JP2015146031A - 光学素子の製造方法、光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光部、透光部、および位相シフタ部を正確に画定する。
【解決手段】基板上に形成された遮光膜がパターニングされてなる遮光部と、基板の一部
表面が露出してなる透光部と、基板の一部表面がエッチングされてなる位相シフタ部と、
を有する光学素子の製造方法であって、基板上に遮光膜と第１のレジスト膜とがこの順に
積層された光学素子ブランクを用意する工程と、第１のレジスト膜を描画して現像するこ
とにより、遮光部の形成予定領域を覆うと共に、位相シフタ部の形成予定領域を画定する
第１のレジストパターンを形成する工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に遮光部、透光部、および位相シフタ部を有する転写パターンが形成
された透過型位相シフトマスク等の光学素子、及びその製造方法に関する。

近年、基板（たとえば石英等の透明基板）上に遮光部、透光部、および位相シフタ部を
有する転写パターンが形成された透過型位相シフトマスク等の光学素子が知られている（
例えば特許文献１参照）。遮光部は、基板上に形成された遮光膜がパターニングされてな
り、光学素子に照射された光を遮断するように構成されている。透光部は、基板上の一部
表面が露出してなり、光学素子に照射された光を透過させるように構成されている。位相
シフタ部は、露出した基板の一部表面がエッチング等されてなり、光学素子に照射された
光の位相を所定の量だけシフトさせつつ透過させるように構成されている。

特開２００３−３３０１５９号公報

上述の光学素子を製造する方法として、例えば図１に例示する方法が考えられる。

まず、基板１０１上に遮光膜１０２、第１のレジスト膜１０３がこの順に形成された光
学素子ブランク１００ｂを用意する（図１（ａ））。そして、フォトリソグラフィ技術を
用いて、位相シフタ部１１０の形成予定領域１１０’以外の領域（透光部１１１の形成予
定領域１１１’及び遮光部１２０の形成予定領域１２０’）を覆う第１のレジストパター
ン１０３ｐを形成する（図１（ｂ））。そして、形成した第１のレジストパターン１０３
ｐをマスクとして、部分的に露出した遮光膜１０２をエッチングして除去した後、遮光膜
１０２がエッチングされることにより部分的に露出した基板１０１の表面を所定の深さだ
けエッチングして、位相シフタ部１１０を形成する（図１（ｃ））。そして、第１のレジ
ストパターン１０３ｐを除去する（図１（ｄ））。そして、透光部１１１の形成予定領域
１１１’、遮光部１２０の形成予定領域１２０’、及び位相シフタ部１１０の全面を覆う
ように第２のレジスト膜１０４を形成する（図１（ｅ））。そして、フォトリソグラフィ
技術を用いて、遮光部１２０の形成予定領域１２０’を覆う第２のレジストパターン１０
４ｐを形成する（図１（ｆ））。そして、第２のレジストパターン１０４ｐをマスクとし
て、露出した遮光膜１０２をエッチングして除去し、基板１０１の表面を部分的に露出さ
せて透光部１１１を形成する（図１（ｇ））。そして、第２のレジストパターン１０４ｐ
を除去する（図１（ｈ））。これにより、基板１０１上に遮光部１２０、透光部１１１、
および位相シフタ部１１０が形成された光学素子１００が製造される。

また、上述の光学素子を製造する他の方法として、例えば図２に例示する方法が考えら
れる。

まず、基板２０１上に遮光膜２０２、第１のレジスト膜２０３がこの順に形成された光
学素子ブランク２００ｂを用意する（図２（ａ））。そして、フォトリソグラフィ技術を
用いて、遮光部の形成予定領域２２０’を覆う第１のレジストパターン２０３ｐを形成す
る（図２（ｂ））。そして、形成した第１のレジストパターン２０３ｐをマスクとして、
露出した遮光膜２０２をエッチングして除去する（図２（ｃ））。そして、第１のレジス
トパターン２０３ｐを除去し、遮光部２２０を形成する（図２（ｄ））。そして、透光部
の形成予定領域２１１’、遮光部２２０、及び位相シフタ部の形成予定領域２１０’の全
面を覆うように第２のレジスト膜２０４を形成する（図２（ｅ））。そして、フォトリソ
グラフィ技術を用いて、位相シフタ部２１０の形成予定領域２１０’以外の領域（透光部
２１１の形成予定領域２１１’及び遮光部２２０）を覆う第２のレジストパターン２０４
ｐを形成する（図２（ｆ））。そして、形成した第２のレジストパターン２０４ｐをマス
クとして、露出している基板２０１の表面を所定の深さだけエッチングして、位相シフタ
部２１０を形成する（図２（ｇ））。そして、第２のレジストパターン２０４ｐを除去す
る（図２（ｈ））。これにより、基板２０１上に遮光部２２０、透光部２１１、および位
相シフタ部２１０が形成された光学素子２００が製造される。

上述した２つの方法では、いずれも２回のフォトリソグラフィ工程を経ることによって
遮光部、透光部、および位相シフタ部を画定する。例えば、図１に示す方法では、１回目
のフォトリソグラフィ工程（図１（ｂ）に示す工程）を経て位相シフタ部１１０が画定さ
れ、その後、２回目のフォトリソグラフィ工程（図１（ｆ）に示す工程）を経て遮光部１
２０及び透光部１１１の境界を画定する。また、図２に示す方法では、１回目のフォトリ
ソグラフィ工程（図２（ｂ）に示す工程）を経て遮光部２２０を画定し、その後、２回目
のフォトリソグラフィ工程（図２（ｆ）に示す工程）を経て位相シフタ部２１０及び透光
部２１１の境界を画定する。

しかしながら、発明者等の鋭意検討によれば、このように２回のフォトリソグラフィ工
程を経ることで遮光部、透光部、および位相シフタ部をそれぞれ形成しようとすれば、例
えば遮光部と位相シフタ部との相対位置が意図せずにずれてしまう場合があった。すなわ
ち、上述の方法では、１回目のフォトリソグラフィ工程と２回目のフォトリソグラフィ工
程との間に、処理中のマスクブランクを描画装置から一旦取り外して第２のレジスト膜を
形成する工程（例えば図１（ｅ）、図２（ｅ）に示す工程）を実施する必要がある。しか
しながら、処理中のマスクブランクを描画装置から一旦取り外すと、光学素子ブランクを
再現性良く描画装置に設置することは困難である。その結果、１回目のフォトリソグラフ
ィ工程における描画結果と２回目のフォトリソグラフィ工程における描画結果との間にア
ライメントズレが生じることを完全に防止することはできなかった。すなわち、描画装置
に再設置したマスクブランクに位置ズレ等が生じると、図１に示す方法では、１回目のフ
ォトリソグラフィ工程で画定した遮光部１２０と、２回目のフォトリソグラフィ工程で画
定した位相シフタ部１１０との相対位置が（図５（ｂ）におけるＡ，Ｂに対するＣの位置
）が、設計上の相対位置に対して例えば１０〜３０ｎｍ程度ずれてしまう。同様に、図２
に示す方法でも、１回目のフォトリソグラフィ工程で画定した遮光部２２０と、２回目の
フォトリソグラフィ工程で画定した位相シフタ部２１０との相対位置（図５（ｃ）におけ
るＣに対するＡ，Ｂの位置）が、設計上の相対位置に対して例えば１０〜３０ｎｍ程度ず
れてしまう。

そこで本発明は、遮光部、透光部、および位相シフタ部を正確に画定することが可能な
光学素子の製造方法、及び光学素子を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、基板上に形成され、パターニングされた遮光膜によってなる遮
光部と、前記基板の一部表面が露出してなる透光部と、前記基板の一部表面がエッチング
されてなる位相シフタ部と、を有し、かつ前記位相シフタ部と前記透光部とが隣接する部
分を有する光学素子の製造方法であって、前記基板上に前記遮光膜と第１のレジスト膜と
がこの順に積層された光学素子ブランクを用意する工程と、前記第１のレジスト膜に描画
と現像を施し、前記遮光部の形成予定領域を覆うと共に、前記位相シフタ部の形成予定領
域を画定する第１のレジストパターンを形成する工程と、を有する光学素子の製造方法で
ある。

本発明の第２の態様は、基板上に形成され、パターニングされた遮光膜によってなる遮
光部と、前記基板の一部表面が露出してなる透光部と、前記基板の一部表面がエッチング
されてなる位相シフタ部と、を有する光学素子の製造方法であって、前記基板上に前記遮
光膜と第１のレジスト膜とがこの順に積層された光学素子ブランクを用意する工程と、前
記第１のレジスト膜に描画と現像を施し、前記遮光部の形成予定領域を覆うと共に、前記
位相シフタ部の形成予定領域を画定する第１のレジストパターンを形成する工程と、前記
第１のレジストパターンをマスクとして前記遮光膜を部分的にエッチングすることにより
、前記遮光部を形成すると共に、前記位相シフタ部の形成予定領域を画定する画定パター
ンを形成する工程と、少なくとも前記基板の露出面を覆う第２のレジスト膜を形成する工
程と、前記第２のレジスト膜に描画と現像を施し、少なくとも前記位相シフタ部の形成予
定領域を露出させる第２のレジストパターンを形成する工程と、前記画定パターン及び前
記第２のレジストパターンをマスクとして前記基板の露出面をエッチングすることにより
、前記位相シフタ部を形成する工程と、前記第２のレジストパターン及び前記画定パター
ンを除去することにより、前記基板の一部表面を露出させて前記透光部を形成する工程と
、を有する光学素子の製造方法である。

本発明の第３の態様は、前記透光部と前記位相シフタ部とが隣接する部分を有する第２
の態様に記載の光学素子の製造方法である。

本発明の第４の態様は、前記第１のレジストパターンは、前記位相シフタ部の形成予定
領域の外周側を覆うことにより、前記位相シフタ部の形成予定領域を画定する第１から第
３のいずれかの態様に記載の光学素子の製造方法である。

本発明の第５の態様は、前記第２のレジストパターンを形成する工程では、前記位相シ
フタ部の形成予定領域の寸法に、アライメントマージンを加えた寸法のパターンデータを
用いて前記基板を露出させ、前記位相シフタ部を形成する工程では、前記画定パターンに
おける前記位相シフタ部の形成予定領域側エッジ及び前記第２のレジストパターンをマス
クとして前記基板の露出面をエッチングする第１から第４のいずれかの態様に記載の光学
素子の製造方法である。

本発明の第６の態様は、前記基板が石英からなる透明基材である第１から第５のいずれ
かの態様に記載の光学素子の製造方法である。

本発明の第７の態様は、前記基板が、透明基材と、前記透明基材上に形成された位相シ
フタ膜とを備え、前記位相シフタ部を形成する工程では、前記画定パターン及び前記第２
のレジストパターンをマスクとして前記位相シフタ膜の露出面をエッチングする第１から
第５の態様に記載の光学素子の製造方法である。

本発明の第８の態様は、前記透光部における透過光の位相と、前記位相シフタ部におけ
る透過光の位相と、の差が４５度以上２００度以下である第１から第７のいずれかの態様
に記載の光学素子の製造方法である。

本発明の第９の態様は、前記遮光部と前記位相シフタ部との相対位置が、設計上の相対
位置に対して±５ｎｍ以内にある第１から第８のいずれかの態様に記載の光学素子の製造
方法である。

本発明の第１０の態様は、基板上に形成され、パターニングされた遮光膜によってなる
遮光部と、前記基板の一部表面が露出してなる透光部と、前記基板の一部表面がエッチン
グされてなる位相シフタ部と、を有する光学素子であって、前記位相シフタ部と前記透光
部とが隣接する部分を有し、かつ前記遮光部と前記位相シフタ部とは、前記遮光膜をパタ
ーニングする工程により同時に画定されている光学素子である。

本発明の第１１の態様は、前記基板が、透明基材と、前記透明基材上に形成された位相
シフタ膜とを備え、前記透光部は、前記位相シフタ膜の一部表面が露出してなり、前記位
相シフタ部は、前記位相シフタ膜の少なくとも一部表面がエッチングされてなる第１０の
態様に記載の光学素子である。

本発明の第１２の態様は、前記透光部における透過光と、前記位相シフタ部における透
過光との位相差が４５度以上２００度以下である第１０または１１のいずれかの態様に記
載の光学素子である。

本発明の第１３の態様は、前記遮光部と前記位相シフタ部との相対位置が、設計上の相
対位置に対して±５ｎｍ以内にある第１０から第１２のいずれかの態様に記載の光学素子
である。

本発明によれば、遮光部、透光部、および位相シフタ部を正確に画定することが可能な
光学素子の製造方法、及び光学素子を提供することができる。

２回のフォトリソグラフィ工程を経ることによって遮光部、透光部、および位相シフタ部を画定する参考例に係る光学素子の製造方法のフロー図である。 ２回のフォトリソグラフィ工程を経ることによって遮光部、透光部、および位相シフタ部を画定する他の参考例に係る光学素子の製造方法のフロー図である。 本発明の一実施形態に係る光学素子の製造方法のフロー図である。 本発明の他の実施形態に係る光学素子の製造方法のフロー図である。 遮光部、透光部、および位相シフタ部の画定精度を説明する概略図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る光学素子の部分断面図であり、（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る光学素子の部分断面図である。

＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態を、主に図３，図６（ａ）を参照しながら説明する。図３
は、本実施形態に係る光学素子３００の製造方法のフロー図である。図６（ａ）は本実施
形態に係る光学素子３００の部分断面図である。

（１）光学素子の構成
図６（ａ）に示すように、光学素子３００は、基板３０１上に形成された遮光膜３０２
がパターニングされてなる遮光部３２０と、基板３０１の一部表面が露出してなる透光部
３１１と、基板３０１の一部表面がエッチングされてなる位相シフタ部３１０と、を有す
る。なお、図６（ａ）は光学素子３００の積層構造を例示するものであり、実際のパター
ンはこれと同一とは限らない。

基板３０１は、例えば石英（ＳｉＯ_２）ガラスや、ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｂ_２Ｏ_３，
ＲＯ，Ｒ_２Ｏ等を含む低膨張ガラス等からなる平板として構成されている。基板３０１の
主面（表面及び裏面）は、研磨されるなどして平坦且つ平滑に構成されている。基板３０
１は、例えば一辺が６インチ程度の方形とすることができる。基板３０１の厚さは例えば
０．２５インチ程度とすることができる。

基板３０１の表面は、例えばＣＦ_４とＯ_２との混合ガスをエッチングガスとして用いて
エッチング（ドライエッチング）することが可能なように構成されている。位相シフタ部
３１０は、基板３０１の一部表面を、得ようとする位相シフト量に応じて掘りこむことで
形成できる。例えば、ＡｒＦ用の位相シフトマスクであれば、位相差１８０度を得るため
に、１７０ｎｍ程度の掘りこみとすることが可能である。

遮光部３２０を構成する遮光膜３０２は、実質的にクロム（Ｃｒ）を主成分として、例
えばスパッタリング等の成膜方法により形成されている。遮光膜３０２の膜厚は、例えば
１００ｎｍ程度とすることができる。なお、遮光膜３０２の表面にＣｒ化合物（ＣｒＯ、
ＣｒＣ，ＣｒＮ等）の層を設け、表面に反射抑制機能を持たせることが出来る。遮光膜３
０２は、例えばＣｌ_２とＯ_２との混合ガスをエッチングガスとして用いてエッチング（ド
ライエッチング）することが可能である。

後述するように、遮光部３２０と位相シフタ部３１０とは、１回の描画工程を行うこと
により同時に画定されている。遮光部３２０及び位相シフタ部３１０を画定する様子につ
いては後述する。これにより、遮光部３２０と位相シフタ部３１０との相対位置を、設計
上の相対位置どおりとすることができる。例えば、遮光部３２０と位相シフタ部３１０と
の相対位置を、設計値に対して±５ｎｍ以内とすることができる。より好ましくは±３ｎ
ｍ以下である。なお、透光部３１１は、遮光部３２０と位相シフタ部３１０との間に設け
られており、透光部３１１と位相シフタ部３１０とは隣接する部分を有するように構成さ
れている。

また、位相シフタ部３１０の光透過率は、透光部３１１の光透過率とほぼ同等であるこ
とが好ましい。例えば、位相シフタ部３１０の光透過率は、透光部３１１の光透過率の８
０％以上１００％以下、より好ましくは９０％以上１００％以下であるように構成されて
いる。尚、位相シフタ部３１０を基板３０１の掘り込みによって形成する場合には、掘り
込み側面の露光光の乱反射によって、位相シフタ部３１０の光透過率が、透光部３１１の
光透過率よりも小さくなる傾向があるが、この場合であっても、位相シフタ部３１０の光
透過率が、透光部３１１の光透過率の８０％以上となることが好ましい。

また、透光部３１１における透過光と、位相シフタ部３１０における透過光との位相差
が、４５度以上２００度以下であるように構成されている。なお、係る位相差は、位相シ
フタ部３１０における基板３０１の掘り込み量を選択することで調整できる。

（２）光学素子の製造方法
続いて、本実施形態に係る光学素子３００の製造方法について説明する。

（光学素子ブランク３００ｂを用意する工程）
まず、図３（ａ）に例示するような、基板３０１上に遮光膜３０２と第１のレジスト膜
３０３とがこの順に積層された光学素子ブランク３００ｂを用意する。基板３０１及び遮
光膜３０２の構成は上述のとおりである。第１のレジスト膜３０３、後述する第２のレジ
スト膜３０４、及び後述する第３のレジスト膜３０５は、ポジ型レジスト材料或いはネガ
型レジスト材料により形成されている。以下では、第１のレジスト膜３０３、第２のレジ
スト膜３０４、及び第３のレジスト膜３０５が、それぞれポジ型レジスト材料より形成さ
れているものとして説明する。第１のレジスト膜３０３、第２のレジスト膜３０４、及び
第３のレジスト膜３０５は、例えばスピン塗布やスリットコータ等の手法を用いて塗布さ
れた後にベークされて形成され、その厚さは例えば５００ｎｍ以下である。

（第１のレジストパターン３０３ｐを形成する工程）
次に、電子ビーム描画機やレーザ描画機等により描画露光を行い、第１のレジスト膜３
０３の一部を感光させ、スプレー方式等の方法により第１のレジスト膜３０３に現像液を
供給して現像することにより、遮光部３２０の形成予定領域３２０’を覆うと共に、位相
シフタ部３１０の形成予定領域３１０’を画定する第１のレジストパターン３０３ｐを形
成する。

第１のレジストパターン３０３ｐが形成された状態を図３（ｂ）に例示する。図３（ｂ
）に示すように、第１のレジストパターン３０３ｐは、遮光部３２０の形成予定領域３２
０’を覆う部分３０３ａと、位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’を画定する部分
３０３ｂと、を備えている。位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’を画定する部分
３０３ｂは、位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’を露出させつつ、その外周側を
所定の幅で覆うことにより、位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’を画定するよう
に形成されている。

このように、本実施形態では、１回の描画工程を行うことで、遮光部３２０の形成予定
領域３２０’を覆う部分３０３ａと、位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’を画定
する部分３０３ｂと、を同時に画定する。すなわち、遮光部３２０の形成予定領域３２０
’と、位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’と、を１回の描画工程を行うことで同
時に画定する。これにより、複数回の描画工程に伴う、描画パターンのアライメントずれ
を完全に排除しつつパターニングを行うことが可能となり、遮光部３２０、透光部３１１
、および位相シフタ部３１０を正確に画定することが可能となる。例えば、遮光部３２０
に対して形成される位相シフタ部３１０の相対位置と、遮光部３２０に対する設計上の位
相シフタ部３１０の相対位置を精緻に制御できる。結果として、後述するように、マスク
上の位置と設計値上の位置との差異（例えば図５（ａ）〜（ｃ）における位置Ｂと位置Ｃ
との実距離と設計距離との差）を±５ｎｍ以下とすることが可能となる。また、遮光部３
２０と位相シフタ部３１０との間に形成される透光部３１１の幅や形状（図５（ａ）〜（
ｃ）における位置Ａと位置Ｂとの距離等）を、正確に制御することが可能となる。

（遮光膜３０２をエッチングする工程）
次に、第１のレジストパターン３０３ｐをマスクとして、遮光膜３０２を部分的にエッ
チングし、遮光膜パターン３０２ｐとすることにより、遮光部３２０を形成すると共に、
位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’を画定する画定パターン３０２ｂを形成する
。

遮光膜３０２を部分的にエッチングした状態を図３（ｃ）に例示する。図３（ｃ）に示
すように、遮光膜パターン３０２ｐは、遮光部３２０を形成する部分３０２ａと、位相シ
フタ部３１０の形成予定領域３１０’を画定する画定パターン３０２ｂと、を備えている
。画定パターン３０２ｂは、位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’を露出させつつ
、その外周側を所定の幅で覆うことにより、位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’
を画定するように構成されている。

（第２のレジスト膜３０４を形成する工程）
次に、少なくとも基板３０１の露出面、すなわち、少なくとも位相シフタ部３１０の形
成予定領域３１０’と、画定パターン３０２ｂに覆われていない透光部３１１の形成予定
領域３１１’と、をそれぞれ覆う第２のレジスト膜３０４を形成する。

第２のレジスト膜３０４が形成された状態を図３（ｅ）に例示する。本実施形態では、
図３（ｄ）に例示するように第１のレジストパターン３０３ｐを除去した後、基板３０１
の露出面と、遮光膜パターン３０２ｐの上面（遮光部３２０の上面と画定パターン３０２
ｂの上面）を全面的に覆うように第２のレジスト膜３０４を形成している。

（第２のレジストパターン３０４ｐを形成する工程）
次に、上記同様の描画露光を行い、第２のレジスト膜３０４の一部を感光させ、現像す
ることにより、少なくとも位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’を露出させる第２
のレジストパターン３０４ｐを形成する。

第２のレジストパターン３０４ｐが形成された状態を図３（ｆ）に例示する。なお、第
２のレジストパターン３０４ｐを形成する工程では、位相シフタ部３１０の寸法に対して
、アライメントマージン（たとえば３０ｎｍ以下）分、大きい寸法の描画データを用いて
、位相シフタ部３１０形成予定領域を描画する。これにより、形成されるレジストパター
ンは、位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’を露出させると共に、画定パターン３
０２ｂにおける位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’側のエッジ部分を露出させる
ようにする。これにより、位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’のエッチングの際
、第２のレジストパターンと上記遮光膜パターンに対する位置ずれの影響を防止でき、エ
ッチング領域が正確に画定される上、エッチング経過によってレジストパターンがダメー
ジを受けても、位相シフタ部３１０のエッチング形状が影響を受けない。位相シフタ部３
１０部のエッチングの際、エッチングマスクのエッジとして、レジストパターンのエッジ
でなく、画定パターンのエッジを使用できるからである。

（位相シフタ部３１０を形成する工程）
次に、画定パターン３０２ｂ及び第２のレジストパターン３０４ｐをマスクとして基板
３０１の露出面を部分的にエッチングすることにより、位相シフタ部３１０を形成する。
ここでは、露出させた画定パターン３０２ｂ（特にその位相シフタ部３１０の形成予定領
域３１０’側エッジ）及び第２のレジストパターン３０４ｐをマスクとして、基板３０１
の露出面をエッチングする。

基板３０１のエッチングは、例えばＣＦ_４とＯ_２との混合ガスを用いたドライエッチン
グにより行うことができる。位相シフタ部３１０の深さは、透光部３１１における透過光
と、位相シフタ部３１０における透過光との位相差を調整するように適宜設定されること
が好ましい。位相シフタ部３１０が形成された状態を図３（ｇ）に例示する。

上述したように、第２のレジストパターン３０４ｐを形成する工程では、画定パターン
３０２ｂにおける位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’側（エッジ部分）を部分的
に露出させるようにしている。そして、位相シフタ部３１０を形成する工程では、画定パ
ターン３０２ｂ及び第２のレジストパターン３０４ｐをマスクとして基板３０１の露出面
をエッチングするようにしている。

ここで、実質的にクロム（Ｃｒ）を主成分として形成される画定パターン３０２ｂ（遮
光膜３０２）の断面形状は、レジスト材料からなる第２のレジストパターン３０４ｐの断
面形状に較べてエッチングなどによりダメージを受け難い。また、実質的にクロム（Ｃｒ
）を主成分として形成される画定パターン３０２ｂ（遮光膜３０２）は、レジスト材料か
らなる第２のレジストパターン３０４ｐの断面形状に較べて基板３０１表面への密着性が
高い。このため、露出させた画定パターン３０２ｂをマスクとして基板３０１の露出面を
エッチングすることにより、位相シフタ部３１０の外縁部（側壁部）を正確に形成するこ
とが可能となる。

また、上述したように、第２のレジストパターンを形成する工程では、画定パターン３
０２ｂにおける位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’側のエッジ部分を使用する。
これにより、位相シフタ部３１０を形成する工程では、基板３０１のエッチングを確実に
行うことが可能となり、位相シフタ部３１０の形状や深さを正確に制御することが可能と
なる。

（透光部３１１を形成する工程）
次に、第２のレジストパターン３０４ｐ及び画定パターン３０２ｂを除去することによ
り、基板３０１の一部表面を露出させて透光部３１１を形成する。

具体的には、図３（ｈ）に例示するように、第２のレジストパターン３０４ｐを除去す
る。そして、図３（ｉ）に例示するように、基板３０１の露出面と、遮光部３２０を形成
する部分３０２ａと、遮光膜パターン３０２ｐの上面（遮光部３２０の上面と画定パター
ン３０２ｂの上面）と、位相シフタ部３１０の上面を全面的に覆うように第３のレジスト
膜３０５を形成している。そして、上記同様の描画露光及びを行い、第３のレジスト膜３
０５の一部を感光させ、現像することにより、図３（ｊ）に例示するように、少なくとも
画定パターン３０２ｂ及びその周囲を露出させる第３のレジストパターン３０５ｐを形成
する。そして、図３（ｋ）に例示するように、画定パターン３０２ｂをエッチングして除
去する。画定パターン３０２ｂのエッチング除去は、上述の、遮光膜３０２のエッチング
と同様の手段により行うことができる。ついで、レジストパターン３０５ｐを除去する。

以上により、図３（ｌ）に例示するような光学素子３００の製造を終了する。

（３）効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）本実施形態によれば、１回の描画工程を行うことで、遮光部３２０の形成予定領域
３１０’を覆う部分３０３ａと、位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’を画定する
部分３０３ｂと、を同時に画定するようにしている。すなわち、遮光部３２０の形成予定
領域３２０’と、位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’と、を１回の描画工程を行
うことで同時に画定するようにしている。これにより、複数回の描画工程に伴う、描画パ
ターンのアライメントずれ（これは描画機の精度によるずれ、および、描画機に基板を載
置するたびに生じる載置ずれを含む）を完全に排除しつつパターニングを行うことが可能
となり、遮光部３２０、透光部３１１、および位相シフタ部３１０を正確に画定すること
が可能となる。例えば、遮光部３２０と位相シフタ部３１０との相対位置を、設計上の相
対位置に対して±５ｎｍ以内、好ましくは±３ｎｍ以内とすることが可能となる。

これに対し、２回のフォトリソグラフィ工程を経ることによって遮光部、透光部、およ
び位相シフタ部を画定する図１，図２に示す方法では、上述したように、例えば遮光部と
位相シフタ部との相対位置を精緻に制御できない。例えば、処理中のマスクブランクを描
画装置から一旦取り外すと、光学素子ブランクを再現性良く描画装置に設置することは困
難だからである。これに対し本実施形態によれば、遮光部３２０の形成予定領域３２０’
と、位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’と、を１回の描画工程で同時に画定する
ようにしているため、２回のフォトリソグラフィ工程の間で生じるアライメントずれを解
消でき、遮光部３２０、透光部３１１、および位相シフタ部３１０の位置を設計値どおり
に正確に画定することが可能となる。

（ｂ）また、本実施形態に係る第２のレジストパターン３０４ｐを形成する工程では、画
定パターン３０２ｂにおける位相シフタ部３１０の形成予定領域３１０’側エッジ部分を
露出させるようにしている。そして、本実施形態に係る位相シフタ部３１０を形成する工
程では、画定パターン３０２ｂ及び第２のレジストパターン３０４ｐをマスクとして基板
３０１の露出面をエッチングするようにしている。これにより、位相シフタ部３１０の外
縁部（側壁部）を正確に形成することが可能となる。

すなわち、実質的にクロム（Ｃｒ）を主成分として形成される画定パターン３０２ｂ（
遮光膜３０２）の断面形状は、レジスト材料からなる第２のレジストパターン３０４ｐの
断面形状に較べてエッチングなどによりダメージを受け難い。換言すれば、レジストパタ
ーンのエッジを使ってエッチング領域を画定しようとすれば、エッチング途中のレジスト
パターンのエッジ形状が劣化する不都合がある。また、実質的にクロム（Ｃｒ）を主成分
として形成される画定パターン３０２ｂ（遮光膜３０２）は、レジスト材料からなる第２
のレジストパターン３０４ｐの断面形状に較べて基板３０１表面への密着性が高い。この
ため、露出させた画定パターン３０２ｂをマスクとして基板３０１の露出面をエッチング
することにより、位相シフタ部３１０の外縁部（側壁部）を正確に形成することが可能と
なるのである。

（ｃ）また、本実施形態に係る第２のレジストパターンを形成する工程では、位相シフタ
部３１０の寸法よりアライメントマージンを考慮した分だけ大きい寸法としたパターンデ
ータを用いて描画し、画定パターン３０２ｂにおける位相シフタ部３１０の形成予定領域
３１０’側エッジ部分を部分的に露出させるようにしている。これにより、位相シフタ部
３１０の形成予定領域３１０’内への第２のレジスト膜３０４の残留を確実に防止できる
。これにより、基板３０１のエッチングを確実に行うことが可能となり、位相シフタ部３
１０の形状や深さを正確に制御することが可能となる。

（ｄ）また、本実施形態に係る光学素子３００は、位相シフト効果を利用して所定の転写
パターンを被転写体上に転写する位相シフトマスクとして用いることができる。

具体的には、位相シフトマスクとしての光学素子３００を投影光学系に設置し、被転写
体上の感光体に対して露光を行い、配列する複数の遮光部３２０の像を感光体上に転写す
る。ここで、上述したように、位相シフタ部３１０の光透過率は、透光部３１１の光透過
率の８０％以上１００％以下であるように構成されているため、必要な光量の露光光を被
転写体に照射することができる。また、透光部３１１と位相シフタ部３１０とは隣接する
部分を有するが、透光部３１１における透過光と、位相シフタ部３１０における透過光と
の位相差が、４５度以上２００度以下、より好ましくは１６０〜２００°であるように構
成されているため、透光部３１１と位相シフタ部３１０との境界領域における露光光の反
転を生じさせ、光強度のコントラストを向上させることができる。尚、使用する露光光は
ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１
９３ｎｍ）等を用いることができる。
また、遮光部３２０と位相シフタ部３１０との相対位置を、設計上の相対位置に対して
±５ｎｍ以内、好ましくは±３ｎｍ以内とすることが可能となるため、被転写体上に所定
の転写パターンを高精度に転写することができる。

（ｅ）また、本実施形態に係る光学素子３００を複数配列させた素子（位相シフタ部３１
０と遮光部３２０とが透光部３１１を挟んで隣り合う構成が周期的に配列する素子）は、
位相シフト効果を利用して露光装置のベストフォーカス位置を求めるフォーカスモニタと
して用いることができる。すなわち、フォトマスクに形成された転写パターンを被転写体
に転写する場合、フォトマスクを、露光装置が備える投影光学系のベストフォーカス面か
ら焦点深度の範囲内に配置する必要がある。しかしながら、投影光学系のベストフォーカ
ス位置を求めることは容易ではない。これに対して、図６（ａ）に示す光学素子３００を
複数配列させたフォーカスモニタを用いれば、投影光学系のベストフォーカス面を容易に
求めることができる。この場合、位相シフタ部３１０における透過光との位相差を、例え
ば４５度以上１３５度以下であるように構成することができる。

具体的には、光学素子３００を複数配列させたフォーカスモニタを投影光学系に設置し
、被転写体上の感光体に対して露光を行い、配列する複数の遮光部３２０の像を感光体上
に転写する。ここで、上述したように、透光部３１１における透過光と、位相シフタ部３
１０における透過光と、の位相差が４５度以上１３５度以下であるように構成されている
ため、フォーカスモニタがベストフォーカス位置からずれた位置に配置されていれば（デ
フォーカスが生じていれば）、ずれ量に応じて遮光部３２０の像が移動する（遮光部３２
０の像の間隔が変化する）。すなわち、遮光部３２０の像の移動量（遮光部３２０の像の
間隔の変化量）を調べることにより、ベストフォーカス位置を容易に算定することができ
る。また、遮光部３２０と位相シフタ部３１０との相対位置を、設計上の相対位置に対し
て±５ｎｍ以内、好ましくは±３ｎｍ以内とすることが可能となるため、ベストフォーカ
ス位置を正確に算定することができる。

＜本発明の他の実施形態＞
続いて、本発明の他の実施形態を、主に図４，図６（ｂ）を参照しながら説明する。図
４は、本実施形態に係る光学素子４００の製造方法のフロー図である。図６（ｂ）は本実
施形態に係る光学素子４００の部分断面図である。

図６（ｂ）に示すように、本実施形態においては、基板３０１が、透明基材３０１ａと
、透明基材３０１ａ上に形成された位相シフタ膜３０１ｂとを備える点が、上述の実施形
態とは異なる。

また、図４に示すように、本実施形態においては、位相シフタ部３１０を形成する工程
（図４（ｇ）に示す）で、画定パターン３０２ｂ及び第２のレジストパターン３０４ｐを
マスクとして位相シフタ膜３０１ｂの露出面をエッチングする点が、上述の実施形態とは
異なる。すなわち、位相シフタ部３１０は、位相シフタ膜３０１ｂがエッチングされるこ
とにより形成されている。また、透光部３１１は、位相シフタ膜３０１ｂの表面がエッチ
ングされることなく露出されることで形成されている。

位相シフタ膜３０１ｂとしては、ハーフトーン以外の位相シフタに用いるものとして、
例えば、ＳｉＯ_２（スパッタＳｉＯ_２、ＣＶＤＳｉＯ_２、ＴＥＯＳ−ＳｉＯ_２）、ハーフ
トーン型の位相シフタとして、ＭｏＳｉ化合物、Ｃｒ化合物（化合物とは酸化物、窒化物
、炭化物、それらの混合）、Ｔａ化合物、ＳＯＧ（スピンオングラス）などにより形成す
ることが可能である。位相シフタ膜３０１ｂは、素材の選択と膜厚により、所望の位相シ
フト量を与えるものとすることができる。例えば、１６０〜２００度の位相シフトを与え
るものとすることができる。なお、位相シフタ部３１０の光透過率と、透光部３１１の光
透過率とは、ほぼ同等であることが好ましい。但し、位相シフタ膜３０１ｂの透過率によ
って、位相シフタ部３１０の光透過率が、透光部３１１の光透過率よりも小さくなってし
まう場合がある。この場合であっても、位相シフタ部３１０の光透過率が、透光部３１１
の光透過率の８０％以上となるように、位相シフタ膜３０１ｂの材料等を選択することが
好ましい。また、位相シフタ膜３０１ｂがハーフトーン膜の場合は、位相シフタ膜の露光
光透過率を５〜３０％とすることが好ましい。

その他は、上述の実施形態と同じである。

本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。これにより、位相シフ
トマスクの遮光帯（転写しようとする転写用パターンの領域外に配置し、露光時に不要光
が被転写体に届かないように遮光する部分）を、転写用パターンに対して、精緻に位置決
めすることが可能となる。

また、位相シフタ膜３０１ｂをエッチングする際に用いるエッチング液或いはエッチン
グガスに対して、透明基材３０１ａが耐性を有するように構成されている場合、すなわち
透明基材３０１ａが位相シフタ膜３０１ｂをエッチングする際のエッチングストッパとし
て機能する場合、位相シフタ部３１０の深さを正確に制御することが可能となる。その結
果、透光部３１１における透過光と、位相シフタ部３１０における透過光との位相差をよ
り正確に制御することが可能となる。一方、透明基材３０１ａの上記耐性が十分に得られ
ない素材を用いて位相シフタ膜を形成する場合には、透明基材と位相シフタ膜の間にエッ
チングストッパ膜を介在させることもできる。

＜本発明のさらに他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、本発明に係る光学素子は、所定の転写パターンを被転写体上に転写する位相シ
フトマスクや、露光装置のベストフォーカス位置を得るためのフォーカスモニタとしてだ
けではなく、位相シフト効果を利用する他の素子に対しても好適に適用可能である。

なお、本発明は、透光部と位相シフタ部が隣接するパターンを有する光学素子に対して
特に有効である。元来、こうしたパターンには、境界を画する際に機能する遮光膜パター
ンが該境界に存在しないため、遮光パターンの端部（エッジ）を使ってパターンの外縁を
画定することが困難である。しかしながら、上述の実施形態に係る画定パターンを用いる
ことで、暫定的に該境界部に遮光パターンを設け、パターンの寸法精度、位置精度を高め
ることが可能となる。

３００ 光学素子
３００ｂ 光学素子ブランク
３０１ 基板
３０２ 遮光膜
３０３ 第１のレジスト膜
３０３ｐ 第１のレジストパターン
３１０ 位相シフタ部
３１１’ 位相シフタ部の形成予定領域
３１１ 透光部
３２０ 遮光部
３２０’ 遮光部の形成予定領域

Claims (18)

1. 基板上に第１の膜が形成されてなる第１領域と、前記基板の一部表面が露出してなる第２領域と、前記基板の一部表面がエッチングされてなる第３領域と、を有し、かつ
   前記第３領域と前記第２領域とが隣接する部分、及び、前記第２領域と前記第１領域が隣接する部分を有する光学素子の製造方法であって、
   前記基板上に前記第１の膜と第１のレジスト膜が形成された光学素子ブランクを用意する工程と、
   前記第１のレジスト膜に第１描画と現像を施すことにより、前記第１領域の形成予定領域を覆う第１レジストパターンであって、かつ、前記第２領域の形成予定領域において、隣接する前記第３領域の形成予定領域を画定する画定パターンを形成するための第１のレジストパターンを形成する工程と、
   前記第１の膜をエッチングして、前記第１領域と前記画定パターンの領域を除いた領域の第１の膜を除去する工程と、
   前記基板上に第２のレジスト膜を形成し、第２描画と現像を施すことによって、前記第３領域の形成予定領域を露出する第２のレジストパターンを形成する工程と、
   前記画定パターン、及び前記第２のレジストパターンをマスクとして、前記基板表面をエッチングすることにより、前記第３領域を形成する工程と、
   前記基板上に第３のレジスト膜を形成し、第３描画と現像を施すことによって、前記画定パターンを露出する第３のレジストパターンを形成する工程と、
   前記画定パターンをエッチングにより除去する工程と
   を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 前記第１の膜が遮光膜であることを特徴とする、請求項１に記載の光学素子の製造方法。
3. 前記第１領域が遮光部、前記第２領域が透光部、前記第３領域が位相シフタ部であることを特徴とする、請求項２に記載の光学素子の製造方法。
4. 前記第１のレジストパターンは、前記第３領域の形成予定領域の外周側を覆うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
5. 前記第２のレジストパターンを形成する工程では、前記第３領域の形成予定領域の寸法に、アライメントマージンを加えた寸法のパターンデータを用いて、前記基板の第３領域の形成領域と、前記画定パターンの前記第３領域の形成予定領域側のエッジとを露出させ、
   前記第３領域を形成する工程では、前記画定パターンにおける前記第３領域の形成予定領域側エッジ及び前記第２のレジストパターンをマスクとして前記基板の露出面をエッチングすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
6. 前記アライメントマージンは、３０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項５に記載の光学素子の製造方法。
7. 前記第１の膜はＣｒを含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
8. 前記基板が石英からなる透明基材であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
9. 前記基板が、透明基材と、前記透明基材上に形成された位相シフタ膜とを備え、
   前記第３領域を形成する工程では、前記画定パターン及び前記第２のレジストパターンをマスクとして前記位相シフタ膜の露出面をエッチングすることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
10. 前記第２領域における透過光の位相と、前記第３領域における透過光の位相と、の差が４５度以上２００度以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
11. 前記第１領域と前記第３領域との相対位置につき、設計上の相対位置に対するズレが±５ｎｍ以内にあることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
12. 前記第１の膜のエッチング、及び、前記基板表面のエッチングは、ドライエッチングを適用することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
13. 基板上に第１の膜が形成されてなる、第１領域と、
    前記基板の一部表面が露出してなる第２領域と、
    前記基板の一部表面がエッチングされてなる第３領域と、を有する光学素子であって、
    前記第３領域と前記第２領域が隣接する部分、及び、前記第２領域と前記第１領域が隣接する部分を有し、かつ前記第１領域と前記第３領域とは、前記第１の膜をパターニングするための、１回の描画により同時に画定されていることを特徴とする光学素子。
14. 前記第１の膜が遮光膜であることを特徴とする、請求項１３に記載の光学素子。
15. 前記第１領域が遮光部、前記第２領域が透光部、前記第３領域が位相シフタ部であることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の光学素子。
16. 前記基板が、透明基材と、前記透明基材上に形成された位相シフタ膜とを備え、
    前記透光部は、前記位相シフタ膜の一部表面が露出してなり、
    前記位相シフタ部は、前記位相シフタ膜の少なくとも一部表面がエッチングされてなることを特徴とする請求項１５に記載の光学素子。
17. 前記第２領域を透過する光と、前記第３領域を透過する光の位相差が４５度以上２００度以下であることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれかに記載の光学素子。
18. 前記第１領域と前記第３領域の相対位置について、設計上の相対位置に対するズレが±５ｎｍ以内にあることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれかに記載の光学素子。