JP2010102008A - Photomask and method for making sawtooth pattern - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回折格子に設けられる凹凸形状のレリーフを製造する方法と、その際に用いるフォトマスクに関し、さらに詳しくは、鋸歯型のレリーフを製造する方法とフォトマスクに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a relief having a concavo-convex shape provided in a diffraction grating, and a photomask used at that time, and more particularly to a method and a photomask for manufacturing a serrated relief.
入射した光を回折させる回折格子は、光ピックアップでレーザ光を分光するデバイスとして用いられるなど、様々な用途で広く用いられている。回折格子としては、直線状に矩形のレリーフを設けた回折格子や、屈折率を周期的に変調させた回折格子等が知られている。また、回折格子のレリーフやその原型は、電子線リソグラフィ、フォトリソグラフィ、機械的な削除加工等によって製造される。 A diffraction grating that diffracts incident light is widely used in various applications, such as being used as a device that splits laser light with an optical pickup. As a diffraction grating, a diffraction grating provided with a rectangular relief in a straight line, a diffraction grating whose refractive index is periodically modulated, and the like are known. In addition, the relief of the diffraction grating and its prototype are manufactured by electron beam lithography, photolithography, mechanical deletion processing, and the like.
上述のような回折格子に光を入射させると、0次回折光を中心として対称な方向にそれぞれ±1次の回折光が生じる。ところが、回折格子の用途によっては、−1次回折光等は利用せずに、+1次回折光だけを利用する場合がある。こうした場合には、複数次の回折光のうち−1次回折光の回折効率はできるだけ小さくし、+1次回折光の回折効率をできるだけ高めることが求められる。 When light is incident on the diffraction grating as described above, ± 1st-order diffracted light is generated in symmetrical directions around the 0th-order diffracted light. However, depending on the use of the diffraction grating, only the + 1st order diffracted light may be used without using the -1st order diffracted light. In such a case, it is required to reduce the diffraction efficiency of the −1st order diffracted light as much as possible and to increase the diffraction efficiency of the + 1st order diffracted light as much as possible.
このような要望を満たす回折格子として、鋸歯型回折格子が知られている。鋸歯型回折格子は、鋸歯のように断面が直角三角形状(いわゆるブレーズ形状)のレリーフが配列された回折格子であり、0次回折光を含めた他の回折光と比較して、+1次回折光の回折効率を大きく向上させることが知られている。 A saw-tooth type diffraction grating is known as a diffraction grating satisfying such a demand. A sawtooth diffraction grating is a diffraction grating in which reliefs having a right triangle shape (so-called blazed shape) are arranged like a sawtooth. Compared with other diffracted light including zeroth order diffracted light, + 1st order diffracted light It is known to greatly improve the diffraction efficiency.
このような、レリーフがブレーズ形状の鋸歯型回折格子を製造する方法としては、基板や金型を機械的に削除加工する方法や、パターニングされたレジストをマスクとして、イオンビームにより斜めエッチングする方法(特許文献1)等が知られている。 As a method for manufacturing such a blazed sawtooth diffraction grating, a method of mechanically removing a substrate or a mold, or a method of performing oblique etching with an ion beam using a patterned resist as a mask ( Patent Document 1) and the like are known.
また、鋸歯型回折格子のレリーフは、断面が厳密なブレーズ形状であるときに、+1次回折光の回折光率が100%になるが、電子線リソグラフィやフォトリソグラフィによって、斜面を含むようなレリーフを製造することは難しい。このため、鋸歯型回折格子や鋸歯型回折格子の原型を、フォトリソグラフィ等によって製造する場合、レリーフの実際の形状は、階段状に順に高さが増す形状(いわゆる多段バイナリ形状)に製造される。また、多段バイナリ形状のレリーフは段数が多いほどブレーズ形状に近づくため、多段バイナリ形状のレリーフによる+1次回折光の回折効率も、段数が多いほどブレーズ形状のレリーフによる回折効率に近づくことが知られている。 In addition, the relief of the sawtooth diffraction grating has a diffracted light rate of + 1st order diffracted light of 100% when the cross section has a strict blaze shape. However, a relief that includes an inclined surface can be obtained by electron beam lithography or photolithography. It is difficult to manufacture. For this reason, when the sawtooth diffraction grating or the prototype of the sawtooth diffraction grating is manufactured by photolithography or the like, the actual shape of the relief is manufactured in a shape that increases in height in a stepped manner (so-called multistage binary shape). . In addition, since the number of steps in a multi-stage binary relief is closer to the blazed shape, the diffraction efficiency of the + 1st order diffracted light due to the multi-stage binary relief is closer to the diffraction efficiency due to the blazed relief. Yes.
このように、レリーフが多段バイナリ形状の鋸歯型回折格子を製造する方法としては、複数枚のフォトマスクを用いて、段毎にパターニングする方法(非特許文献1)や、ドーズを変化させながら電子線リソグラフィを行う方法(特許文献2)、場所によって透過率が変調されたフォトマスク(以下、透過率変調型フォトマスクという)を用いる方法(特許文献3,4)等が知られている。 As described above, as a method of manufacturing a sawtooth diffraction grating having a multi-stage binary relief, a method of patterning for each stage using a plurality of photomasks (Non-patent Document 1), an electron while changing the dose, and so on. A method of performing line lithography (Patent Document 2), a method of using a photomask whose transmittance is modulated depending on a location (hereinafter referred to as a transmittance modulation type photomask) (Patent Documents 3 and 4), and the like are known.
ところで、フォトマスクには、光の偏光状態を積極的に利用するようにしたフォトマスクが知られている。例えば、隣接する露光領域で位相を90度シフトさせることで、露光パターンのコントラストを向上させた位相シフト型のフォトマスクが知られている。このような偏光を利用するフォトマスクでは、特定の偏光状態の光を利用して露光するので、光の利用効率が低下してしまう。このため、偏光を利用するフォトマスクで光の利用効率を向上させるために、複数種類の誘電体を2次元(3次元)の格子状に組み合わせたいわゆるフォトニック結晶を、隣接する領域で格子の方向が90度異なるように用いることが提案されている(特許文献5)。
レリーフがブレーズ形状の鋸歯型回折格子は、前述のように、基板や金型を機械的に削除加工して製造することができるが、精密な削除加工の精度が要求されるために高価である。また、レジストパターンをマスクとした斜めエッチングでは、ブレーズ形状のレリーフの傾斜方向が一方向に限られてしまい、格子が直線的な鋸歯型回折格子しか製造することができない。 As described above, a blazed relief sawtooth diffraction grating can be manufactured by mechanically removing a substrate or a mold, but is expensive because it requires precise precision of the removal. . Further, in the oblique etching using the resist pattern as a mask, the inclination direction of the blaze-shaped relief is limited to one direction, and only a sawtooth diffraction grating having a linear grating can be manufactured.
一方、鋸歯型回折格子のレリーフを多段バイナリ形状に製造するときに、複数枚のフォトマスクを用いて段毎にパターニングすると、+1次回折光の回折効率を高めるほどにパターニングの工程が増えてしまうので、製造工程が煩雑になる。同時に、各パターニング工程で、精度良くフォトマスクを位置合わせしなければならないので非常に手間がかかる。 On the other hand, when manufacturing a relief of a sawtooth diffraction grating into a multi-stage binary shape, if patterning is performed for each stage using a plurality of photomasks, the patterning process increases as the diffraction efficiency of + 1st order diffracted light increases. The manufacturing process becomes complicated. At the same time, the photomask must be aligned with high precision in each patterning step, which is very laborious.
また、電子線リソグラフィによれば、一度のリソグラフィで多段バイナリ形状のレリーフを製造することができるが、電子線リソグラフィ自体が高価な手法であるため、これにより製造した鋸歯型回折格子もまた高価なものとなってしまう。 Further, according to electron beam lithography, a relief having a multi-stage binary shape can be manufactured by one lithography. However, since the electron beam lithography itself is an expensive technique, the sawtooth diffraction grating manufactured thereby is also expensive. It becomes a thing.
同様に、透過率変調型フォトマスクによれば、一度のリソグラフィで、多段バイナリ形状のレリーフを製造することができるが、透過率変調型のフォトマスクでは、100μm程度よりも細かいピッチのレリーフを製造することは難しい。このため、透過率変調型フォトマスクによって製造した鋸歯型回折格子は、回折光の分離角が小さく、大きな分離角が要求される小型装置の光学系にこれを用いることは難しい。 Similarly, according to the transmittance modulation type photomask, a relief having a multi-stage binary shape can be manufactured by one lithography, but with a transmittance modulation type photomask, a relief having a pitch finer than about 100 μm is manufactured. Difficult to do. For this reason, the sawtooth diffraction grating manufactured by the transmittance modulation type photomask has a small separation angle of the diffracted light, and it is difficult to use this for an optical system of a small apparatus that requires a large separation angle.
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、鋸歯型回折格子のレリーフパターンを、安価かつ容易に製造することができるフォトマスクと、これを用いた鋸歯型回折格子のレリーフパターンの製造方法を提供することを目的とする。また、回折光の分離角が大きく、小型装置の光学系に好適な鋸歯型回折格子のレリーフパターンをも、安価かつ容易に製造することができるフォトマスクと、これを用いた鋸歯型レリーフのパターンの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. A relief pattern for a sawtooth diffraction grating, a photomask that can be manufactured inexpensively and easily, and a relief pattern for a sawtooth diffraction grating using the photomask. An object is to provide a manufacturing method. In addition, a relief pattern of a sawtooth diffraction grating having a large separation angle of diffracted light and suitable for an optical system of a small device, a photomask that can be manufactured inexpensively and easily, and a sawtooth relief pattern using the photomask It aims at providing the manufacturing method of.
本発明のフォトマスクは、格子方向に平行な方向に電場が振動する直線偏光を透過し、前記格子方向に垂直な方向に電場が振動する直線偏光を反射する選択的偏光透過手段からなる小領域を、前記格子方向が一定の向きに順に傾斜するように複数隣接して備えることを特徴とする。 The photomask of the present invention is a small area comprising selective polarized light transmitting means that transmits linearly polarized light whose electric field vibrates in a direction parallel to the grating direction and reflects linearly polarized light whose electric field vibrates in a direction perpendicular to the grating direction. Are provided adjacent to each other so that the lattice direction is sequentially inclined in a fixed direction.
また、所定数の前記小領域を一組とした大領域を、複数隣接して備えることを特徴とする。 In addition, a plurality of large areas each having a predetermined number of small areas as a set are provided adjacent to each other.
また、前記小領域は、前記大領域内で、前記格子方向が90度変化するように配列されていることを特徴とする。 The small regions are arranged so that the lattice direction changes by 90 degrees within the large region.
また、前記選択的偏光透過手段は、屈折率の異なる誘電体が交互に複数積層された構造を有しているとともに、透過させる前記直線偏光の波長よりも短いピッチの凹凸構造を有していることを特徴とする。 Further, the selective polarized light transmitting means has a structure in which a plurality of dielectrics having different refractive indexes are alternately laminated, and has an uneven structure with a pitch shorter than the wavelength of the linearly polarized light to be transmitted. It is characterized by that.
また、本発明の鋸歯型パターン製造方法は、鋸歯型パターンをパターニングする基材にレジストを一様に塗布するレジスト塗布ステップと、前記レジストに密着して請求項1ないし4いずれかに記載のフォトマスクを配置し、直線偏光により前記フォトマスクを介して前記レジストを感光させて現像することにより、前記レジストを鋸歯型にパターニングするレジストパターニングステップと、パターニングされた前記レジストの上から前記基材をエッチングして、前記レジストのパターンに応じた鋸歯型の形状に前記基材の表面をパターニングするエッチングステップと、を備えることを特徴とする。
The method according to any one of
また、前記レジストパターニングステップで前記レジストを感光させるために用いる直線偏光の電場が振動する方向は、複数隣接して設けられた前記小領域のうち、いずれかの前記小領域の前記格子方向に平行であることを特徴とする。 The direction in which the linearly polarized electric field used for exposing the resist in the resist patterning step oscillates is parallel to the lattice direction of any one of the small regions provided adjacent to each other. It is characterized by being.
本発明の金型は、上述の鋸歯型パターン製造方法により成形面に鋸歯型パターンが形成されたことを特徴とする。 The mold of the present invention is characterized in that a sawtooth pattern is formed on the molding surface by the above-described sawtooth pattern manufacturing method.
本発明の鋸歯型回折格子は、上述の金型で成形され、前記成形面の鋸歯型パターンの凹凸を反転した鋸歯型のレリーフを有することを特徴とする。 The sawtooth diffraction grating of the present invention is characterized in that it has a sawtooth relief formed by the above-described mold and having the unevenness of the sawtooth pattern on the molding surface inverted.
また、上述の鋸歯型パターン製造方法により鋸歯型のレリーフが形成されたことを特徴とする。 In addition, a sawtooth-type relief is formed by the above-described sawtooth-type pattern manufacturing method.
本発明によれば、鋸歯型パターンを安価かつ容易に製造することができる。 According to the present invention, a sawtooth pattern can be manufactured inexpensively and easily.
また、本発明によれば、分離角が大きく、小型装置の光学系に好適な鋸歯型回折格子のレリーフパターンをも、安価かつ容易に製造することができる。 In addition, according to the present invention, a relief pattern of a sawtooth diffraction grating having a large separation angle and suitable for an optical system of a small apparatus can be manufactured inexpensively and easily.
図1(A)に示すように、鋸歯型回折格子10は、波長405nmの入射光11を透過するときに回折する透過型の回折格子であり、屈折率nが1.5の透明な材料からなる。この鋸歯型回折格子10には、波長405nmの入射光11が入射する側の表面にレリーフ12が設けられている。レリーフ12は、入射光11を回折する凹凸構造であり、横方向(図1の断面に沿った方向)に同じ形状の凹凸が複数繰り返された構造になっているとともに、縦方向(断面に垂直な方向)には直線状の構造となっている。また、レリーフ12の断面はいわゆる鋸歯型であり、各凹凸構造の断面は略直角三角形で、これらの斜面は一定の方向に向くように設けられている。
As shown in FIG. 1A, the sawtooth diffraction grating 10 is a transmission diffraction grating that diffracts when transmitting
入射光11は、鋸歯型回折格子10によって、0次回折光16、+1次回折光17、−1次回折光18、さらに図示しない高次の回折光に回折される。このとき、前述のようにレリーフ12が鋸歯状となっているので、+1次回折光17の回折効率は、他の回折光の回折効率よりも大きい。
The
また、図1(B)に示すように、レリーフ12は、完全な直角三角形のブレーズ形状となっているわけではなく、8段の階段構造で近似的にブレーズ形状としたいわゆるバイナリ形状となっている。レリーフ12の高さHは0.71μm、ピッチPは8μmとなっている。また、レリーフ12の各段の幅wは均等であり、いずれも1μmの幅となっている。
In addition, as shown in FIG. 1B, the
なお、多段バイナリ形状のレリーフは、各段の幅が等間隔に設けられているときに、+1次回折光の回折光率が最大となる高さHは、入射光11の波長λ、段数m、鋸歯型回折格子10の屈折率nを用いて、H={(m−1)λ}/{m(n−1)}で表される。また、レリーフの高さHがこの関係式を満たす場合に、+1次回折光の最大の回折効率は、sinc2(π/m)で表される。これらのことから、波長405nmの入射光11に対して+1次回折光17の回折効率が最大(95%)となるように、前述のレリーフ12の寸法が定められている。
Note that the multistage binary relief has a height H at which the diffracted light rate of the + 1st order diffracted light is maximized when the widths of the steps are provided at equal intervals, the wavelength λ of the
鋸歯型回折格子10は、図2(A)に示すように、金型21で成形して製造される。金型21は、硬質の金属材料からなり、上型22aと下型22bとから構成される。上型22aの成形面23aは平坦に構成され、下型22bの成形面23bにはレリーフ12と勘合するレリーフパターン26(鋸歯型パターン)が設けられている。また、図2(B)に示すように、レリーフパターン26はレリーフ12と勘合する鋸歯状の凹凸構造となっている。このため、レリーフパターン26は、多段バイナリ形状の鋸歯型凹凸構造となっており、その深さHは0.71μm、ピッチPは8μm、各段の幅wはいずれも1μmとなっている。
The
レリーフパターン26は、波長365nmの直線偏光を用いて、フォトリソグラフィによって設けられる。このときに用いられるフォトマスク27には、図3に示すように、レリーフパターン26に対応するマスクパターン28が設けられている。マスクパターン28は、複数のストライプ状の大領域29から構成され、これらの各大領域29の幅は何れも等しく、レリーフパターン26(及びレリーフ12)のピッチPに等しい。
The
また、マスクパターン28は、複数の屈折率の異なる誘電体を積層したいわゆるフォトニック結晶31(選択的偏光透過手段)からなる。マスクパターン28を構成するフォトニック結晶31は、図4に示すように、透明なガラス基板上に、高屈折率の誘電体層32aと低屈折率の誘電体層32bが交互に複数積層された構造となっている。
The mask pattern 28 includes a so-called photonic crystal 31 (selective polarized light transmitting means) in which a plurality of dielectrics having different refractive indexes are stacked. As shown in FIG. 4, the
誘電体層32aはイオンプレーティングによって成膜された五酸化タンタル(Ta2O5)からなり、誘電体層32bは酸化シリコン(SiO2)からなる。また、各誘電体層32aの厚さは70nmであり、各誘電体層32bの厚さは97nmとなっている。また、フォトニック結晶31では、誘電体層32a,32bがそれぞれ10層ずつ、合計で20層積層されており、フォトニック結晶31の誘電堆積層構造全体の厚さは1670nmとなっている。
The
さらに、フォトニック結晶31は、一定の方向(x方向)に一定のピッチLxで三角状の凹凸が繰り返された構造となっている。ピッチLxは180nmであり、金型21にレリーフパターン26を設けるフォトリソグラフィで用いられる光の波長(365nm)よりも短く、概ね半分程度のピッチとなっている。一方、この凹凸構造は、x方向に垂直な方向(y方向)には直線状に一様に続いている。このため、フォトニック結晶31は、y方向に平行で、x方向に三角状の凹凸が繰り返された格子となっている。以下では、凹凸構造に沿った稜線の方向(y方向)を格子方向33という。
Furthermore, the
フォトニック結晶31は、上述のように構成されていることにより、格子方向33に電場が振動する直線偏光36(いわゆるTE偏光)を略100%反射する。一方、格子方向33に垂直な方向(x方向)に電場が振動する直線偏光37(いわゆるTE偏光)を略100%透過する。また、フォトニック結晶31に入射する偏光が、直線偏光でない場合や、電場の振動方向(以下、偏光方向という)が格子方向33に垂直,平行でない場合には、フォトニック結晶31は、格子方向33に平行なTE偏光成分を反射し、格子方向33に垂直なTM偏光成分を透過する。
Since the
なお、フォトニック結晶31は、いわゆる自己クローニング法によって好適に作製される。このため、フォトニック結晶31は、矩形状の凹凸構造がピッチPで繰り返された基板上に、誘電体層32a,32bを積層することにより、上述のような三角状の凹凸構造が略自動的に形成される。
The
前述のようにマスクパターン28はフォトニック結晶31からなるが、マスクパターン28の全体が一様な格子方向33のフォトニック結晶31から構成されているのではなく、マスクパターン28内では、各大領域29内で格子方向33が順に変化するようにフォトニック結晶31が配列されている。このため、図5に示すように、マスクパターン28の各大領域29は、8個の小領域41a〜41hから構成される。これらの小領域41a〜41hの幅wは、いずれも同じ幅に設けられており、レリーフパターン26の各段の幅wと等しい。
As described above, the mask pattern 28 is composed of the
小領域41aは、大領域29内で一端(左端)に位置し、格子方向33が大領域29の長手方向に略垂直なフォトニック結晶31からなる。この小領域41aは、レリーフパターン26の鋸歯状凹凸構造の最も高い段43aに対応する。一方、小領域41hは、大領域29内の他端(右端)に位置し、格子方向33が大領域29の長手方向に略平行なフォトニック結晶31からなる。この小領域41hは、レリーフパターン26の鋸歯状凹凸構造の最も低い段43hに対応する。
The
小領域41b〜41gは、小領域41aと小領域41hの間に位置し、これらの小領域41b〜41gの格子方向33は、小領域41aから小領域41hにかけて、小領域41bから順に傾斜している。例えば小領域41bは、小領域41aに隣接したエリアであり、小領域41bを構成するフォトニック結晶31は、格子方向33が、小領域41aの格子方向33よりも小領域41h側に下るように傾斜している。同様に、小領域41c〜41gを構成するフォトニック結晶31は、小領域41a側から小領域41h側にかけて、格子方向33が順に傾斜したものとなっている。また、小領域41b〜41gは、レリーフパターン26の各段43b〜43gにそれぞれ対応する。なお、マスクパターン28では、他の大領域29についても同様に小領域41a〜41hで構成される。
The
大領域29は上述のように格子方向33が順に変化した小領域41a〜41hから構成されており、また、前述のようにフォトニック結晶31を透過(反射)する偏光方向は格子方向33に依存する。このため、フォトマスク27に光を入射させると、各小領域41a〜41hで透過率が各々異なる。
The
各小領域41a〜41hを透過する光の偏光方向42(以下、透過方向という)は、図6に示すように、各小領域41a〜41hの格子方向33に対して垂直な方向になる。各小領域41a〜41h内では、格子方向33は直線状でそれぞれ一定の方向となっているので、各小領域41a〜41hの透過方向42もまた各小領域41a〜41h内で直線状でそれぞれ一定の方向となっている。小領域41aでは、透過方向42が大領域29の長手方向に略平行な方向となり、小領域41hでは透過方向42が大領域29の長手方向に垂直な方向となる。また、小領域41b〜41gについても同様に、透過方向42は格子方向33に垂直な方向となる。このため、大領域29内では、透過方向42が小領域41aから小領域41hにかけて順に傾斜しており、大領域29内での透過方向42の変化は略90度となっている。
As shown in FIG. 6, the polarization direction 42 (hereinafter referred to as the transmission direction) of light transmitted through each of the
このように、小領域41a〜41h毎に透過方向42が異なるので、フォトマスク27に偏光を入射させると、各小領域41a〜41hで透過率が異なる。例えば、偏光方向が大領域29の長手方向に垂直な方向となっている直線偏光をフォトマスク27に入射させると、図7に示すように、各小領域41a〜41hで透過率が異なる。小領域41aでは、格子方向33が入射する光の偏光方向に対して平行になっているので、透過方向42は偏光方向に対して垂直となっている。このため、小領域41aの透過率は略0%となっている。また、小領域41hでは、格子方向33が偏光方向に対して垂直になっているので、透過方向42は偏光方向に対して平行となっている。このため、小領域41hの透過率は略100%となっている。さらに、小領域41b〜41gでは、格子方向33が偏光方向に対して傾斜した方向になっているので、透過方向42もまた偏光方向に対して傾斜した方向となっている。このため、小領域41b〜41gの透過率は、格子方向33の傾斜角度に応じた透過率となり、格子方向33の傾斜角度が大きいほど透過率が大きくなる。
As described above, since the transmission direction 42 is different for each of the
以下では、上述のように構成されるフォトマスク27を用いて、金型21にレリーフパターン26を設ける手順を説明する。まず、図8(A)に示すように、下型母材51の平坦な表面52にレジスト53を塗布する(レジスト塗布ステップ)。このとき、レジスト53の厚みは、所定の膜厚T1となるように、一様に塗布する。また、所定の膜厚T1は、露光量、下型母材51とレジスト53のエッチングレートの比率、レリーフパターン26の深さH(レリーフ12の高さH)等を考慮して定められる。
Hereinafter, a procedure for providing the
次に、図8(A),(B)に示すように、レジスト53の上にフォトマスク27を密着して配置し、フォトマスク27を通して露光し、現像する(レジストパターニングステップ)。このとき露光に用いる光56(以下、リソグラフィ光という)は、波長365nmの直線偏光であり、図示しない偏光フィルタ等を透過することにより、偏光方向が大領域29の長手方向に対して垂直方向になるように調節される。
Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, a photomask 27 is placed in close contact with the resist 53, exposed through the photomask 27, and developed (resist patterning step).
こうしてリソグラフィ光56をフォトマスク27に通してレジスト53を露光すると、フォトマスク27を透過するリソグラフィ光56の光量は小領域41a〜41h毎に異なる。このため、レジスト53の実際の露光量は、小領域41a〜41hに対応する部分57a〜57h毎に異なる。このため、露光されたレジスト53を現像すると、図8(B)に示すように、部分57a〜57h毎に、実際の露光量に応じた膜厚でレジスト53が残存し、レリーフパターン26やレリーフ12と同様の鋸歯型凹凸状のレジストパターン58が形成される。
Thus, when the
小領域41aの透過方向42とリソグラフィ光56の偏光方向とが略平行となっているので、リソグラフィ光56は小領域41aを殆ど透過しない。このため、小領域41aの直下に位置する部分57aは殆ど露光されず、塗布したレジスト53の膜厚T1と略同じ高さT2のレジスト53が残存する。一方、小領域41hの透過方向42とリソグラフィ光56の偏光方向は略垂直となっているので、リソグラフィ光56は小領域41hを略全て透過する。このため、小領域41hの直下に位置する部分57hは、略全てが現像液に溶解し、現像後には下型母材51の表面52が露呈される。
Since the transmission direction 42 of the
また、小領域41b〜41gの格子方向33及び透過方向42は、リソグラフィ光56の偏光方向に対して傾斜しているので、リソグラフィ光56は小領域41b〜41gを一部透過する。このとき、小領域41b〜41gを透過するリソグラフィ光56の光量は、リソグラフィ光56の偏光方向に対して小領域41b〜41gの各々の格子方向33が傾斜した角度に応じた光量となっている。このため、小領域41b〜41gに対応した部分57b〜57gは、小領域41b〜41gを実際に透過したリソグラフィ光56の光量に応じた深さまで、レジスト53のフォトマスク27側の一部が溶解し、下型22b側の一部が下型母材51の表面52に残存する。
Further, since the lattice direction 33 and the transmission direction 42 of the
このように、現像後のレジスト53は、各小領域41a〜41hにおけるリソグラフィ光56の透過率に応じて、残存する膜厚がそれぞれ異なる。このため、現像後のレジスト53は、部分57a〜57hにかけて残存する膜厚が段階的に減少した多段バイナリ形状のパターンを形成する。また、マスクパターン28は、小領域41a〜41hからなる大領域29が複数配列されているため、現像後のレジスト53も同様に、上述の多段バイナリ形状のパターンが複数配列された鋸歯型のレジストパターン58となる。
As described above, the developed resist 53 has different remaining film thicknesses depending on the transmittance of the
なお、ここでパターニングされたレジストパターン58は、レリーフパターン26やレリーフ12と同様に、鋸歯型のパターンとなっているが、その高さT2は下型母材51に塗布したレジスト53の膜厚T1と略等しくなっている。下型母材51の塗布するレジスト53の膜厚T1は、前述のように、下型母材51とレジスト53とのエッチングレート等に応じて定められたものであり、レジスト53のエッチングレートが下型母材51のエッチングレートよりも大きい場合には、このエッチングレートの比率に応じて、パターニングされたレジストパターン58の高さT2がレリーフパターン26の高さHよりも大きくなるように、レジスト53の膜厚T1が定められる。このため、レジストパターン58は、鋸歯型のパターンとなっているが、レリーフパターン26やレリーフ12の形状とは一致しない。以下では、レジストパターン58と下型母材51のエッチングレートは、レジストパターン58が高さT2の分だけエッチングされるのに要する時間と、下型母材51が深さHの分だけエッチングされるのに要する時間が等しいものとする。
The resist pattern 58 patterned here is a saw-tooth pattern like the
こうしてレジストパターン58が下型母材51にパターニングされると、レジストパターン58の上から下型母材51がエッチングされ、レジストパターン58の形状に応じた鋸歯型のパターンが下型母材51の表面52にパターニングされる(エッチングステップ)。
When the resist pattern 58 is thus patterned on the lower
ここで行うエッチングは、いわゆるイオンミリングであり、レジストパターン58の上から、アルゴンイオンを照射して、レジストパターン58と下型母材51とをともに削除加工する。このとき、レジストパターン58に覆われた部分では、レジストパターン58の厚みに応じて下型母材51の削除加工が開始される時期にズレが生じ、レジストパターン58の厚みが厚い部分ほど下型母材51が削除加工され始まる時期が遅くなる。レジストパターン58の最も低い部分57h(下型母材51の表面52が露呈された部分)が深さHの分だけエッチングされる時間のエッチングを行うと、図8(C)に示すように、レジストパターン58の部分57aの直下の下型母材51の部分59aはエッチングされない。また、レジストパターン58の各部分57b〜57gに対応する下型母材51の部分59b〜59gでは、レジストパターン58の各部分57b〜57gの各々の厚さに応じて、レジストパターン58の厚さが厚いほどにエッチングされる深さが減少する。これにより、下型母材51の表面52には、レジストパターン58の形状に応じて、多段バイナリ形状の鋸歯型パターン(レリーフパターン26)が下型母材51に形成される。
The etching performed here is so-called ion milling, and the resist pattern 58 and the
こうしてレリーフパターン26が形成された下型22bは、前述(図2参照)のように、上型22aとともに鋸歯型回折格子10の材料を成形し、鋸歯型回折格子10の製造に利用される。
As described above (see FIG. 2), the
上述のように、フォトマスク27は偏光の透過方向が順に変化した大領域29を備えているので、フォトマスク27に直線偏光のリソグラフィ光56を入射させることにより、安価かつ容易に鋸歯型のレリーフパターンを形成することができる。
As described above, the photomask 27 includes the
また、フォトマスク27は、大領域29内での偏光の透過方向42を、フォトニック結晶31の格子方向33を順に変化させることによって実現しているから、ピッチPが100μmオーダーよりも短いピッチの鋸歯型パターンを容易にパターニングすることができる。
Further, since the photomask 27 realizes the transmission direction 42 of polarized light in the
なお、上述の実施形態で、レジストパターン58の高さは、下型母材51が深さHだけエッチングされたときに、丁度良くエッチングされてなくなる高さT2としたが、このようなレジスト53の膜厚や、露光,現像条件は、レジスト53と下型母材51のエッチングレートの比率、露光量、レジスト53の種類、現像時間等から予め定めることができる。例えば、レジスト53として、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製HPR−204を用いる場合、下型母材51に塗布するレジスト53の膜厚(初期膜厚)を2.4μmとし、波長365nmのリソグラフィ光56で21mj/cm2の露光量で露光すると、現像時間と、未露光部分の残りの厚さ及び露光部分の残りの厚さとの関係は、図9に示すようになる。
In the above-described embodiment, the height of the resist pattern 58 is set to a height T2 that is not etched well when the lower
一方、前述の関係式から、鋸歯型回折格子10の材料の屈折率nが1.5の場合に、405nmの光に対して8段の多段バイナリ形状の鋸歯型パターンで、略最大の回折効率を実現するためには、レリーフ12の高さHが710nm程度であれば良いことがわかる。これにより、下型母材51にレジスト53と下型母材51のエッチングレートの比率が2:1となる材料を用いるものとすると、現像後のレジストパターン58の高さT2は、露光部分と未露光部分との差が1.4μm必要であることがわかる。このため、下型母材51に塗布するレジスト53の膜厚T1を2.4μmとし、波長365nmのリソグラフィ光56で21mj/cm2の露光量で露光するときには、図9のグラフから、路光部分と未露光部分との差が1.4μmとなるように、現像時間を45秒とすれば良いことがわかる。
On the other hand, from the above relational expression, when the refractive index n of the material of the
なお、上述の実施形態では、鋸歯型回折格子10のレリーフ12は、入射光11が入射する側の表面に設けられているが、これに限らず、出射する側の表面にレリーフ12が設けられていても良い。
In the above-described embodiment, the
なお、上述の実施形態では、レリーフ12及びレリーフパターン26が8段の多段バイナリ形状の鋸歯型パターンとなっている例を説明したが、これに限らず、レリーフ12及びレリーフパターン26は、所望の回折効率に応じて任意の段数として良い。
In the above-described embodiment, the example in which the
なお、上述の実施形態では、鋸歯型パターンとして、金型21(下型22b)にレリーフパターン26を設け、この金型21を用いて鋸歯型回折格子10を製造する例を説明したが、鋸歯型回折格子10の材料を板状に形成し、ここにフォトマスク27を用いてレリーフ12を直接パターニングしても良い。
In the above-described embodiment, the example in which the
なお、上述の実施形態では、下型母材51をエッチングするときに、イオンミリングによってエッチングするが、これに限らず、反応性イオンエッチングやウェットエッチングであっても良い。
In the above-described embodiment, when the lower
なお、上述の実施形態では、フォトマスク27の大領域29は小領域41a〜41hで構成され、小領域41a〜41hは何れも同じ幅wとする例を説明したが、レジストパターン58が多段バイナリ状の鋸歯型パターンとなれば良く、小領域41a〜41h毎に幅wを変えても良い。
In the above-described embodiment, the
なお、上述の実施形態では、鋸歯型の凹凸構造が一方向に配列された鋸歯型回折格子10を例に説明したが、これに限らず、他の形状の回折格子や、ホログラム格子、回折レンズ等にも本発明を好適に適用することができる。また、上述の実施形態では、平面上にレリーフ12を設けた鋸歯型回折格子10を例に説明したが、これに限らず、レンズ面等にレリーフ12を設ける場合にも、本発明を好適に用いることができる。
In the above-described embodiment, the
例えば、レリーフを同心円状に設ける場合には、図10(A)に示すフォトマスク71を用いる。フォトマスク71は、複数の円環状の大領域73が設けられたマスクパターン72を備え、各大領域73は、8段階に同心円状で同じ幅の小領域74から構成される。これらの小領域74は、上述の実施形態と同様に、各々に格子方向が異なるフォトニック結晶31からなり、各小領域74の格子方向は各小領域74で一定方向となっている。さらに、各小領域74の格子方向は、大領域73内で円の中心から外側にかけて、順に格子方向が傾斜するように配列されている。
For example, when the reliefs are provided concentrically, a photomask 71 shown in FIG. 10A is used. The photomask 71 includes a mask pattern 72 provided with a plurality of annular large regions 73, and each large region 73 is composed of small regions 74 that are concentric and have the same width in eight stages. These small regions 74 are made of the
このように構成されるフォトマスク71を用いて、下型母材51に鋸歯型パターンをパターニングすると、図10(C)に示すように、下型76には同心円状に鋸歯型のレリーフパターン77が形成される。このとき、レリーフパターン77の鋸歯形状は、中心から外側に向けて斜面が下がる形状となっている。このため、下型76を用いて鋸歯型回折格子78を成形すると、図10(B)に示すように、鋸歯型回折格子78には鋸歯型のレリーフ79が同心円状に設けられるとともに、各鋸歯の斜面は中心から外側に向けて上がる形状となる。
When a sawtooth pattern is patterned on the
このように、フォトニック結晶31の配列を変化させることで、鋸歯型回折格子10の格子形状を所望の形状に設けることができる。また、このように、フォトニック結晶31の配列を変えることで、鋸歯型パターンを、任意の位置で任意の向きに任意のピッチで設けることができる。
In this way, by changing the arrangement of the
なお、上述の実施形態では、波長405nmの光に対して機能する鋸歯型回折格子10を例に説明したが、これに限らず、他の波長に対して機能する鋸歯型回折格子にも本発明を好適に適用することができる。このとき、より精度良くレリーフパターン26を形成するためには、上述の実施形態のように、成形された鋸歯型回折格子に使用する波長よりも短い波長の光をリソグラフィ光56とすることが好ましい。
In the above-described embodiment, the
なお、上述の実施形態では、フォトリソグラフィによってレリーフパターン26を形成するときに、偏光方向が小領域41aの格子方向に一致した直線偏光のリソグラフィ光56を用いるが、これに限らず、他の小領域の格子方向に一致した直線偏光をリソグラフィ光56として用いても良い。また、小領域41a〜41h毎の格子方向の相違によって透過率に差が生じれば良く、楕円偏光等をリソグラフィ光56として用いても良い。
In the above-described embodiment, when the
なお、上述の実施形態では、フォトマスク27に用いるフォトニック結晶31として、五酸化タンタルと酸化シリコンを交互に積層した物を例に説明したが、交互に積層する誘電体層の材料はこれらの組み合わせに限らない。屈折率の異なる誘電体を交互に積層し、上述のフォトニック結晶31の構造となり、透過する偏光方向が格子方向にしたがって選択的になりさえすれば、各誘電体層の材料は任意に選択することができる。
In the above-described embodiment, the
なお、上述の実施形態では、下型22bに鋸歯型のレリーフパターン26をパターニングし、これを用いて鋸歯型回折格子10(レリーフ12)を製造する例を説明したが、これに限らず、上述の実施形態と同様にして、小領域41や大領域29の配置や配列を変えることで、所望の鋸歯型レリーフパターン及び鋸歯型レリーフを好適にパターニングすることができる。例えば、フォトマスク内の位置によってレリーフの向きやピッチ等が異なるようなより複雑な鋸歯型回折格子等の製造も、上述の実施形態と同様にして容易に製造することができる。
In the above-described embodiment, an example in which the
なお、上述の実施形態では、格子方向33は、小領域41a〜41h内で各々直線的になるように構成されているが、これに限らず、格子方向33が小領域41a〜41h内で曲線的に設けられていても良い。例えば、大領域29内での格子方向33の変化率に応じた曲率で、小領域41a〜41h内においても順に格子方向33が変化するようにしても良い。また、上述の実施形態のように大領域29内を小領域41a〜41hに区分けすることなく、大領域29を、上述の実施形態と同様の変化率で格子方向33が曲線的に変化した1つのフォトニック結晶で構成しても良い。こうした、格子方向33が曲線的に変化したフォトニック結晶は、上述の実施形態と同様、自己クローニング法で容易に製造される。自己クローニング法では、格子方向33の元となる凹凸構造を有する基板に誘電体を積層することで、フォトニック結晶31が形成されるので、例えば、小領域内で曲線的に変化する凹凸構造を有する基板上に誘電体を積層することで、格子方向が小領域41a〜41h内で曲線的に変化するフォトニック結晶を形成することができる。
In the above-described embodiment, the lattice direction 33 is configured to be linear in each of the
10,78 鋸歯型回折格子
11 入射光
12,79 レリーフ
16 0次回折光
17 +1次回折光
18 −1次回折光
21 金型
22a 上型
22b,76 下型
26,77 レリーフパターン(鋸歯型パターン)
27,71 フォトマスク
28,72 マスクパターン
29,73 大領域
31 フォトニック結晶
32a,32b 誘電体層
33 格子方向
36,37 直線偏光
41a〜41h,74 小領域
42 透過方向
51 下型母材
53 レジスト
56 リソグラフィ光
58 レジストパターン
10,78 Sawtooth
27, 71 Photomask 28, 72
Claims (9)
前記レジストに密着して請求項1ないし4いずれかに記載のフォトマスクを配置し、直線偏光により前記フォトマスクを介して前記レジストを感光させて現像することにより、前記レジストを鋸歯型にパターニングするレジストパターニングステップと、
パターニングされた前記レジストの上から前記基材をエッチングして、前記レジストのパターンに応じた鋸歯型の形状に前記基材の表面をパターニングするエッチングステップと、
を備えることを特徴とする鋸歯型パターン製造方法。 A resist coating step for uniformly coating a resist on a substrate for patterning a sawtooth pattern;
The photomask according to any one of claims 1 to 4 is disposed in close contact with the resist, and the resist is exposed to light through the photomask by linearly polarized light and developed, whereby the resist is patterned into a sawtooth shape. A resist patterning step;
Etching the substrate from above the patterned resist, and patterning the surface of the substrate into a sawtooth shape according to the resist pattern;
A sawtooth pattern manufacturing method comprising:
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013106008A2 (en) * | 2011-03-30 | 2013-07-18 | Intel Corporation | On-chip diffraction grating prepared by crystallographic wet-etch |
CN108051982A (en) * | 2018-01-03 | 2018-05-18 | 京东方科技集团股份有限公司 | A kind of mask plate and preparation method thereof, photolithography method |
WO2018169093A1 (en) * | 2017-03-17 | 2018-09-20 | 大日本印刷株式会社 | Diffractive optical element |
US10222692B2 (en) | 2016-12-02 | 2019-03-05 | Toshiba Memory Corporation | Photomask and manufacturing method of semiconductor device |
WO2020232136A1 (en) * | 2019-05-15 | 2020-11-19 | Applied Materials, Inc. | Methods of forming variable-depth device structures |
US11366256B2 (en) | 2017-03-17 | 2022-06-21 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Diffractive optical element |
-
2008
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013106008A2 (en) * | 2011-03-30 | 2013-07-18 | Intel Corporation | On-chip diffraction grating prepared by crystallographic wet-etch |
WO2013106008A3 (en) * | 2011-03-30 | 2013-10-03 | Intel Corporation | On-chip diffraction grating prepared by crystallographic wet-etch |
US8970956B2 (en) | 2011-03-30 | 2015-03-03 | Intel Corporation | On-chip diffraction grating prepared by crystallographic wet-etch |
US9360601B2 (en) | 2011-03-30 | 2016-06-07 | Intel Corporation | On-chip diffraction grating prepared by crystallographic wet-etch |
US10222692B2 (en) | 2016-12-02 | 2019-03-05 | Toshiba Memory Corporation | Photomask and manufacturing method of semiconductor device |
WO2018169093A1 (en) * | 2017-03-17 | 2018-09-20 | 大日本印刷株式会社 | Diffractive optical element |
US11366256B2 (en) | 2017-03-17 | 2022-06-21 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Diffractive optical element |
CN108051982A (en) * | 2018-01-03 | 2018-05-18 | 京东方科技集团股份有限公司 | A kind of mask plate and preparation method thereof, photolithography method |
WO2020232136A1 (en) * | 2019-05-15 | 2020-11-19 | Applied Materials, Inc. | Methods of forming variable-depth device structures |
US11112694B2 (en) | 2019-05-15 | 2021-09-07 | Applied Materials, Inc. | Methods of forming variable-depth device structures |
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