of exposing the finest diffraction pattern, and exposure light having sensitivity to the resist film 2 using the reticle 3 corresponding to the desired diffraction pattern as a mask. Exposure is performed by irradiating L. When a positive type resist is used, the region exposed by the exposure light L becomes soluble in the developing solution, so that a resist pattern 4 having a desired dimension is formed as shown in step (3) of FIG. In step (4) of FIG. 3, the substrate 1 is mounted on a reactive ion etching apparatus or an ion beam etching apparatus capable of performing anisotropic etching, and a predetermined depth is formed on the substrate 1 using the patterned resist pattern 4 as an etching mask. Perform etching. Then, when the resist pattern 4 is removed, the substrate 1 on which the pattern 5 having two steps is formed as shown in step (5) of FIG. 3 is obtained.
【０００６】再び、工程（１）と同様にレジスト膜６を
形成して露光装置に装着し、図３の工程（６）において
回折パターン３の２倍周期を持つパターンを有するレチ
クル７をマスクとして、工程（５）までに形成したパタ
ーンに対して露光装置が有するアライメント精度でアラ
イメントを行った後に、図３の工程（７）においてレジ
スト膜６を露光、現像してレジストパターン８を形成す
る。続いて、工程（４）と同様にドライエッチングを行
ってレジストパターン８を除去すると、図３の工程
（８）に示すように４段の段差を有するパターン９が形
成される。Again, a resist film 6 is formed in the same manner as in the step (1) and mounted on an exposure apparatus. In the step (6) in FIG. 3, a reticle 7 having a pattern having a period twice that of the diffraction pattern 3 is used as a mask. After aligning the pattern formed up to the step (5) with the alignment accuracy of the exposure apparatus, the resist film 6 is exposed and developed in the step (7) in FIG. 3 to form a resist pattern 8. Subsequently, when the resist pattern 8 is removed by performing dry etching in the same manner as in the step (4), a pattern 9 having four steps is formed as shown in the step (8) in FIG.
【０００７】更に、工程（１）と同様に再び基板１にレ
ジスト膜１０を形成した後に、図３の工程（９）におい
て回折パターン３の４倍周期を持つパターンを有するレ
チクル１１をマスクとして、図３の工程（１０）におい
て工程（７）と同様にしてレジストパターン１２を形成
し、ドライエッチングを行った後に最後にレジストパタ
ーン１２を除去すると、図３の工程（１１）に示すよう
に８段の段差のパターン１３を有する回折光学素子が形
成される。そして、回折光学素子が形成された基板１の
両面に対して、スパッタリング法や蒸着法により反射防
止膜を形成する。ここで図示したものは、理想的に形成
された場合である。Further, after a resist film 10 is formed again on the substrate 1 in the same manner as in the step (1), a reticle 11 having a pattern having a period four times as long as the diffraction pattern 3 is used as a mask in the step (9) in FIG. In step (10) of FIG. 3, a resist pattern 12 is formed in the same manner as in step (7), and after dry etching, the resist pattern 12 is finally removed. As shown in step (11) of FIG. A diffractive optical element having a stepped pattern 13 is formed. Then, an antireflection film is formed on both surfaces of the substrate 1 on which the diffractive optical element is formed by a sputtering method or an evaporation method. What is shown here is a case where the film is formed ideally.
【０００８】このように、階段状の断面形状を有する回
折光学素子または金型は、半導体製造技術で用いられて
いる露光、エッチング技術に基づくリソグラフィ及び成
膜技術によって製造されている。この回折光学素子は基
板上に形成した階段状の凸凹によって光学的性能が発揮
されるので、その光学的性能、特に回折効率は、形成し
た凸凹の形状、即ち段の深さや幅や断面形状等により左
右される。As described above, a diffractive optical element or a mold having a stepwise cross-sectional shape is manufactured by lithography and film forming techniques based on exposure and etching techniques used in semiconductor manufacturing techniques. Since the optical performance of this diffractive optical element is exerted by the step-like irregularities formed on the substrate, the optical performance, especially the diffraction efficiency, depends on the shape of the irregularities formed, that is, the depth, width and cross-sectional shape of the step. Depends on
【０００９】このような倍周期のマスクを順次に使用し
て多段の階段形状の回折光学素子を製造する場合には、
アライメントエラーや寸法エラーが発生しなければ、例
えば図８に示すように３枚のマスク１７ａ〜１７ｃを使
用して、理想的な８段の階段形状Ａを形成することが出
来る。In order to manufacture a multi-step stair-shaped diffractive optical element by sequentially using such double-period masks,
If no alignment error or dimensional error occurs, an ideal eight-step staircase shape A can be formed using, for example, three masks 17a to 17c as shown in FIG.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上述の従来例で説明し
たように、複数のマスクを使用する回折光学素子等の製
造技術では、アライメントによる誤差が回折効率を著し
く劣化させ、更にこのような形状エラーは、一旦形成す
ると再生が不可能なためにコスト上昇を招く結果とな
る。実際にはこれらアライメントエラーや寸法エラーを
完全になくすことは不可能であり、例えば図９に示すよ
うにマスク１７ａ〜１７ｃのアライメントにｒ１、ｒ２
に示す量のずれが生じた場合には、理想形状Ａと異なる
形状Ｂのような回折光学素子が形成されてしまう。これ
によって、回折効率等の光学性能は大幅に低下し、加え
て各層において寸法エラー発生した場合には、更に光学
性能の低下は増大する。As described in the above-mentioned conventional example, in a manufacturing technique of a diffractive optical element or the like using a plurality of masks, an error due to alignment significantly deteriorates diffraction efficiency. An error results in an increase in cost because once formed, reproduction is impossible. Actually, it is impossible to completely eliminate these alignment errors and dimensional errors. For example, as shown in FIG. 9, the alignment of the masks 17a to 17c requires r1 and r2.
In the case where the amount of deviation shown in (1) occurs, a diffractive optical element having a shape B different from the ideal shape A is formed. As a result, optical performance such as diffraction efficiency is greatly reduced, and when a dimensional error occurs in each layer, the reduction in optical performance is further increased.
【００１１】例えば基板としてＳｉＯ2を用い、最小線
幅が０．３５μｍ、１段の段差ｄが６１ｎｍ、使用波長
２４８ｎｍで、形状Ａに示す様に理想的な８段形状が形
成された場合には、反射による損失を除いた理論回折効
率は９５％である。これに対して、例えばレチクル１７
ａとレチクル１７ｂのアライメント誤差ｒ１が８０ｎ
ｍ、レチクル１７ａとレチクル１７ｃのアライメント誤
差ｒ２が３０ｎｍの場合には、反射を考慮に入れない回
折効率は８０％となって１５％の低下となり、実際の測
定結果とシミュレーション結果においても同様の結果が
確認されている。For example, when SiO 2 is used as the substrate, the minimum line width is 0.35 μm, the step d of one step is 61 nm, the wavelength used is 248 nm, and an ideal eight-step shape as shown in the shape A is formed. The theoretical diffraction efficiency excluding the loss due to reflection is 95%. In contrast, for example, reticle 17
a and the reticle 17b have an alignment error r1 of 80n.
m, when the alignment error r2 between the reticle 17a and the reticle 17c is 30 nm, the diffraction efficiency without considering the reflection becomes 80%, a decrease of 15%, and the same result is obtained in the actual measurement result and the simulation result. Has been confirmed.
【００１２】また、同様な方法で多段の回折光学素子を
形成するには、複数回の露光および現像によるレジスト
プロセス工程が行われ、例えば段数１６段、基板として
ＳｉＯ2を用い、最小線幅が０．３５μｍ、１段の段差
が３０．５ｎｍ、使用波長２４８ｎｍの場合には１６段
の階段状回折光学素子が製造できる。理想的な１６段形
状の場合には、反射による損失を除いた理論回折効率は
９９％となるが、これにアライメント誤差が含まれた場
合には、回折効率は８段形状のときより更に大幅に低下
することになる。Further, in order to form a multi-stage diffractive optical element by the same method, a resist process step by exposure and development is performed a plurality of times. For example, 16 steps, SiO 2 is used as a substrate, and the minimum line width is reduced. In the case of 0.35 μm, one step of 30.5 nm, and a used wavelength of 248 nm, a step-like diffractive optical element having 16 steps can be manufactured. In the case of an ideal 16-stage shape, the theoretical diffraction efficiency excluding the loss due to reflection is 99%. However, when this includes an alignment error, the diffraction efficiency is much larger than that of the 8-stage shape. Will decrease.
【００１３】このように、実際にアライメント及びレジ
ストパターンの寸法の制御は相当に難しく、再現性が得
にくく、その結果、段の幅が太くなったり、細くなった
りして、理想的な階段形状には存在しない溝や突起が形
成され、このために回折光学素子の光学性能が著しく劣
化するという問題がある。また、電子ビーム描画の場合
にはアライメントの誤差はなくなるが、膨大な描画量と
なるために、生産上十分なスループットが得られないと
いう問題がある。As described above, it is quite difficult to actually control the alignment and the size of the resist pattern, and it is difficult to obtain reproducibility. As a result, the width of the step becomes thicker or thinner, and the ideal step shape is obtained. However, there is a problem that grooves and projections which do not exist are formed, and the optical performance of the diffractive optical element is significantly deteriorated. In addition, in the case of electron beam lithography, although there is no alignment error, there is a problem that a sufficient throughput in production cannot be obtained due to a huge amount of lithography.
【００１４】そこで、本発明は、上記従来技術の課題を
解決し、高精度な回折光学素子を実現し、短時間かつ低
価格で安定して製造することができる素子の製造方法ま
たは回折光学素子の製造方法、および該回折光学素子の
製造方法による回折光学素子製造用金型、回折光学素
子、光学機器等の光学系を提供するものである。Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, realizes a highly accurate diffractive optical element, and provides a method of manufacturing an element which can be stably manufactured in a short time at a low cost. And an optical system such as a diffractive optical element manufacturing die, a diffractive optical element, and an optical device by the method for manufacturing a diffractive optical element.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するため、つぎの（１）〜（１９）のように構成した
素子の製造方法または回折光学素子の製造方法、および
該回折光学素子の製造方法による回折光学素子製造用金
型、回折光学素子、光学機器等の光学系を提供するもの
である。 （１）断面がｎ段の階段形状を基板上に形成する素子の
製造方法であって、最も低いｎ段部分を、前記基板上に
エッチングによって形成した後、該ｎ段部分として形成
された空間部分に第１のエッチングマスクを形成する第
１の工程と、前記第１のエッチングマスクを基準とし
て、前記ｎ段部分の次段であるｎ−１段部分の片側の位
置を規定する一方、該ｎ−１段部分のもう一方の片側の
位置を第２のエッチングマスクによって規定し、該第１
のエッチングマスクと該第２のエッチングマスクとによ
る前記基板上の開口部をエッチングすることによりｎ−
１段部分を形成する第２の工程とを有し、前記ｎ−１段
部分に続く段、およびそれに続く残りの段を形成するに
際して、前記第２の工程と同様の第１のエッチングマス
クに対するもう一方の片側の位置を規定するエッチング
マスクの位置を、前記段数分に対応させて前記開口部を
広げ、該開口部のエッチングを繰り返すことを特徴とす
る素子の製造方法。 （２）前記第１のエッチングマスクが、エッチバック法
またはダマシン法のいずれかによって形成されることを
特徴とする上記（１）に記載の素子の製造方法。 （３）前記第１のエッチングマスクが、前記基板と選択
比のある材料を前記空間部分に充填することによって形
成されることを特徴とする上記（１）または上記（２）
に記載の素子の製造方法。 （４）前記エッチングマスクが、金属、酸化物、窒化物
のいずれかによりなることを特徴とする上記（３）に記
載の素子の製造方法。 （５）断面がｎ段の階段形状の回折パターンを基板上に
形成する回折光学素子の製造方法であって、前記回折パ
ターンの１周期中にある最も低いｎ段部分を、前記基板
上にエッチングによって形成した後、該ｎ段部分として
形成された空間部分に第１のエッチングマスクを形成す
る第１の工程と、前記第１のエッチングマスクを基準と
して、前記ｎ段部分の次段であるｎ−１段部分の片側の
位置を規定する一方、該ｎ−１段部分のもう一方の片側
の位置を第２のエッチングマスクによって規定し、該第
１のエッチングマスクと該第２のエッチングマスクとに
よる前記基板上の開口部をエッチングすることによりｎ
−１段部分を形成する第２の工程とを有し前記ｎ−１段
部分に続く段、およびそれに続く残りの段を順次形成す
るに際して、これら各段を形成する毎に、前記第２の工
程と同様の第１のエッチングマスクに対するもう一方の
片側の位置を規定するエッチングマスクの位置を、順
次、前記段数分に対応させて前記開口部を広げ、該開口
部のエッチングを繰り返すことを特徴とする回折光学素
子の製造方法。 （６）断面が２ｎ段（ｎは２以上の自然数）の階段形状
の回折パターンを基板上に形成する回折光学素子の製造
方法であって、前記回折パターンの１周期中にある最も
深い２ｎ段部分とその中間のｎ段部分をそれぞれエッチ
ングして形成した後、該２ｎ段部分および該ｎ段部分と
して形成された空間部分に第１のエッチングマスクを形
成する第１の工程と、前記２ｎ段部分とｎ段部分との間
の領域をまたぐように第２のエッチングマスクを形成し
た後、該２ｎ段部分とｎ段部分との間の領域をエッチン
グする第２の工程と、前記第１のエッチングマスクを基
準として、前記２ｎ段部分の次段である２ｎ−１段部分
および前記ｎ段部分の次段であるｎ−１段部分の片側の
位置を規定する一方、該２ｎ−１段部分および該ｎ−１
段部分のもう一方の片側の位置を第３のエッチングマス
クによって規定し、該第１のエッチングマスクと該第３
のエッチングマスクとによる前記基板上の開口部をエッ
チングすることにより２ｎ−１段部分およびｎ−１段部
分を形成する第３の工程とを有し、前記２ｎ−１段部分
およびｎ−１段部分に続く段、およびそれらに続く残り
の段を順次形成するに際して、これら各段を形成する毎
に、前記第３の工程と同様の第１のエッチングマスクに
対するもう一方の片側の位置を規定するエッチングマス
クの位置を、順次、前記段数分に対応させて前記開口部
を広げ、該開口部のエッチングを繰り返すことを特徴と
する回折光学素子の製造方法。 （７）前記第１のエッチングマスクが、エッチバック法
またはダマシン法のいずれかによって形成されることを
特徴とする上記（５）または上記（６）に記載の回折光
学素子の製造方法。 （８）前記第１のエッチングマスクが、前記基板と選択
比のある材料を前記空間部分に充填することによって形
成されることを特徴とする上記（５）〜（７）のいずれ
かに記載の回折光学素子の製造方法。 （９）前記エッチングマスクが、金属、酸化物、窒化物
のいずれかによりなることを特徴とする上記（８）に記
載の回折光学素子の製造方法。 （１０）上記（５）〜（９）のいずれかに記載の回折光
学素子の回折光学素子の製造方法を用いて製造されたこ
とを特徴とする回折光学素子製造用金型。 （１１）上記（５）〜（８）のいずれかに記載の回折光
学素子の製造方法または上記（１０）に記載の回折光学
素子製造用金型を用いて製造されたことを特徴とする回
折光学素子。 （１２）前記回折光学素子は、基板上の階段形状部に、
反射膜を有することを特徴とする上記（１１）に記載の
回折光学素子。 （１３）前記反射膜が、クロム層、アルミニウム層、石
英層からなる積層構造を有することを特徴とする上記
（１２）に記載の回折光学素子。 （１４）上記（５）〜（９）のいずれかに記載の製造方
法を用いて製造された回折光学素子、または上記（１
０）に記載の回折光学素子製造用金型を用いて製造され
た回折光学素子、または上記（１１）〜（１３）のいず
れかに記載の回折光学素子を有することを特徴とする光
学機器。 （１５）上記（５）〜（９）のいずれかに記載の製造方
法を用いて製造された回折光学素子、または上記（１
０）に記載の回折光学素子製造用金型を用いて製造され
た回折光学素子、または上記（１１）〜（１３）のいず
れかに記載の回折光学素子を有することを特徴とする投
影光学系。 （１６）上記（１５）の投影光学系を有することを特徴
とする露光装置。 （１７）上記（５）〜（９）のいずれかに記載の製造方
法を用いて製造された回折光学素子、または上記（１
０）に記載の回折光学素子製造用金型を用いて製造され
た回折光学素子、または上記（１１）〜（１３）のいず
れかに記載の回折光学素子を有することを特徴とする照
明光学系。 （１８）上記（１７）の照明光学系を有することを特徴
とする光学機器。 （１９）上記（１７）の照明光学系を有することを特徴
とする露光装置。In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing an element or a method of manufacturing a diffractive optical element configured as described in the following (1) to (19), and the diffractive optical element. An object of the present invention is to provide an optical system such as a mold for manufacturing a diffractive optical element, a diffractive optical element, and an optical device by a method for manufacturing an element. (1) A method of manufacturing an element in which a stepped shape having an n-level cross section is formed on a substrate, wherein the lowest n-level portion is formed on the substrate by etching, and then a space formed as the n-level portion A first step of forming a first etching mask in the portion, and defining, on the basis of the first etching mask, a position on one side of an (n−1) -stage portion that is a next stage to the n-stage portion. The position of the other side of the n-1 step portion is defined by the second etching mask,
Etching the opening on the substrate with the etching mask of
A second step of forming a one-step portion, and forming a step following the (n-1) -step part and the remaining steps following the n-1 step part with respect to a first etching mask similar to the second step. A method for manufacturing a device, comprising: expanding an opening corresponding to a position of an etching mask for defining a position on the other side corresponding to the number of steps; and repeating etching of the opening. (2) The method according to (1), wherein the first etching mask is formed by one of an etch-back method and a damascene method. (3) The above (1) or (2), wherein the first etching mask is formed by filling the space portion with a material having a selectivity with respect to the substrate.
3. The method for producing an element according to claim 1. (4) The method according to (3), wherein the etching mask is made of any one of a metal, an oxide, and a nitride. (5) A method of manufacturing a diffractive optical element for forming a step-shaped diffraction pattern having an n-step cross section on a substrate, wherein the lowest n-step portion in one cycle of the diffraction pattern is etched on the substrate. Forming a first etching mask in the space formed as the n-stage portion, and n which is the next stage of the n-stage portion with reference to the first etching mask. While defining the position on one side of the -1 step portion, defining the position on the other side of the n-1 step portion by a second etching mask, the first etching mask and the second etching mask Etching the opening on the substrate by
A second step of forming a -1 step portion, and sequentially forming a step following the n-1 step portion and the remaining steps following the n-1 step portion, each time these steps are formed, the second step The position of the etching mask that defines the position of the other side with respect to the first etching mask similar to the step is sequentially expanded corresponding to the number of steps, and the etching of the opening is repeated. Of manufacturing a diffractive optical element. (6) A method for manufacturing a diffractive optical element in which a step-like diffraction pattern having a cross section of 2n steps (n is a natural number of 2 or more) is formed on a substrate, wherein the deepest 2n steps in one cycle of the diffraction pattern Forming a first etching mask in the 2n-stage portion and the space formed as the n-stage portion after etching the portion and the n-stage portion in between, respectively; Forming a second etching mask over the region between the portion and the n-stage portion, and then etching the region between the 2n-stage portion and the n-stage portion; With reference to the etching mask, the position of one side of the 2n-1 step, which is the next step of the 2n step, and the position of the n-1 step, which is the next step of the n step, is defined. And the n-1
A position on the other side of the step portion is defined by a third etching mask, and the first etching mask and the third
Forming a 2n-1 step portion and an n-1 step portion by etching an opening on the substrate with the etching mask of (2), wherein the 2n-1 step portion and the n-1 step are formed. When sequentially forming the steps following the portion and the remaining steps following them, each time these steps are formed, the position of the other side with respect to the first etching mask as in the third step is defined. A method for manufacturing a diffractive optical element, characterized in that the openings are sequentially widened so that the positions of the etching masks correspond to the number of steps, and etching of the openings is repeated. (7) The method for manufacturing a diffractive optical element according to (5) or (6), wherein the first etching mask is formed by one of an etch-back method and a damascene method. (8) The method according to any one of (5) to (7) above, wherein the first etching mask is formed by filling the space with a material having a selectivity with respect to the substrate. A method for manufacturing a diffractive optical element. (9) The method for manufacturing a diffractive optical element according to the above (8), wherein the etching mask is made of any one of a metal, an oxide, and a nitride. (10) A mold for manufacturing a diffractive optical element, manufactured using the method for manufacturing a diffractive optical element of the diffractive optical element according to any one of the above (5) to (9). (11) Diffraction characterized by being manufactured using the method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of (5) to (8) or the mold for manufacturing a diffractive optical element according to (10). Optical element. (12) The diffractive optical element has a stepped portion on a substrate,
The diffractive optical element according to the above (11), having a reflective film. (13) The diffractive optical element according to (12), wherein the reflection film has a laminated structure including a chromium layer, an aluminum layer, and a quartz layer. (14) The diffractive optical element manufactured by using the manufacturing method according to any one of (5) to (9), or (1)
An optical apparatus comprising: the diffractive optical element manufactured by using the mold for manufacturing a diffractive optical element according to (0); or the diffractive optical element according to any of (11) to (13). (15) A diffractive optical element manufactured by using the manufacturing method according to any one of (5) to (9), or (1)
A projection optical system comprising the diffractive optical element manufactured by using the mold for manufacturing a diffractive optical element according to item (0) or the diffractive optical element according to any one of items (11) to (13). . (16) An exposure apparatus comprising the projection optical system according to (15). (17) The diffractive optical element manufactured by using the manufacturing method according to any one of (5) to (9), or (1)
An illumination optical system comprising the diffractive optical element manufactured by using the mold for manufacturing a diffractive optical element according to (0) or the diffractive optical element according to any of (11) to (13). . (18) An optical apparatus comprising the illumination optical system according to (17). (19) An exposure apparatus comprising the illumination optical system according to (17).
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】上記構成によって、つぎのような
実施の形態を構成することができる。階段状に形成され
る回折光学素子において、回折パターン１周期の段数ｎ
が偶数または奇数の場合には、まず、ｎ段目（最も深い
段）を所定の深さに基板をエッチングして形成した後、
該基板上に金属等その後のエッチングで基板と選択比の
ある材料を成膜し、エッチバック法または化学的機械的
研磨（ＣＭＰ）法でｎ段上を埋め込む形で第１のエッチ
ングマスクを形成する。これにより、基板上に回折パタ
ーンの基準としてｎ段目が規定され、１周期および１周
期内の残りの段を形成する際の片側の位置の基準が決ま
る。残りの段を形成する際には、隣の周期の第１のエッ
チングマスク上から各段のもう一方の片側の位置を決め
るように第２のエッチングマスクを形成した後、１段分
の深さ基板をエッチングする工程をｎ−２回繰り返し残
りの段を形成する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS With the above-described configuration, the following embodiment can be configured. In the step-like diffractive optical element, the number of steps n in one cycle of the diffraction pattern
Is an even number or an odd number, first, the n-th stage (deepest stage) is formed by etching the substrate to a predetermined depth.
A material having a selectivity with respect to the substrate is formed on the substrate by subsequent etching such as metal, and a first etching mask is formed by embedding the n-stage on the n-stage by an etch-back method or a chemical mechanical polishing (CMP) method. I do. As a result, the n-th stage is defined as the reference of the diffraction pattern on the substrate, and the reference of the position on one side when one cycle and the remaining steps in one cycle are formed is determined. When forming the remaining steps, a second etching mask is formed so as to determine the position of the other side of each step from the first etching mask of the next period, and then the depth of one step is determined. The step of etching the substrate is repeated n-2 times to form the remaining steps.
【００１７】以上のように、初めに回折パターン１周期
内のｎ段目（最も深い段）を第１のエッチングマスクで
埋め込んで形成することにより、該第１のエッチングマ
スクを基準として１周期内の残りの段が形成できるよう
になるため、アライメントエラーが発生しない。また、
全てのレジストパターン形成が基板の平坦な部分にて行
うことが出来るので、従来のように段差上にレジストパ
ターンを形成する必要がなく、レジストパターン寸法制
御性が向上する。即ち、アライメントエラーによって形
成される溝や突起がなくなり、寸法エラーも小さくなり
設計値に忠実な階段形状が形成される。As described above, first, the n-th stage (deepest stage) in one cycle of the diffraction pattern is formed by embedding it with the first etching mask. No alignment error occurs because the remaining steps can be formed. Also,
Since all the resist patterns can be formed on a flat portion of the substrate, there is no need to form a resist pattern on a step as in the prior art, and the resist pattern dimension controllability is improved. That is, there are no grooves or protrusions formed due to the alignment error, the dimensional error is reduced, and a step shape faithful to the design value is formed.
【００１８】また、階段状に形成される回折光学素子に
おいて、回折パターン１周期の段数が偶数（＝２ｎ、ｎ
≧３）の場合には、まず、２ｎ段（最も深い段）とｎ段
目を所定の深さに基板をエッチングして形成した後、該
基板上に金属等その後のエッチングで基板と選択比のあ
る材料を成膜し、エッチバック法または化学的機械的研
磨（ＣＭＰ）法で２ｎ段とｎ段上を埋め込む形で第１の
エッチングマスクを形成する。これにより、基板上に回
折パターンの基準として２ｎ段とｎ段目が規定され、１
周期内の残りの段の位置の片側の基準が決まり、残りの
段を形成する際には、隣の周期の第１のエッチングマス
ク上から各段のもう一方の片側の位置を決めるように第
２のエッチングマスクを形成し、所定の深さ基板をエッ
チングする。Further, in the diffractive optical element formed in a stepwise manner, the number of steps in one period of the diffraction pattern is even (= 2n, n).
In the case of ≧ 3), first, the substrate is formed by etching the substrate to the 2nth (deepest) stage and the nth stage to a predetermined depth. Is formed, and a first etching mask is formed by burying the 2n step and the n step by an etch-back method or a chemical mechanical polishing (CMP) method. As a result, the 2n-th stage and the n-th stage are defined on the substrate as the reference of the diffraction pattern,
The reference of one side of the position of the remaining step in the cycle is determined. When forming the remaining step, the position of the other side of each step is determined from the first etching mask of the next cycle. 2 is formed, and the substrate is etched to a predetermined depth.
【００１９】以上のように、初めに回折パターン１周期
内の２ｎ段とｎ段目を第１のエッチングマスクで埋め込
んで形成することにより、該第１のエッチングマスクを
基準として１周期内の残りの段が形成できるようになる
ため、アライメントエラーが発生しない。また、全ての
レジストパターン形成が基板の平坦な部分にて行うこと
が出来るので、従来のように段差上にレジストパターン
を形成する必要がなく、レジストパターン寸法制御性が
向上する。即ち、アライメントエラーによって形成され
る溝や突起がなくなり、寸法エラーも小さくなり設計値
に忠実な階段形状が形成される。As described above, first, the 2n-th and n-th stages in one cycle of the diffraction pattern are formed by embedding them with the first etching mask, so that the remaining portions within one cycle with respect to the first etching mask are formed. Can be formed, so that no alignment error occurs. Further, since all the resist patterns can be formed on a flat portion of the substrate, there is no need to form a resist pattern on a step as in the related art, and the resist pattern dimension controllability is improved. That is, there are no grooves or protrusions formed due to the alignment error, the dimensional error is reduced, and a step shape faithful to the design value is formed.
【００２０】[0020]
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 ［実施例１］図１に、本発明における実施例１の４段の
階段形状を有する回折光学素子の製造工程の断面図を示
す。図１の工程（１）において、石英基板２１上に１周
期中の４段目の位置に０．３５μｍ幅の開口部を有する
レジストパターン２２を形成した後に、図１の工程
（２）において、ＣＦ4と水素の混合ガスを用いて反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）法により、石英基板２１
を３６６ｎｍの深さエッチングして、凹部２３を形成す
る。次に、図１の工程（３）において、電子ビーム蒸着
法を用いてＡｌ膜２４を凹部２３が埋め込まれるように
４５０〜５００ｎｍの厚さに形成した後、図１の工程
（４）において、エッチバック法により石英基板２１の
表面が露出するまでＡｌ膜２４を除去する。ここまでの
工程で１周期の最も深い段とその上にエッチングマスク
２５が形成され、残りの段の片側を規定される。Embodiments of the present invention will be described below. [Embodiment 1] FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of a diffractive optical element having a four-step staircase according to Embodiment 1 of the present invention. In step (1) of FIG. 1, after forming a resist pattern 22 having an opening of 0.35 μm width on the quartz substrate 21 at the position of the fourth stage in one cycle, in step (2) of FIG. A quartz substrate 21 is formed by reactive ion etching (RIE) using a mixed gas of CF 4 and hydrogen.
Is etched to a depth of 366 nm to form a concave portion 23. Next, in step (3) of FIG. 1, after forming the Al film 24 to a thickness of 450 to 500 nm using the electron beam evaporation method so that the recesses 23 are buried, in step (4) of FIG. The Al film 24 is removed by an etch back method until the surface of the quartz substrate 21 is exposed. In the steps so far, the deepest step of one cycle and the etching mask 25 are formed thereon, and one side of the remaining steps is defined.
【００２１】続いて、図１の工程（５）において、１周
期中の３段目の位置に０．３５μｍ幅の開口部を、前記
エッチングマスク２５とレジストパターン２６とによっ
て形成した後に、図１の工程（６）において、工程
（２）と同じＲＩＥ法により石英基板２１を１２２ｎｍ
の深さエッチングする。次に、図１の工程（７）におい
て、１周期中の２，３段目の位置に０．７０μｍ幅の開
口部を有するレジストパターン２７を形成した後に、図
１の工程（８）において、工程（２）と同じＲＩＥ法に
より石英基板２１を１２２ｎｍの深さエッチングする。
ここまでの工程で、２，３段の片側の位置は工程（４）
までに形成されたエッチングマスク２５により規定さ
れ、もう一方の端はレジストパターン２６及び２７によ
り決定する。Subsequently, in a step (5) of FIG. 1, after an opening having a width of 0.35 μm is formed by the etching mask 25 and the resist pattern 26 at the position of the third stage in one cycle, FIG. In the step (6), the quartz substrate 21 is made 122 nm by the same RIE method as in the step (2).
Etch to a depth of. Next, in step (7) of FIG. 1, after forming a resist pattern 27 having an opening of 0.70 μm width at the position of the second and third steps in one cycle, in step (8) of FIG. The quartz substrate 21 is etched by a depth of 122 nm by the same RIE method as in the step (2).
In the steps up to this point, the position on one side of the second and third steps is determined in step (4).
The other end is determined by the resist patterns 26 and 27 at the other end.
【００２２】最後に、エッチングマスク２５を燐酸と硝
酸と酢酸と水の混合液から成るエッチング液にて除去す
ると、図１の工程（９）に示すような４段の回折光学素
子または回折光学素子作製用の型が完成する。このよう
にして完成した、最小線幅が０．３５μｍ、１段の段差
が１２２ｎｍの回折光学素子は、アライメントエラーが
なくパターン寸法エラーの小さい、溝や突起のない、高
精度な４段の階段構造を有する回折光学素子として実現
できる。Finally, when the etching mask 25 is removed with an etching solution comprising a mixture of phosphoric acid, nitric acid, acetic acid and water, a four-stage diffractive optical element or a diffractive optical element as shown in step (9) of FIG. The mold for fabrication is completed. The diffractive optical element completed in this manner and having a minimum line width of 0.35 μm and a single step of 122 nm is a high-precision four-step staircase having no alignment error, small pattern dimension error, and no grooves or protrusions. It can be realized as a diffractive optical element having a structure.
【００２３】［実施例２］図２に、本発明における実施
例２として、８段の階段形状を有する回折光学素子の製
造工程の断面図を示す。図２の工程（１）において、石
英基板３１上に１周期中の８段目の位置に０．３５μｍ
幅の開口部を有するレジストパターン３２を形成した
後、図２の工程（２）において、ＣＨＦ3と水素の混合
ガスを用いて反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によ
り、石英基板２１を４２７ｎｍの深さエッチングして、
凹部３３を形成する。次に、図２の工程（３）におい
て、石英基板３１上に１周期中の４段目の位置に０．３
５μｍ幅の開口部を有するレジストパターン３４を形成
した後、図２の工程（４）において、工程（２）と同じ
ＲＩＥ法により、石英基板３１を１８３ｎｍの深さエッ
チングして、凹部３５を形成する。次に、図１の工程
（５）において、スパッタリング法を用いてＡｌ膜３６
を凹部３３および３５が埋め込まれるように４５０〜５
００ｎｍの厚さに形成した後、図１の工程（６）におい
て、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法により石英基板３１
の表面が露出するまでＡｌ膜３６を除去する。ここまで
の工程で１周期の最も深い段（２ｎ段）と中間の段（ｎ
段）が形成され、その段上にエッチングマスク３７が形
成され、残りの段の片側を規定される。[Embodiment 2] FIG. 2 is a sectional view showing a manufacturing process of a diffractive optical element having an eight-step staircase as Embodiment 2 of the present invention. In step (1) of FIG. 2, 0.35 μm is placed on the quartz substrate 31 at the position of the eighth stage in one cycle.
After forming a resist pattern 32 having an opening having a width, in a step (2) of FIG. 2, a quartz substrate 21 is formed to a depth of 427 nm by a reactive ion etching (RIE) method using a mixed gas of CHF 3 and hydrogen. Let's etch
A recess 33 is formed. Next, in step (3) of FIG. 2, 0.3 mm is placed on the quartz substrate 31 at the position of the fourth stage in one cycle.
After forming a resist pattern 34 having an opening having a width of 5 μm, in a step (4) in FIG. 2, the quartz substrate 31 is etched to a depth of 183 nm by the same RIE method as in the step (2) to form a recess 35. I do. Next, in step (5) of FIG. 1, the Al film 36 is formed by sputtering.
450 to 5 such that the recesses 33 and 35 are embedded.
After being formed to a thickness of 00 nm, in step (6) of FIG. 1, the quartz substrate 31 is formed by a chemical mechanical polishing (CMP) method.
The Al film 36 is removed until the surface is exposed. The deepest stage (2n stage) and the middle stage (n
Step) is formed, on which an etching mask 37 is formed, defining one side of the remaining steps.
【００２４】続いて、図２の工程（７）において、１周
期中の５〜７段目の位置に開口部を有するレジストパタ
ーン３８を形成した後に、図２の工程（８）において、
工程（２）と同じＲＩＥ法により石英基板３１を２４４
ｎｍの深さエッチングする。次に、図２の工程（９）に
おいて、１周期中の３段および７段目の位置に０．３５
μｍ幅の開口部を、前記エッチングマスク３７とレジス
トパターン３９とによって形成した後に、図２の工程
（１０）において、工程（２）と同じＲＩＥ法により石
英基板３１を６１ｎｍの深さエッチングする。次に、図
２の工程（１１）において、１周期中の２〜３段および
６〜７段目の位置に０．７０μｍ幅の開口部を有するレ
ジストパターン４０を形成した後に、図２の工程（１
２）において、工程（２）と同じＲＩＥ法により石英基
板３１を６１ｎｍの深さエッチングする。ここまでの工
程で、１〜３段および５〜７段の片側の位置は工程
（４）までに形成されたエッチングマスク３７により規
定され、もう一方の端はレジストパターン３９及び４０
により決定する。Subsequently, in step (7) of FIG. 2, after forming a resist pattern 38 having an opening at the position of the fifth to seventh steps in one cycle, in step (8) of FIG.
The quartz substrate 31 is subjected to 244 by the same RIE method as in the step (2).
Etch to a depth of nm. Next, in step (9) of FIG. 2, 0.35 is set at the position of the third and seventh steps in one cycle.
After an opening having a width of μm is formed by the etching mask 37 and the resist pattern 39, in a step (10) of FIG. 2, the quartz substrate 31 is etched by a depth of 61 nm by the same RIE method as the step (2). Next, in step (11) of FIG. 2, after forming a resist pattern 40 having an opening of 0.70 μm width at the second to third and sixth to seventh steps in one cycle, the process of FIG. (1
In 2), the quartz substrate 31 is etched to a depth of 61 nm by the same RIE method as in step (2). In the steps so far, the positions on one side of the first to third steps and the fifth to seventh steps are defined by the etching mask 37 formed up to the step (4), and the other ends are resist patterns 39 and 40.
Determined by
【００２５】最後に、エッチングマスク３７を燐酸と硝
酸と酢酸と水の混合液から成るエッチング液にて除去す
ると、図２の工程（１３）に示すような８段の回折光学
素子または回折光学素子作製用の型が完成する。このよ
うにして完成した、最小線幅が０．３５μｍ、１段の段
差が６１ｎｍの回折光学素子は、アライメントエラーが
なくパターン寸法エラーの小さい、溝や突起のない、高
精度な８段の階段構造を有する回折光学素子として実現
できる。なお、第１および第２の実施例におけるパター
ン形成のための露光光Ｌは、紫外や遠紫外に限らず、電
子ビームやＸ線、またはその他の露光技術を用いても良
い。また、第１および第２の実施例の基板２１および３
１は、透過型や反射型または金型の使用目的に合わせて
材質を適宜選択する。また、基板である被エッチング材
とエッチングマスクの材料が、使用するエッチング方法
において選択比が得られる組み合わせを適宜選択する。
更に、エッチングマスク材料の成膜方法は、真空蒸着
法、スパッタリング法、イオンビームスパッタリング
法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、電子ビーム法
等を用いても良い。Finally, when the etching mask 37 is removed with an etching solution comprising a mixture of phosphoric acid, nitric acid, acetic acid and water, an eight-stage diffractive optical element or a diffractive optical element as shown in step (13) of FIG. The mold for fabrication is completed. The diffractive optical element completed in this manner, having a minimum line width of 0.35 μm and a single step of 61 nm, is a highly accurate 8-step staircase having no alignment error, small pattern dimension error, and no grooves or protrusions. It can be realized as a diffractive optical element having a structure. The exposure light L for pattern formation in the first and second embodiments is not limited to ultraviolet light or far ultraviolet light, but may be an electron beam, X-ray, or other exposure technology. In addition, the substrates 21 and 3 of the first and second embodiments
1 is to appropriately select a material according to the purpose of use of a transmission type, a reflection type or a mold. The combination of the material to be etched and the material of the etching mask, which is a substrate, is appropriately selected so as to obtain a selectivity in the etching method to be used.
Further, as a method for forming the etching mask material, a vacuum evaporation method, a sputtering method, an ion beam sputtering method, an ion plating method, a CVD method, an electron beam method, or the like may be used.
【００２６】［実施例３］図４に、本発明における実施
例３として、反射型回折光学素子の断面図を示す。実施
例１および実施例２で作製した多段の階段構造を有する
基板６１に、反射膜としてクロム層６２とアルミニウム
層６３と石英層６４を電子ビーム蒸着法等により積層す
る。クロム層６２は基板６１との密着性を向上する機能
を有し、アルムニウム層６３は反射膜で、石英層６４は
保護膜機能を有する。[Embodiment 3] FIG. 4 shows a sectional view of a reflective diffractive optical element as Embodiment 3 of the present invention. A chromium layer 62, an aluminum layer 63, and a quartz layer 64 as a reflection film are laminated on the substrate 61 having a multi-stepped structure manufactured in Example 1 and Example 2 by an electron beam evaporation method or the like. The chromium layer 62 has a function of improving adhesion to the substrate 61, the aluminum layer 63 has a reflective film, and the quartz layer 64 has a protective film function.
【００２７】基板材料には珪素や石英などを使用し、エ
ッチングマスク材料には選択比の高いものを適宜選択
し、反射膜層の材料および積層構成は、使用する波長や
環境に応じて各層の作用を十分発揮するものを選択す
る。このようにして、アライメントエラーやパターン寸
法エラーによる溝や突起のない、高精度な４または８段
の階段状構造を持つ反射型の回折光学素子が実現でき
る。Silicon or quartz is used as a substrate material, a material having a high selectivity is appropriately selected as an etching mask material, and a material and a lamination structure of a reflection film layer are selected according to a wavelength to be used and an environment. Select one that exerts sufficient action. In this way, a reflective diffractive optical element having a high-precision four- or eight-step stair-like structure without grooves or protrusions due to alignment errors or pattern dimension errors can be realized.
【００２８】［実施例４］図５に、本発明における実施
例４として、回折光学素子の断面図を示す。実施例１お
よび実施例２で作成した多段の階段構造を持つ基板６５
を金型として用い、光硬化性樹脂等を用いたＺＰ法やイ
ンジェクション法等の複製技術により回折光学素子６６
をレプリカとして製造する。このようにして、アライメ
ントエラーやパターン寸法エラーによる溝や突起のな
い、高精度な４または８段の階段状構造を持つ回折光学
素子が実現できる。Embodiment 4 FIG. 5 is a sectional view of a diffractive optical element as Embodiment 4 of the present invention. Substrate 65 having a multi-step stair structure formed in Example 1 and Example 2
Is used as a mold, and a diffractive optical element 66 is formed by a replication technique such as a ZP method or an injection method using a photocurable resin or the like.
Is manufactured as a replica. In this way, it is possible to realize a diffractive optical element having a high-precision four- or eight-step stair-like structure without grooves or protrusions due to alignment errors or pattern dimension errors.
【００２９】図６は回折光学素子を有する投影光学系の
構成図を示す。球面または非球面の通常のレンズ群７１
に本実施例の回折光学素子７２が組み込まれており、通
常のレンズ７１の表面には反射防止膜が形成されてい
る。回折光学素子７２は通常のレンズ７１と共働して光
学系の色収差やザイデルの５収差等の各種収差を補正す
る。このような投影光学系は、各種カメラ、１眼レフレ
ックスカメラに取り付ける交換レンズ、複写機等の事務
機、液晶パネル製造用の投影露光装置、ＩＣ、ＬＳＩ等
の半導体チップ製造用の投影露光装置に用いられる。FIG. 6 shows a configuration diagram of a projection optical system having a diffractive optical element. Spherical or aspherical normal lens group 71
In this embodiment, the diffractive optical element 72 of this embodiment is incorporated, and an antireflection film is formed on the surface of a normal lens 71. The diffractive optical element 72 corrects various aberrations such as chromatic aberration of the optical system and Seidel's five aberrations in cooperation with the ordinary lens 71. Such projection optical systems include various cameras, interchangeable lenses attached to single-lens reflex cameras, office machines such as copying machines, projection exposure apparatuses for manufacturing liquid crystal panels, and projection exposure apparatuses for manufacturing semiconductor chips such as ICs and LSIs. Used for
【００３０】図７は投影露光装置の構成図を示し、露光
光を供給する照明光学系７３、照明光学系７３により照
明されるマスク７４、マスク７４に描かれたデバイスパ
ターン像を投影する投影光学系７５、レジストが塗布さ
れたガラス基板やシリコン基板７６が配置されている。
照明光学系７３および投影光学系７５に本実施例による
回折光学素子が組み込まれており、照明光学系７３や投
影光学系７５を構成するレンズの表面には反射防止膜が
形成されている。照明光学系７３からの露光光はマスク
７４を照明し、投影光学系７５によりマスク７４に描か
れたデバイスパターン像をガラス基板やシリコン基板７
６上に投影する。FIG. 7 shows a configuration diagram of a projection exposure apparatus. An illumination optical system 73 for supplying exposure light, a mask 74 illuminated by the illumination optical system 73, and a projection optical system for projecting a device pattern image drawn on the mask 74. A system 75, a glass substrate coated with a resist, and a silicon substrate 76 are arranged.
The diffractive optical element according to the present embodiment is incorporated in the illumination optical system 73 and the projection optical system 75, and an anti-reflection film is formed on the surfaces of the lenses constituting the illumination optical system 73 and the projection optical system 75. Exposure light from the illumination optical system 73 illuminates the mask 74, and the device pattern image drawn on the mask 74 by the projection optical system 75 is converted into a glass substrate or a silicon substrate 7.
6 onto the image.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係る回
折光学素子の製造法方は、回折パターン１周期内の最も
深い段または最も深い段と半分の段を初めに形成し、そ
れらの段上をエッチングマスクとなる材料で埋め込むこ
とによって、１周期内の基準を形成することが可能とな
り、この基準を基にして残りの段を形成することにより
アライメントエラーを無くすことができ、寸法エラーが
小さく、溝や突起のない、高精度な多段の階段状構造を
有する素子の製造方法または回折光学素子の製造方法、
および該回折光学素子の製造方法による回折光学素子製
造用金型、回折光学素子、光学機器等の光学系を実現す
ることができる。As described above, according to the method of manufacturing a diffractive optical element according to the present invention, the deepest step or the deepest and half steps within one period of the diffraction pattern are formed first, By embedding the upper part of the step with a material serving as an etching mask, it is possible to form a reference within one cycle. By forming the remaining steps based on this reference, alignment errors can be eliminated, and dimensional errors can be eliminated. Is small, without grooves or protrusions, a method of manufacturing an element or a diffractive optical element having a high-precision multi-step staircase structure,
In addition, an optical system such as a mold for manufacturing a diffractive optical element, a diffractive optical element, and an optical device can be realized by the method for manufacturing a diffractive optical element.
【図１】本発明における実施例１の製造工程の断面図で
ある。FIG. 1 is a sectional view of a manufacturing process according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明における実施例２の製造工程の断面図で
ある。FIG. 2 is a sectional view of a manufacturing process according to a second embodiment of the present invention.
【図３】従来例の製造工程の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a manufacturing process of a conventional example.
【図４】本発明における実施例３の反射型回折光学素子
の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a reflective diffractive optical element according to a third embodiment of the present invention.
【図５】本発明における実施例４の回折光学素子の断面
図である。FIG. 5 is a sectional view of a diffractive optical element according to a fourth embodiment of the present invention.
【図６】投影光学系の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a projection optical system.
【図７】投影露光装置の構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a projection exposure apparatus.
【図８】階段形状とマスクの関係の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a relationship between a staircase shape and a mask.
【図９】階段形状とマスクの関係の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a relationship between a step shape and a mask.
１、２１、３１：石英基板 ２２、２６、２７：レジストパターン ２３：凹部 ２４、３６：アルミニウム膜 ２５：エッチングマスク ７１：レンズ群 ７２：回折光学素子 ７３：照明光学系 ７４：マスク ７５：投影光学系 1, 21, 31: quartz substrate 22, 26, 27: resist pattern 23: recess 24, 36: aluminum film 25: etching mask 71: lens group 72: diffractive optical element 73: illumination optical system 74: mask 75: projection optical system
Claims (19)
素子の製造方法であって、 最も低いｎ段部分を、前記基板上にエッチングによって
形成した後、該ｎ段部分として形成された空間部分に第
１のエッチングマスクを形成する第１の工程と、 前記第１のエッチングマスクを基準として、前記ｎ段部
分の次段であるｎ−１段部分の片側の位置を規定する一
方、該ｎ−１段部分のもう一方の片側の位置を第２のエ
ッチングマスクによって規定し、該第１のエッチングマ
スクと該第２のエッチングマスクとによる前記基板上の
開口部をエッチングすることによりｎ−１段部分を形成
する第２の工程とを有し、 前記ｎ−１段部分に続く段、およびそれに続く残りの段
を形成するに際して、前記第２の工程と同様の第１のエ
ッチングマスクに対するもう一方の片側の位置を規定す
るエッチングマスクの位置を、前記段数分に対応させて
前記開口部を広げ、該開口部のエッチングを繰り返すこ
とを特徴とする素子の製造方法。1. A method for manufacturing an element, wherein a stepped shape having an n-stage cross section is formed on a substrate, wherein the lowest n-stage portion is formed on the substrate by etching and then formed as the n-stage portion. A first step of forming a first etching mask in the space portion, and defining one position of one side of an (n−1) -stage portion next to the n-stage portion with reference to the first etching mask. A position on the other side of the n-1 step portion is defined by a second etching mask, and an opening on the substrate is etched by the first etching mask and the second etching mask. and a second step of forming an (n-1) -step portion. In forming a step following the (n-1) -step portion and the remaining steps subsequent thereto, a first etching similar to the second step is performed. Against the mask Cormorants the position of the etching mask defining the position of one side, spread the opening in correspondence with the number of stages, the manufacturing method of the device characterized by repeating the etching of the opening.
ック法またはダマシン法のいずれかによって形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の素子の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the first etching mask is formed by one of an etch back method and a damascene method.
と選択比のある材料を前記空間部分に充填することによ
って形成されることを特徴とする請求項１または請求項
２に記載の素子の製造方法。3. The device according to claim 1, wherein the first etching mask is formed by filling the space portion with a material having a selectivity with respect to the substrate. Production method.
窒化物のいずれかによりなることを特徴とする請求項３
に記載の素子の製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the etching mask comprises a metal, an oxide,
4. A method according to claim 3, wherein said material is made of any one of nitrides.
3. The method for producing an element according to claim 1.
板上に形成する回折光学素子の製造方法であって、 前記回折パターンの１周期中にある最も低いｎ段部分
を、前記基板上にエッチングによって形成した後、該ｎ
段部分として形成された空間部分に第１のエッチングマ
スクを形成する第１の工程と、 前記第１のエッチングマスクを基準として、前記ｎ段部
分の次段であるｎ−１段部分の片側の位置を規定する一
方、該ｎ−１段部分のもう一方の片側の位置を第２のエ
ッチングマスクによって規定し、該第１のエッチングマ
スクと該第２のエッチングマスクとによる前記基板上の
開口部をエッチングすることによりｎ−１段部分を形成
する第２の工程とを有し前記ｎ−１段部分に続く段、お
よびそれに続く残りの段を順次形成するに際して、これ
ら各段を形成する毎に、前記第２の工程と同様の第１の
エッチングマスクに対するもう一方の片側の位置を規定
するエッチングマスクの位置を、順次、前記段数分に対
応させて前記開口部を広げ、該開口部のエッチングを繰
り返すことを特徴とする回折光学素子の製造方法。5. A method for manufacturing a diffractive optical element, wherein a step-shaped diffraction pattern having an n-step cross section is formed on a substrate, wherein the lowest n-step portion in one cycle of the diffraction pattern is formed on the substrate. After the formation by etching, the n
A first step of forming a first etching mask in a space portion formed as a step portion; and, on the basis of the first etching mask, one side of an (n-1) -th stage portion that is a next stage to the n-stage portion. While defining the position, the position of the other side of the n-1 step portion is defined by a second etching mask, and an opening on the substrate by the first etching mask and the second etching mask A second step of forming an (n-1) -stage portion by etching the first and second stages, and sequentially forming a stage following the (n-1) -stage portion and the remaining stages following the n-1-stage portion. Then, the position of the etching mask that defines the position of the other side of the first etching mask similar to the second step is sequentially expanded corresponding to the number of steps, and the opening is widened. D A method for manufacturing a diffractive optical element, characterized by repeating the switching.
段形状の回折パターンを基板上に形成する回折光学素子
の製造方法であって、 前記回折パターンの１周期中にある最も深い２ｎ段部分
とその中間のｎ段部分をそれぞれエッチングして形成し
た後、該２ｎ段部分および該ｎ段部分として形成された
空間部分に第１のエッチングマスクを形成する第１の工
程と、 前記２ｎ段部分とｎ段部分との間の領域をまたぐように
第２のエッチングマスクを形成した後、該２ｎ段部分と
ｎ段部分との間の領域をエッチングする第２の工程と、 前記第１のエッチングマスクを基準として、前記２ｎ段
部分の次段である２ｎ−１段部分および前記ｎ段部分の
次段であるｎ−１段部分の片側の位置を規定する一方、
該２ｎ−１段部分および該ｎ−１段部分のもう一方の片
側の位置を第３のエッチングマスクによって規定し、該
第１のエッチングマスクと該第３のエッチングマスクと
による前記基板上の開口部をエッチングすることにより
２ｎ−１段部分およびｎ−１段部分を形成する第３の工
程とを有し、 前記２ｎ−１段部分およびｎ−１段部分に続く段、およ
びそれらに続く残りの段を順次形成するに際して、これ
ら各段を形成する毎に、前記第３の工程と同様の第１の
エッチングマスクに対するもう一方の片側の位置を規定
するエッチングマスクの位置を、順次、前記段数分に対
応させて前記開口部を広げ、該開口部のエッチングを繰
り返すことを特徴とする回折光学素子の製造方法。6. A method for manufacturing a diffractive optical element, wherein a step-like diffraction pattern having a cross section of 2n steps (n is a natural number of 2 or more) is formed on a substrate, wherein the deepest part is present in one period of the diffraction pattern. Forming a first etching mask in the 2n-stage portion and the space formed as the n-stage portion after forming the 2n-stage portion and the intermediate n-stage portion by etching, respectively; A second step of forming a second etching mask over the region between the 2n-stage portion and the n-stage portion, and then etching the region between the 2n-stage portion and the n-stage portion; On the basis of the etching mask of 1, the position of one side of the 2n-1 step portion that is the next stage of the 2n step portion and the n-1 step portion that is the next stage of the n step portion is defined,
A position on the other side of the 2n-1 step portion and the other side of the n-1 step portion is defined by a third etching mask, and an opening on the substrate is formed by the first etching mask and the third etching mask. Forming a 2n-1 step portion and an n-1 step portion by etching a portion, a step following the 2n-1 step portion and the n-1 step portion, and a rest following the step. When sequentially forming these steps, each time each of these steps is formed, the position of the etching mask that defines the position of the other side of the first etching mask similar to the third step is sequentially changed by the number of steps. A method of manufacturing the diffractive optical element, wherein the opening is widened in accordance with the minute, and the etching of the opening is repeated.
ック法またはダマシン法のいずれかによって形成される
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の回折
光学素子の製造方法。7. The method according to claim 5, wherein the first etching mask is formed by one of an etch-back method and a damascene method.
と選択比のある材料を前記空間部分に充填することによ
って形成されることを特徴とする請求項５〜７のいずれ
か１項に記載の回折光学素子の製造方法。8. The method according to claim 5, wherein the first etching mask is formed by filling the space portion with a material having a selectivity with respect to the substrate. A method for manufacturing a diffractive optical element.
窒化物のいずれかによりな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 according to claim 9, wherein the etching mask is formed of a metal, an oxide,
9. The method according to claim 8, wherein the material is made of any one of nitrides.
3. The method for producing a diffractive optical element according to item 1.
折光学素子の製造方法を用いて製造されたことを特徴と
する回折光学素子製造用金型。10. A diffractive optical element manufacturing die manufactured by using the method for manufacturing a diffractive optical element according to any one of claims 5 to 9.
折光学素子の製造方法または請求項１０に記載の回折光
学素子製造用金型を用いて製造されたことを特徴とする
回折光学素子。11. A method of manufacturing a diffractive optical element according to any one of claims 5 to 8, or using the mold for manufacturing a diffractive optical element according to claim 10. Optical element.
部に、反射膜を有することを特徴とする請求項１１に記
載の回折光学素子。12. The diffractive optical element according to claim 11, wherein the diffractive optical element has a reflection film on a stepped portion on the substrate.
層、石英層からなる積層構造を有することを特徴とする
請求項１２に記載の回折光学素子。13. The diffractive optical element according to claim 12, wherein said reflection film has a laminated structure including a chromium layer, an aluminum layer, and a quartz layer.
造方法を用いて製造された回折光学素子、または請求項
１０に記載の回折光学素子製造用金型を用いて製造され
た回折光学素子、または請求項１１〜１３のいずれか１
項に記載の回折光学素子を有することを特徴とする光学
機器。14. A diffractive optical element manufactured using the manufacturing method according to any one of claims 5 to 9, or manufactured using the mold for manufacturing a diffractive optical element according to claim 10. A diffractive optical element, or any one of claims 11 to 13
An optical device comprising the diffractive optical element described in the above item.
造方法を用いて製造された回折光学素子、または請求項
１０に記載の回折光学素子製造用金型を用いて製造され
た回折光学素子、または請求項１１〜１３のいずれか１
項に記載の回折光学素子を有することを特徴とする投影
光学系。15. A diffractive optical element manufactured using the manufacturing method according to any one of claims 5 to 9, or manufactured using the mold for manufacturing a diffractive optical element according to claim 10. A diffractive optical element, or any one of claims 11 to 13
13. A projection optical system, comprising the diffractive optical element according to the above item.
特徴とする露光装置。16. An exposure apparatus comprising the projection optical system according to claim 15.
造方法を用いて製造された回折光学素子、または請求項
１０に記載の回折光学素子製造用金型を用いて製造され
た回折光学素子、または請求項１１〜１３のいずれか１
項に記載の回折光学素子を有することを特徴とする照明
光学系。17. A diffractive optical element manufactured using the manufacturing method according to any one of claims 5 to 9, or manufactured using the mold for manufacturing a diffractive optical element according to claim 10. A diffractive optical element, or any one of claims 11 to 13
An illumination optical system, comprising the diffractive optical element described in the above item.
特徴とする光学機器。18. An optical apparatus comprising the illumination optical system according to claim 17.
とを特徴とする露光装置。19. An exposure apparatus comprising the illumination optical system according to claim 17.
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