JP2002228820A

JP2002228820A - 回折光学素子の製造方法、該回折光学素子の製造方法によって製造した回折光学素子、および該回折光学素子を有する光学系、露光装置、デバイス製造方法、デバイス

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Publication number: JP2002228820A
Application number: JP2001027737A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tamamori; 研爾玉森
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2002-08-14

Abstract

(57)【要約】【課題】微細なパターンピッチを有するブレーズ型回折
パターンを容易にかつ高精度に製造することができる回
折光学素子の製造方法、該回折光学素子の製造方法によ
って製造した回折光学素子、および該回折光学素子を有
する光学系、露光装置、デバイス製造方法、デバイスを
提供する。【解決手段】回折光学素子の製造方法を、少なくとも、
基板上に長周期のブレーズ型回折パターンを形成する工
程と、前記工程で形成されたブレーズ型回折パターンの
斜面部の角度を保持したまま、フォトリソグラフィを用
いて該ブレーズ型回折パターンを短周期のブレーズ型回
折パターンに加工する工程とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブレーズ型回折パ
ターンを有する回折光学素子の製造方法、該回折光学素
子の製造方法によって製造した回折光学素子、および該
回折光学素子を有する光学系、露光装置、デバイス製造
方法、デバイスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ダイヤモンドバイト等を用い
てブレーズ型回折パターンを製造する方法として切削加
工する方法が知られている。このような方法として、例
えば、１９９２年度精密工学会春季大会学術講演会講演
論文集ｐ．５３５〜５３６では、フレネルレンズ金型
の超精密切削加工において、回折面形状に倣ってダイヤ
モンド工具などを並進させながら回折面形状を切削加工
する方法が開示されている。ブレーズ型回折光学素子に
おいて、パターンピッチが数十μｍ以上程度であれば、
ダイヤモンドバイト等を用いた切削加工により、赤外域
や可視光域で使用できるブレーズ型回折光学素子を製造
することが可能である。

【０００３】また、例えば、特開昭６０−１０３３１１
号公報には、基板上にブレーズ型回折パターンを形成す
る方法として、基板上にレジストを塗布した後、露光及
び現像処理を行ってブレーズ型回折パターン形状を有す
るレジストパターンを形成し、その後、ドライエッチン
グによりレジストパターン形状を基板に転写する方法が
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、紫外域
などの短波長域において、ブレーズ型回折光学素子を使
用するためには、数μｍ以下のパターンピッチが必要と
されており、そのため、上述の第一の従来例に述べた切
削加工方法では、その加工限界を超えていることから、
切削加工によって紫外域などの短波長用のブレーズ型回
折光学素子を製造することは極めて困難であるという問
題が生じる。

【０００５】また、第二の従来例に述べた方法では、例
えば、レジスト表面に電子線露光によりブレーズ型回折
パターンを形成する場合には、露光量を厳密に制御しな
ければならず、そのため、電子線の強度あるいは線幅を
精密に制御する必要があり、電子線露光装置が複雑かつ
高価となり、また大面積の描画が困難になるという問題
が生じる。また、レジストは一般的に露光量に対して残
膜厚さが直線的に変化しないことから、ブレーズ型回折
パターンの斜辺部が直線になるように露光量を制御する
のは困難である。また、ブレーズ型回折パターンを有す
るレジストパターン形状をドライエッチングにより基板
に忠実に転写するためには、レジストと基板材料のエッ
チング速度比を１になるように厳密に制御しなければな
らないという問題も生じる。

【０００６】そこで、本発明は、上記課題を解決し、微
細なパターンピッチを有するブレーズ型回折パターンを
容易にかつ高精度に製造することができる回折光学素子
の製造方法、該回折光学素子の製造方法によって製造し
たことを特徴とする回折光学素子の製造方法、該回折光
学素子の製造方法によって製造した回折光学素子、およ
び該回折光学素子を有する光学系、露光装置、デバイス
製造方法、デバイスを提供することを目的とするもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、つぎの（１）〜（１２）のように構成し
た回折光学素子の製造方法、該回折光学素子の製造方法
によって製造した回折光学素子、および該回折光学素子
を有する光学系、露光装置、デバイス製造方法、デバイ
スを提供するものである。（１）基板上に長周期のブレーズ型回折パターンを形成
する工程と、前記工程で形成されたブレーズ型回折パタ
ーンの斜面部の角度を保持したまま、フォトリソグラフ
ィを用いて該ブレーズ型回折パターンを短周期のブレー
ズ型回折パターンに加工する工程と、を有することを特
徴とする回折光学素子の製造方法。（２）前記長周期のブレーズ型回折パターンが、切削加
工を用いて形成されることを特徴とする上記（１）に記
載の回折光学素子の製造方法。（３）前記短周期のブレーズ型回折パターンが、該短周
期のブレーズ型回折パターンの２のｎ乗倍の周期と深さ
を有する前記長周期のブレーズ型回折パターンに対して
フォトリソグラフィをｎ回繰り返すことにより加工され
ることを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載
の回折光学素子の製造方法。（４）前記基板上に長周期のブレーズ型回折パターンを
形成する工程の前に、あらかじめフォトリソグラフィを
用いて所望のアライメントマークを形成し、該アライメ
ントマークを基準にして前記長周期のブレーズ型回折パ
ターンを形成する工程と、前記短周期のブレーズ型回折
パターンに加工する工程とを行うことを特徴とする上記
（１）〜（３）のいずれかに記載の回折光学素子の製造
方法。（５）前記基板が石英であることを特徴とする上記
（１）〜（４）のいずれかに記載の回折光学素子の製造
方法。（６）前記基板がフッ化カルシウム又はフッ化マグネシ
ウムであることを特徴とする上記（１）〜（４）のいず
れかに記載の回折光学素子の製造方法。（７）上記（１）〜（６）のいずれかに記載の回折光学
素子の製造方法により製造されたブレーズ型回折光学素
子を成形型として用いて回折光学素子をモールド形成す
ることを特徴とする回折光学素子の製造方法。（８）上記（１）〜（７）のいずれかに記載の回折光学
素子の製造方法により製造されることを特徴とする回折
光学素子。（９）上記（８）に記載の回折光学素子を有することを
特徴とする光学系。（１０）上記（９）に記載の光学系を有することを特徴
とする露光装置。（１１）上記（１０）に記載の露光装置を用いてデバイ
スを製造することを特徴とするデバイス製造方法。（１２）上記（１１）に記載のデバイス製造方法によっ
て製造されたことを特徴とするデバイス。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
上記構成を適用することによって、従来の切削技術のみ
を用いた方法では製造困難であった微細なパターンピッ
チ、例えば数μｍ以下のパターンピッチを有するブレー
ズ型回折パターンを容易にかつ高精度に製造することが
可能となる。また、これによると、従来フォトリソグラ
フィでブレーズ型回折パターンを形成する際において、
露光量を厳密に制御する必要があるブレーズ型回折パタ
ーンを有するレジストパターンをエッチングマスクとし
て形成する必要があったが、露光量制御が比較的容易な
矩形のレジストパターンを形成すればよいことから、露
光工程が簡便になり、所望のブレーズ型回折光学素子を
容易かつ高精度に製造することが可能となる。また、こ
れによると、従来リソグラフィ技術でブレーズ型回折パ
ターンを形成する場合において、ブレーズ型回折パター
ンを有するレジストパターン形状をドライエッチングを
用いて忠実に基板に転写するためには、レジストと基板
材料のエッチング速度比を１になるように厳密に制御す
る必要があったが、ブレーズ型回折パターンを有するレ
ジストパターンを必要としないために、レジストと基板
材料のエッチング速度比を必ずしも１にする必要がない
ことから、簡単にかつ高精度に所望のブレーズ型回折光
学素子を製造することができる。また、前記製造方法で
製造されたブレーズ型回折光学素子は、所望の微細なブ
レーズ型回折パターンを有するために、紫外域などの短
波長域で使用可能となる。

【０００９】

【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〜図３は、本発明の実施例１における
ブレーズ型回折光学素子の製造方法の概略の断面図を示
している。まず、図１（ａ）の工程において、例えば石
英から成る基板１上に、フォトリソグラフィを用いて図
示しないアライメントマークを形成し、次に該アライメ
ントマークに基づいてアライメントを行い、ダイヤモン
ドバイトを用いて切削加工により、図１（ｂ）に示すよ
うにブレーズ型回折パターンを基板１上の所望の位置に
形成する。次に、図１（ｃ）の工程において、基板１上
にフォトレジストを滴下し、スピンコートによりレジス
トを１μｍ程度の薄膜とし、ベーク処理を行ってレジス
ト膜２を形成する。次に、図１（ｄ）の工程において、
露光装置に基板１を装着し、該アライメントマークに基
づいてアライメントを行い、所望のパターンを有するレ
チクル３をマスクとして露光する。ポジタイプのレジス
トを用いたときには、図１（ｄ）に示すように露光され
た領域は現像液に可溶となり、レチクル３がレジスト膜
２に転写されてパターン化され、所望の寸法のレジスト
膜２による矩形パターンが基板１上の所望の位置に形成
される。

【００１０】次に図１（ｅ）の工程において、基板１を
異方性エッチングが可能な例えばドライエッチング装置
に装着し、所望のレジスト膜２によるパターンをマスク
として該ブレーズ型回折パターンの斜面部の角度を保持
したまま該ブレーズ型回折パターンを所望の周期と深さ
に、例えば反応性イオンエッチング法を用いてドライエ
ッチング加工する。

【００１１】その後にレジスト膜２によるパターンを、
例えば酸素アッシング法とレジスト剥離液を用いて除去
すると、図２（ａ）に示すように、石英から成る基板１
上に切削加工により形成した図１（ｂ）に示したブレー
ズ型回折パターンの半分のピッチと深さを有するブレー
ズ型回折パターンが形成される。図２（ｂ）の工程にお
いて、再び図１（ｃ）の工程と同様に石英基板１上にレ
ジスト膜２を形成する。続いて、図２（ｃ）において石
英基板１を露光装置に装着し、図１（ｄ）の工程と同様
にアライメントを行い、図１（ｄ）に示したレチクル３
の半分の周期のパターンを有するレチクル４をマスクと
して、レジスト膜２を露光、現像して所望のレジスト膜
２による矩形パターンを形成する。

【００１２】図２（ｄ）の工程において、図１（ｅ）の
工程と同様に該ブレーズ型回折パターンの斜面部の角度
を保持したまま該ブレーズ型回折パターンを所望の周期
と深さにドライエッチング加工を行った後に、レジスト
膜２によるパターンを除去すると、図２（ｅ）に示すよ
うに、石英基板１上に、図１（ｂ）に示したブレーズ型
回折パターンの１／４のパターンピッチと深さを有する
ブレーズ型回折パターンが形成される。

【００１３】図３（ａ）の工程において、再び図１
（ｃ）の工程と同様に石英基板１上にレジスト膜２を形
成する。続いて、図３（ｂ）の工程において石英基板１
を露光装置に装着し、図１（ｄ）の工程と同様にアライ
メントを行い、図１（ｄ）に示したレチクル３の１／４
の周期のパターンを有するレチクル５をマスクとして、
レジスト膜２を露光、現像して所望のレジスト膜２によ
る矩形パターンを形成する。

【００１４】図３（ｃ）の工程において、図１（ｅ）の
工程と同様に該ブレーズ型回折パターンの斜面部の角度
を保持したまま該ブレーズ型回折パターンを所望の周期
と深さにドライエッチング加工を行った後に、レジスト
膜２によるパターンを除去すると、図３（ｄ）に示すよ
うに、石英基板１上に、図１（ｂ）に示したブレーズ型
回折パターンの１／８のパターンピッチと深さを有する
ブレーズ型回折パターンが形成される。

【００１５】以上示した工程について、更に微細なパタ
ーンを有するレチクルを用いて、同様の工程を繰り返す
ことにより、更に微細なブレーズ型回折パターンを有す
るブレーズ型回折光学素子を製造することができる。

【００１６】［実施例２］図４〜図６は、実施例２にお
けるブレーズ型回折光学素子の製造方法の概略の断面図
を示している。図４（ａ）の工程において、例えばフッ
化カルシウムから成る基板１１上に、例えばフォトリソ
グラフィを用いて図示しないアライメントマークを形成
し、次に該アライメントマークに基づいてアライメント
を行い、ダイヤモンドバイトを用いて図４（ｂ）に示す
ように切削加工によりブレーズ型回折パターンを基板１
１上の所望の位置に形成する。次に、図４（ｃ）の工程
において、基板１１上にフォトレジストを滴下し、スピ
ンコートによりレジストを１μｍ程度の薄膜とし、ベー
ク処理を行ってレジスト膜１２を形成する。

【００１７】次に、図４（ｄ）の工程において、露光装
置に基板１１を装着し、該アライメントマークに基づい
てアライメントを行い、所望のパターンを有するレチク
ル１３をマスクとして露光する。ポジタイプのレジスト
を用いたときには、図４（ｄ）に示すように露光された
領域は現像液に可溶となり、レチクル１３がレジスト膜
１２に転写されてパターン化され、所望の寸法のレジス
ト膜１２による矩形パターンが基板１１上の所望の位置
に形成される。

【００１８】次に図４（ｅ）の工程において、基板１１
を異方性エッチングが可能な例えばドライエッチング装
置に装着し、所望のレジスト膜１２によるパターンをマ
スクとして該ブレーズ型回折パターンの斜面部の角度を
保持したまま該ブレーズ型回折パターンを所望の周期と
深さに例えばスパッタエッチング法を用いてドライエッ
チング加工する。

【００１９】その後にレジスト膜１２によるパターン
を、例えばレジスト剥離液を用いて除去すると図５
（ａ）に示すように、フッ化カルシウムから成る基板１
１上に切削加工により形成した図４（ｂ）に示したブレ
ーズ型回折パターンの半分のピッチと深さを有するブレ
ーズ型回折パターンが形成される。

【００２０】図５（ｂ）の工程において、再び図４
（ｃ）の工程と同様に基板１１上にレジスト膜１２を形
成する。続いて、図５（ｃ）において基板１１を露光装
置に装着し、図４（ｄ）の工程と同様にアライメントを
行い、図４（ｄ）に示したレチクル１３の半分の周期の
パターンを有するレチクル１４をマスクとして、レジス
ト膜１２を露光、現像して所望のレジスト膜１２による
矩形パターンを形成する。

【００２１】図５（ｄ）の工程において、図４（ｅ）の
工程と同様に該ブレーズ型回折パターンの斜面部の角度
を保持したまま該ブレーズ型回折パターンを所望の周期
と深さにドライエッチング加工を行った後に、レジスト
膜１２によるパターンを除去すると、図５（ｅ）に示す
ように、フッ化カルシウムから成る基板１１上に、図４
（ｂ）に示したブレーズ型回折パターンの１／４のパタ
ーンピッチと深さを有するブレーズ型回折パターンが形
成される。

【００２２】図６（ａ）の工程において、再び図４
（ｃ）の工程と同様に基板１１上にレジスト膜１２を形
成する。続いて、図６（ｂ）の工程において基板１１を
露光装置に装着し、図４（ｄ）の工程と同様にアライメ
ントを行い、図４（ｄ）に示したレチクル１３の１／４
の周期のパターンを有するレチクル１５をマスクとし
て、レジスト膜１２を露光、現像して所望のレジスト膜
１２による矩形パターンを形成する。

【００２３】図６（ｃ）の工程において、図４（ｅ）の
工程と同様に該ブレーズ型回折パターンの斜面部の角度
を保持したまま該ブレーズ型回折パターンを所望の周期
と深さにドライエッチング加工を行った後に、レジスト
膜１２によるパターンを除去すると、図６（ｄ）に示す
ように、フッ化カルシウムから成る基板１１上に、図４
（ｂ）に示したブレーズ型回折パターンの１／８のパタ
ーンピッチと深さを有するブレーズ型回折パターンが形
成される。

【００２４】以上示した工程について、更に微細なパタ
ーンを有するレチクルを用いて、同様の工程を繰り返す
ことにより、更に微細なブレーズ型回折パターンを有す
るブレーズ型回折光学素子を製造することができる。

【００２５】［実施例３］実施例３として、実施例１と
同様な方法を用いて製造したブレーズ型回折光学素子基
板を型として、合成樹脂製のブレーズ型回折光学素子を
モールド形成する例について述べる。

【００２６】図７は、実施例３におけるブレーズ型回折
光学素子の製造方法の概略の断面図を示している。ま
ず、図７（ａ）に示すように、石英基板２１上にシリン
ジ２２から合成樹脂２３を滴下する。この合成樹脂２３
には反応硬化型樹脂であるアクリル系やエポキシ系等の
紫外線硬化型樹脂を使用するか、又は熱硬化型樹脂を使
用する。次に、図７（ｂ）に示すように実施例１と同様
な方法で製造したブレーズ型回折光学素子基板２４を合
成樹脂２３の上から押しつけ、図７（ｃ）に示すように
合成樹脂２３によるレプリカ２５を形成する。そして、
レプリカ２５を固化した後に、図７（ｄ）に示すように
ブレーズ型回折光学素子基板２４をレプリカ２５から剥
離すると、ブレーズ型回折光学素子が完成する。

【００２７】なお、ブレーズ型回折光学素子基板２４を
合成樹脂２３に押し付ける前に、必要に応じてブレーズ
型回折光学素子基板２４の表面に離型剤を塗布してもよ
い。また、紫外線硬化型樹脂を使用した場合には、ブレ
ーズ型回折光学素子基板２４側から紫外線を照射してレ
プリカ２５を固化させる。また、熱硬化型樹脂を使用し
た場合は、加熱処理によりレプリカ２５を固化させる。

【００２８】この実施例３では、実施例１と同様な方法
によりブレーズ型回折光学素子基板を製造しているの
で、短周期のブレーズ型回折パターンを有するブレーズ
型回折光学素子をモールド形成できる。

【００２９】［実施例４］実施例４として、実施例１と
同様な方法を用いて製造したブレーズ型回折光学素子
を、図８に示すようなＡｒＦやＦ₂等の紫外線を用いた
露光装置に適用した例について述べる。

【００３０】この露光装置は波長１９３ｎｍの照明系３
１によりレチクル３２を照射し、レチクル３２に描かれ
たパターンを結像光学系３３によりステージ３４上の半
導体基板３５に１／５の縮小倍率で、描画できるように
成っている。結像光学系３３には、色収差と非球面効果
を持たせる目的で、実施例１と同様な方法を用いて製造
したブレーズ型回折光学素子３６が組み込まれている。
なお、該ブレーズ型回折光学素子３６は、軸対称で輪帯
状のブレーズ型回折パターンを有し、基板中心部から周
辺部に向かって該輪帯状のブレーズ型回折パターンのピ
ッチが小さくなっている。

【００３１】なお、上述した本実施例において、レジス
ト膜によるパターン形成のための露光光は、紫外、遠紫
外等の光に限らず、電子ビーム、イオンビームやＸ線を
用いたり、又はその他の露光技術を使用してもよい。基
板材料について、石英以外にその他の酸化物を用いても
よく、またフッ化カルシウム以外にフッ化マグネシウム
等のその他のフッ化物を使用してもよく、またはその他
の材料を用いてもよい。また、基板の加工方法として、
切削加工や反応性イオンエッチング法やスパッタエッチ
ング法以外に、その他のエッチング法を用いてもよく、
また、イオンミリング法を用いてもよい

【００３２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、従来の切削技術のみを用いた方法では製造困難であ
った微細なパターンピッチ、例えば数μｍ以下のパター
ンピッチを有するブレーズ型回折パターンを容易にかつ
高精度に製造することが可能な回折光学素子の製造方
法、該回折光学素子の製造方法によって製造した回折光
学素子、および該回折光学素子を有する光学系、露光装
置、デバイス製造方法、デバイスを実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるブレーズ型回折光学
素子製造工程の説明図である。

【図２】本発明の実施例１におけるブレーズ型回折光学
素子製造工程の説明図である。

【図３】本発明の実施例１におけるブレーズ型回折光学
素子製造工程の説明図である。

【図４】本発明の実施例２におけるブレーズ型回折光学
素子製造工程の説明図である。

【図５】本発明の実施例２におけるブレーズ型回折光学
素子製造工程の説明図である。

【図６】本発明の実施例２におけるブレーズ型回折光学
素子製造工程の説明図である。

【図７】本発明の実施例３におけるブレーズ型回折光学
素子製造工程の説明図である。

【図８】本発明の実施例４における半導体露光装置の説
明図である。

【符号の説明】

１、２１：石英基板２、１２：レジスト膜３、４、５、１３、１４、１５、３２：レチクル１１：フッ化カルシウム基板２２：シリンジ２３：合成樹脂２４：ブレーズ型回折光学素子基板２５：レプリカ３１：照明系３３：結像光学系３４：ステージ３５：半導体基板３６：ブレーズ型回折光学素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に長周期のブレーズ型回折パターン
を形成する工程と、前記工程で形成されたブレーズ型回折パターンの斜面部
の角度を保持したまま、フォトリソグラフィを用いて該
ブレーズ型回折パターンを短周期のブレーズ型回折パタ
ーンに加工する工程と、を有することを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項２】前記長周期のブレーズ型回折パターンが、
切削加工を用いて形成されることを特徴とする請求項１
に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項３】前記短周期のブレーズ型回折パターンが、
該短周期のブレーズ型回折パターンの２のｎ乗倍の周期
と深さを有する前記長周期のブレーズ型回折パターンに
対してフォトリソグラフィをｎ回繰り返すことにより加
工されることを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の回折光学素子の製造方法。
【請求項４】前記基板上に長周期のブレーズ型回折パタ
ーンを形成する工程の前に、あらかじめフォトリソグラ
フィを用いて所望のアライメントマークを形成し、該ア
ライメントマークを基準にして前記長周期のブレーズ型
回折パターンを形成する工程と、前記短周期のブレーズ
型回折パターンに加工する工程とを行うことを特徴とす
る請求項１〜３のいずれか１項に記載の回折光学素子の
製造方法。
【請求項５】前記基板が石英であることを特徴とする請
求項１〜４のいずれか１項に記載の回折光学素子の製造
方法。
【請求項６】前記基板がフッ化カルシウム又はフッ化マ
グネシウムであることを特徴とする請求項１〜４のいず
れか１項に記載の回折光学素子の製造方法。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載の回折
光学素子の製造方法により製造されたブレーズ型回折光
学素子を成形型として用いて回折光学素子をモールド形
成することを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載の回折
光学素子の製造方法により製造されることを特徴とする
回折光学素子。
【請求項９】請求項８に記載の回折光学素子を有するこ
とを特徴とする光学系。
【請求項１０】請求項９に記載の光学系を有することを
特徴とする露光装置。
【請求項１１】請求項１０に記載の露光装置を用いてデ
バイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１２】請求項１１に記載のデバイス製造方法に
よって製造されたことを特徴とするデバイス。