JP3408217B2 - Method for producing fine structure and diffractive optical element - Google Patents

Method for producing fine structure and diffractive optical element

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JP3408217B2
JP3408217B2 JP31248099A JP31248099A JP3408217B2 JP 3408217 B2 JP3408217 B2 JP 3408217B2 JP 31248099 A JP31248099 A JP 31248099A JP 31248099 A JP31248099 A JP 31248099A JP 3408217 B2 JP3408217 B2 JP 3408217B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の光学機器に
用いられる微細構造の作成方法及び回折光学素子に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a fine structure and a diffractive optical element used in various optical instruments.

【0002】[0002]

【従来の技術】回折光学素子とは光の回折現象を利用す
る光学素子であり、複数の回折格子により構成されてい
る。断面が階段形状から成る回折光学素子は特開平6−
258510号公報に記載されているように、エッチン
グガスに対して2種類の反応性の異なる薄膜の膜厚を十
分に制御しながら、交互に積層する多層膜基板を形成し
た後にレジストをパターニングする。次に、一方のエッ
チングガスに対して高反応性を有し、他方のエッチング
ガスに対しては低反応性を有する薄膜をエッチングした
後にエッチングガスの種類を変更し、一方のエッチング
ガスに対して低反応性を有し、他方のエッチングガスに
対しては高反応性を有する薄膜をエッチングすることに
より作成することができる。
2. Description of the Related Art A diffractive optical element is an optical element that utilizes the diffraction phenomenon of light and is composed of a plurality of diffraction gratings. A diffractive optical element having a stepped cross section is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-
As described in Japanese Patent No. 258510, the resist is patterned after forming the multilayer film substrates which are alternately laminated while sufficiently controlling the film thicknesses of the two kinds of thin films having different reactivities to the etching gas. Next, the type of etching gas is changed after etching a thin film having high reactivity to one etching gas and low reactivity to the other etching gas, and It can be prepared by etching a thin film having low reactivity and high reactivity with the other etching gas.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】また、上述の公報の方
式における回折格子においては、エッチングにより生じ
た段差を有する面上にレジストを塗布し、次の段のパタ
ーニングを行っているため、パターニングしたレジスト
の側壁、特に段が低い方のレジストの側壁は露光時に反
対側の段の壁からの影響を受け、下面に対してレジスト
側壁の無視できない傾斜が生じ、これにより次面のエッ
チング後の階段形状がレジストの傾斜形状を複写したよ
うに傾斜してしまうという欠点がある。
Further, in the diffraction grating in the system of the above-mentioned publication, resist is applied on the surface having a step caused by etching, and the patterning of the next step is performed. The side walls of the resist, especially the side walls of the lower step, are affected by the step walls on the opposite side during exposure, causing a non-negligible inclination of the resist side wall with respect to the lower surface. There is a drawback in that the shape is inclined as if the inclined shape of the resist were copied.

【0004】本発明の目的は、上述の問題を解消し、断
面が正確な階段形状を有する微細構造の作成方法及び回
折光学素子を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a method for producing a fine structure having a stepwise accurate cross section and a diffractive optical element.

【0005】[0005]

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る微細構造の作成方法は、複数の階段状要
素が並ぶ微細構造を作成する方法であって、基板上にエ
ッチングガスに反応する複数の第1の薄膜と、エッチン
グレートが前記第1の薄膜よりも小さい複数の第2の薄
膜とを交互に積層し、前記第1の薄膜を前記階段状要素
の主要部とし、前記第2の薄膜を前記第1の薄膜をエッ
チングする際のストッパ層とし、前記第2の薄膜が露出
するように前記第1の薄膜をその側面に傾斜を残してエ
ッチングする第1の工程と、該第1の工程の後に前記第
2の薄膜を露出させた状態で前記第1の薄膜の側面をエ
ッチングすることにより前記側面の角度が垂直となるよ
うに修正する第2の工程とを有し、前記第1の薄膜のそ
れぞれを前記第1の工程でエッチングした後に前記側面
に残る傾斜量が互いに異なり、前記第2の薄膜のそれぞ
れの膜厚を前記傾斜量の補正に見合った最小限の膜厚と
することを特徴とする。
A method for producing a fine structure according to the present invention for achieving the above object is a method for producing a fine structure in which a plurality of step-like elements are arranged, in which etching gas is applied on a substrate. A plurality of first thin films that react with each other and a plurality of second thin films having an etching rate smaller than that of the first thin films are alternately laminated, the first thin films being a main part of the step-like element, and A first step in which the second thin film is used as a stopper layer when etching the first thin film, and the first thin film is etched leaving a slope on its side surface so that the second thin film is exposed; After the first step, a second step of correcting the side surface of the first thin film by etching the side surface of the first thin film with the second thin film exposed so that the angle of the side surface becomes vertical , Each of the first thin films to the first Unlike tilt amount remaining on the side surface after etching in step with each other, characterized in that the minimum film thickness of the film thickness commensurate with the correction of the tilt of the second thin film.

【0007】[0007]

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明を図示の実施例に基づいて
詳細に説明する。図面は実施例における階段形状から成
る回折光学素子の作成工程の説明図を示している。第1
の実施例において、図1はエッチング処理前の積層膜1
を示しており、洗浄された直径8インチのSiウェハか
ら成る基板2上に成膜されており、この基板2は図示し
ないスパッタリング装置のターゲットと対向するように
サンプルホルダに配置され、スパッタリング装置の槽内
を十分に真空排気した後に、基板2を一様に300℃に
加熱し、等量の酸素ガスとアルゴンガスを槽内に導入
し、圧力を2Paに設定する。更に、RF電源を用いて
出力800Wの高周波をAlターゲットに印加すること
により基板2上に膜厚約15nmのエッチングテーパ調
整層として機能する補助膜であるAl23膜3aを均一
に成膜する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. The drawings show explanatory views of a process for producing a diffractive optical element having a staircase shape in Examples. First
1 shows a laminated film 1 before etching treatment.
Is formed on a substrate 2 made of a cleaned Si wafer having a diameter of 8 inches, and the substrate 2 is arranged in a sample holder so as to face a target of a sputtering device (not shown). After the chamber is sufficiently evacuated, the substrate 2 is uniformly heated to 300 ° C., equal amounts of oxygen gas and argon gas are introduced into the chamber, and the pressure is set to 2 Pa. Further, by applying a high frequency power of 800 W to an Al target by using an RF power source, an Al 2 O 3 film 3a which is an auxiliary film functioning as an etching taper adjusting layer having a film thickness of about 15 nm is uniformly formed on the substrate 2. To do.

【0014】続いて、槽内を真空開放せずにAlターゲ
ットをSiO2ターゲットに変更し、槽内の酸素ガスと
アルゴンガスの混合比が1対10となるように調節し、
Al 23膜3a上に膜厚約600nmの階段形状の主部
を構成する主膜であるSiO 2膜4aを成膜する。
Subsequently, the Al target was maintained without opening the vacuum in the chamber.
SiO22Change to the target, and with the oxygen gas in the tank
Adjust the mixing ratio of argon gas to be 1:10,
Al 2O3A stepwise main part with a film thickness of about 600 nm on the film 3a
Which is the main film forming the 2The film 4a is formed.

【0015】更に、上述のプロセスを2回繰り返すこと
により、基板2側から順に膜厚約45μm、36μmの
Al23膜3b、3cと膜厚約570nm、579nm
のSiO2膜4b、4cを交互に積層する。このように
して得られた積層膜1は、冷却後に槽内に大気を導入し
た後に、スパッタリング装置から取り出す。
Further, by repeating the above-mentioned process twice, the Al 2 O 3 films 3b and 3c having film thicknesses of about 45 μm and 36 μm and the film thicknesses of about 570 nm and 579 nm are sequentially formed from the substrate 2 side.
SiO 2 films 4b and 4c are alternately laminated. The laminated film 1 thus obtained is taken out from the sputtering apparatus after introducing air into the tank after cooling.

【0016】スパッタリング装置から取り出された積層
膜1は、加熱高温炉において450℃の大気雰囲気中に
おいて約2時間のアニール処理を施し、更に真空蒸着装
置においてクロムの蒸発源と対向するように配置する。
真空蒸着装置の槽内を十分に真空排気した後に、積層膜
1を一様に300℃に加熱し、電子銃を用いてクロムを
加熱することにより、最上段のSiO2膜4c上にマス
クとして膜厚約35nmのクロム膜5を蒸着し、十分に
冷却し槽内に大気を導入した後に、積層膜1を真空蒸着
装置から取り出す。
The laminated film 1 taken out from the sputtering apparatus is annealed for about 2 hours in an air atmosphere at 450 ° C. in a heating high temperature furnace, and is further arranged so as to face a chromium evaporation source in a vacuum evaporation apparatus. .
After the chamber of the vacuum vapor deposition apparatus was sufficiently evacuated, the laminated film 1 was uniformly heated to 300 ° C., and chromium was heated using an electron gun to form a mask on the uppermost SiO 2 film 4c. After depositing a chromium film 5 having a film thickness of about 35 nm, cooling it sufficiently and introducing air into the tank, the laminated film 1 is taken out from the vacuum evaporation apparatus.

【0017】また、本実施例においては、Al23膜3
とSiO2膜4のエッチングに使用するエッチングガス
とは反応性が異なるマスクとしてクロム膜5を使用した
が、他の金属薄膜、誘電体膜、合成樹脂等を用いてもよ
い。
Further, in this embodiment, the Al 2 O 3 film 3 is used.
Although the chromium film 5 is used as a mask having a different reactivity with the etching gas used to etch the SiO 2 film 4, other metal thin films, dielectric films, synthetic resins, etc. may be used.

【0018】図2はクロム膜5上に所望のパターニング
が施されたフォトレジスト6aを示しており、本実施例
においては、スピンナを用いてクロム膜5上にピッチ4
μm、開口3μmのラインアンドスペースから成る膜厚
1μmのフォトレジスト6aを塗布している。その後
に、このパターニングを公知の方法において露光、現像
して形成する。
FIG. 2 shows a photoresist 6a having a desired pattern formed on the chromium film 5. In this embodiment, a pitch 4 is formed on the chromium film 5 by using a spinner.
A photoresist 6a having a film thickness of 1 μm and having a line-and-space structure of μm and an opening of 3 μm is applied. After that, this patterning is formed by exposing and developing it by a known method.

【0019】次に、図3に示すようにクロム膜5の露出
部をクロム除去液に浸し、ウエットエッチングにより除
去し、更にRIEエッチング装置の電極上に成膜面がエ
ッチングされるように積層膜1を配置し、槽内を真空排
気した後に、エッチングガスとしてCF4ガス及びCH
3ガスを槽内に導入し、圧力が1Paになるように設
定する。その後に、高周波電源より電極に出力100W
を印加し、放電させることによりSiO2膜4cの露出
部をエッチングする。また、プラズマ計測によりエッチ
ングされていることを確認した後に、続けてテーパ調整
層として機能するAl23膜3cをSiO2膜4cの側
壁が基板面に対して垂直となるために要する所定時間だ
けエッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 3, the exposed portion of the chromium film 5 is dipped in a chromium removing solution and removed by wet etching, and the laminated film is further etched so that the film formation surface is etched on the electrode of the RIE etching apparatus. 1 is placed and the chamber is evacuated, and then CF 4 gas and CH are used as etching gas.
F 3 gas is introduced into the tank, and the pressure is set to 1 Pa. After that, output from the high frequency power supply to the electrode 100W
Is applied and discharged to etch the exposed portion of the SiO 2 film 4c. In addition, after confirming that the Al 2 O 3 film 3c functioning as a taper adjusting layer is confirmed to have been etched by plasma measurement, a predetermined time required for the side wall of the SiO 2 film 4c to become vertical to the substrate surface. Only etching.

【0020】更に、槽内に大気を導入した後に積層膜1
を取り出し、図4に示すようにフォトレジスト6aを剥
離する。続いて図5に示すように、図2と同様にスピン
ナを用いて、エッチングした面にピッチ4μm、開口2
μmのラインアンドスペースから成るフォトレジスト6
bをパターニングし露光、現像する。なお、アライメン
トのずれを相殺するため、クロム膜5上のフォトレジス
ト6bは、その端部がクロム膜5の内側に至るようにパ
ターニングする。ただし、本実施例においては、フォト
レジスト6に生ずる側壁部の傾斜及び表面の波打ちは図
示を省略している。
Further, after introducing the atmosphere into the tank, the laminated film 1
Then, the photoresist 6a is peeled off as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 5, a spinner was used as in FIG.
Photoresist 6 consisting of μm line and space
b is patterned, exposed and developed. In order to offset the misalignment, the photoresist 6b on the chromium film 5 is patterned so that its end portion reaches the inside of the chromium film 5. However, in this embodiment, the inclination of the side wall portion and the corrugation of the surface which occur in the photoresist 6 are not shown.

【0021】続いて、図6に示すようにSiO2膜4b
のエッチングマスクとして機能させるために、Al23
膜3cの露出部をウエットエッチングにより除去する。
Then, as shown in FIG. 6, a SiO 2 film 4b is formed.
Al 2 O 3 to function as an etching mask for
The exposed portion of the film 3c is removed by wet etching.

【0022】また、図7〜図12に示すように上述のプ
ロセスを用い、RIEエッチング装置にサンプルをセッ
トし、階段の2段目以下の部分に反応するSiO2膜4
のエッチング、レジスト剥離、パターニング、Al23
膜3のウェットエッチングを繰り返す。
Further, as shown in FIGS. 7 to 12, the sample is set in the RIE etching apparatus by using the above-mentioned process, and the SiO 2 film 4 which reacts with the second and subsequent steps of the stairs.
Etching, resist stripping, patterning, Al 2 O 3
The wet etching of the film 3 is repeated.

【0023】補助膜であるAl23膜3の膜厚が各段で
異なる交互積層膜を設けることにより、パターニングで
生じたフォトレジスト6の傾斜部がエッチングで後退し
ても、フォトレジスト6の下のAl23膜3のエッチン
グレートがSiO2膜4及びフォトレジスト6よりも著
しく遅いためマスクとして機能する。それには、各段の
段差量やパターン寸法又はフォトレジスト6の材料及び
露光量等により変化するパターニングの傾斜量や、各段
のSiO2膜4を所望の深さだけエッチングするために
要する時間から、Al23膜3の膜厚を最小限にするこ
とにより、SiO2膜4の側壁が基板面に対して垂直に
エッチングできる。
By providing an alternating laminated film in which the film thickness of the Al 2 O 3 film 3 which is an auxiliary film is different in each step, even if the inclined portion of the photoresist 6 caused by patterning recedes by etching, the photoresist 6 Since the etching rate of the Al 2 O 3 film 3 thereunder is significantly slower than that of the SiO 2 film 4 and the photoresist 6, it functions as a mask. This is because the patterning inclination amount that changes depending on the step amount and pattern size of each step or the material of the photoresist 6 and the exposure amount, and the time required to etch the SiO 2 film 4 of each step to a desired depth. , The Al 2 O 3 film 3 is minimized, so that the side wall of the SiO 2 film 4 can be etched perpendicularly to the substrate surface.

【0024】また、エッチングの際にSiO2膜4に傾
斜が生じたとしても、その下にあるAl23膜3のエッ
チングレートがSiO2膜4及びフォトレジスト6より
著しく遅いためテーパ角調整層として機能する。それに
は、各段で異なるSiO2膜4のエッチング傾斜量の補
正に見合った最小限のAl23膜3の膜厚に設定するこ
とにより、SiO2膜4の側壁を基板面に対して垂直に
エッチングする。
Even if the SiO 2 film 4 is inclined during etching, the etching rate of the Al 2 O 3 film 3 therebelow is significantly slower than that of the SiO 2 film 4 and the photoresist 6, and the taper angle is adjusted. Functions as a layer. To this end, by setting the thickness of the Al 2 O 3 film 3 to a minimum in order to correct the etching inclination amount of the SiO 2 film 4 which differs in each stage, the side wall of the SiO 2 film 4 with respect to the substrate surface is set. Etch vertically.

【0025】所望のパターニングを露光、現像処理した
後にAl23膜3をエッチングし、下の主面を露出させ
てからSiO2膜4をエッチングする手段により、所望
のパターニングを得たAl23膜3を下のSiO2膜4
のエッチングに対し確実にマスクとして使うことによ
り、下のSiO2膜4のエッチングの側壁が底面に対し
て垂直にエッチングすることができる。
The exposure of the desired pattern, an Al 2 O 3 film 3 after the development and etching, by means of etching the SiO 2 film 4 to expose the main surface of the lower, Al 2 to give the desired patterning O 3 film 3 underneath SiO 2 film 4
By reliably using it as a mask for the etching, the side wall of the etching of the lower SiO 2 film 4 can be etched perpendicularly to the bottom surface.

【0026】また、図13に示すようにエッチングによ
り損傷を受けたAl23膜3をウエットエッチングによ
り露出部のみ除去し、平滑及び平坦なSiO2膜4を露
出させ、続いて図14に示すように、エッチングにより
損傷を受けたクロム膜5をウエットエッチングを用いて
除去し、平滑及び平坦なSiO2膜4を露出させること
により1段当りの段差が均一となり、しかも断面階段形
状、特に階段と向かい合う側の側壁が底面に対し垂直と
なって、矩形状を成す4段の回折光学素子を作成するこ
とができる。
Further, as shown in FIG. 13, the Al 2 O 3 film 3 damaged by etching is removed by wet etching only at the exposed portion to expose the smooth and flat SiO 2 film 4, and then FIG. As shown in the drawing, the chromium film 5 damaged by etching is removed by wet etching to expose the smooth and flat SiO 2 film 4, so that the step difference per step becomes uniform, and moreover, the cross-sectional staircase shape, especially The side wall on the side facing the stairs is perpendicular to the bottom surface, and a four-stage diffractive optical element having a rectangular shape can be manufactured.

【0027】また、本実施例においては図示していない
が、得られた4段の回折光学素子の回折格子面に真空蒸
着装置を用いてAl反射膜を形成し、反射式回折光学素
子を作成することもできる。
Although not shown in this embodiment, a reflective diffractive optical element is formed by forming an Al reflective film on the diffraction grating surface of the obtained four-stage diffractive optical element using a vacuum vapor deposition apparatus. You can also do it.

【0028】第2の実施例として、第1の実施例におけ
る基板2上の補助膜であるAl23膜3aを成膜せず
に、直接に基板2上に主膜であるSiO2膜4を成膜し
てもよい。この際に、SiO2膜4の積層数を3層から
7層に増加し、SiO2膜4の膜厚を基板2側から順に
263nm、233nm、239nm、243nm、2
44nm、246nm、246nmとする。また、Si
2膜4上に成膜したAl23膜3の膜厚は、最下層の
SiO2側から順に30nm、24nm、20nm、1
9nm、17nm、17nmとする。
As a second embodiment, the SiO 2 film which is the main film is directly formed on the substrate 2 without forming the Al 2 O 3 film 3a which is the auxiliary film on the substrate 2 in the first embodiment. 4 may be formed into a film. At this time, the number of laminated SiO 2 films 4 is increased from 3 layers to 7 layers, and the film thicknesses of the SiO 2 films 4 are sequentially changed from the substrate 2 side to 263 nm, 233 nm, 239 nm, 243 nm, 2 layers.
44 nm, 246 nm and 246 nm. Also, Si
The film thickness of the Al 2 O 3 film 3 formed on the O 2 film 4 is 30 nm, 24 nm, 20 nm, 1 in this order from the SiO 2 side of the bottom layer.
9 nm, 17 nm, and 17 nm.

【0029】また、各層のAl23膜3はウエットエッ
チングでなく、SiO2膜4と同様にRIEエッチング
装置において、CCl4エッチングガスを用いプラズマ
計測を行いながらドライエッチングする。また、他の工
程は第1の実施例と同様としている。
Further, the Al 2 O 3 film 3 of each layer is not wet-etched, but is dry-etched in the same manner as the SiO 2 film 4 in the RIE etching apparatus while performing plasma measurement using CCl 4 etching gas. The other steps are the same as those in the first embodiment.

【0030】Siウェハから成る基板2の上のSiO2
膜4を直接成膜しても、SiはSiO2膜4のエッチン
グガスに対して反応性が異なるため、十分にテーパ角調
整層として機能する。
SiO 2 on a substrate 2 consisting of a Si wafer
Even if the film 4 is directly formed, since Si has different reactivity with the etching gas of the SiO 2 film 4, it functions sufficiently as a taper angle adjusting layer.

【0031】このようにして作成した回折光学素子は、
第1の実施例と同様に1段当りの段差が均一であり、し
かも断面階段形状、特に階段と向かい合う側の側壁が底
面に対し垂直となり、矩形をなす8段から成る反射式回
折光学素子を実現できる。
The diffractive optical element produced in this way is
As in the case of the first embodiment, a stepwise stepped diffractive optical element having a uniform step and a stepped sectional shape, in particular, a side wall opposite to the step is perpendicular to the bottom surface and has a rectangular shape with eight steps is provided. realizable.

【0032】また、Al23膜3を1層省略することに
より、積層膜1の総応力を緩和することができ、基板2
に対し密着力の高い8段の交互積層膜を形成することが
可能となり、高回折効率を有する回折光学素子を得るこ
とができる。
By omitting one Al 2 O 3 film 3, the total stress of the laminated film 1 can be relaxed, and the substrate 2
On the other hand, it is possible to form an eight-layered alternating laminated film having high adhesion, and it is possible to obtain a diffractive optical element having high diffraction efficiency.

【0033】また、SiO2膜4、Al23膜3及びク
ロム膜5は、上述した材料の組み以外でも同様の効果が
得られる。例えば、主膜とマスクには本実施例と同様
に、SiO2膜とクロム膜を用い、補助膜には基板2と
同じSiを用いる組み合わせでもよい。この場合には、
補助膜のエッチングにCF4ガスを用いてSiO2のSi
に対するエッチング選択比を上げてエッチング除去する
ことにより、同様の回折光学素子を得ることができる。
Further, the SiO 2 film 4, the Al 2 O 3 film 3 and the chromium film 5 can obtain the same effect except for the combination of the materials mentioned above. For example, as in the present embodiment, a SiO 2 film and a chromium film may be used for the main film and the mask, and the same Si as the substrate 2 may be used for the auxiliary film. In this case,
CF 4 gas was used for etching the auxiliary film, and Si of SiO 2 was used.
A similar diffractive optical element can be obtained by increasing the etching selection ratio with respect to and removing by etching.

【0034】第3の実施例として、第1の実施例におけ
るSiO2膜4の代りにAl膜、Al23膜3の代りに
Cu膜、クロム膜5の代りにMo膜を用い、基板2上に
積層膜を形成する。Al膜はCCl4エッチングガスに
よりドライエッチングし、Cu膜及びMo膜はそれぞれ
のエッチング液を用いてウエットエッチングにより除去
することもできる。
As a third embodiment, an Al film is used in place of the SiO 2 film 4 in the first embodiment, a Cu film is used in place of the Al 2 O 3 film 3, a Mo film is used in place of the chromium film 5, and a substrate is used. A laminated film is formed on 2. The Al film can be dry-etched with a CCl 4 etching gas, and the Cu film and the Mo film can be removed by wet etching using the respective etching solutions.

【0035】この場合における積層膜1は、膜を構成す
る材料が全て成膜速度の速い金属膜を用いているために
生産性に優れている。
The laminated film 1 in this case is excellent in productivity because all the materials forming the film are metal films having a high film formation rate.

【0036】第4の実施例として、第1の実施例におい
て用いたSiウェハから成る基板2の代りに石英基板を
使用し、得られた回折光学素子の回折格子面にAl反射
膜の代りに反射防止膜を真空蒸着装置を用いて成膜する
ことにより、回折特性が優れた透過式回折光学素子が得
ることができる。また、石英基板以外の透明な光学基材
を用いてもよい。
As a fourth embodiment, a quartz substrate is used instead of the substrate 2 made of the Si wafer used in the first embodiment, and an Al reflection film is used on the diffraction grating surface of the obtained diffractive optical element. By forming the antireflection film using a vacuum vapor deposition device, a transmission type diffractive optical element having excellent diffraction characteristics can be obtained. Also, a transparent optical base material other than the quartz substrate may be used.

【0037】更に、Al23膜3の代りにSi34膜を
用い、基板2側から順に膜厚15nm、600nm、3
5nm、580nm、25nm、590nmとし、Si
34膜とSiO2膜4の交互積層膜を作成し、CF3Br
エッチングガスに添加ガスとして酸素ガスを添加し、プ
ラズマ計測を行いながらエッチングしても良好な回折光
学素子を得ることができる。
Further, instead of the Al 2 O 3 film 3, a Si 3 N 4 film is used, and the film thicknesses are 15 nm, 600 nm, 3 from the substrate 2 side in this order.
5 nm, 580 nm, 25 nm, 590 nm, and Si
An alternating laminated film of 3 N 4 film and SiO 2 film 4 is formed, and CF 3 Br
A good diffractive optical element can be obtained even by adding oxygen gas as an additional gas to the etching gas and performing etching while performing plasma measurement.

【0038】第5の実施例として、第1の実施例におい
て作成した4段の回折光学素子における回折格子面にA
l反射膜を形成せずに、得られた回折光学素子を型とし
て使用することができる。この回折光学素子に紫外線硬
化樹脂を滴下し、その上から光学ガラスを張り合わせ、
回折光学素子の裏面又は表面側から紫外線を照射し硬化
した後に、剥離させることにより、レプリカ転写させた
回折光学素子を得ることができる。更に、このレプリカ
転写させた回折光学素子の回折格子面にAl反射膜を形
成することにより、反射式回折光学素子を形成すること
ができる。
As a fifth embodiment, A is formed on the diffraction grating surface in the four-stage diffractive optical element prepared in the first embodiment.
The obtained diffractive optical element can be used as a mold without forming a 1-reflecting film. UV-curing resin is dropped on this diffractive optical element, and optical glass is stuck on it,
A replica-transferred diffractive optical element can be obtained by irradiating ultraviolet rays from the back surface or front surface side of the diffractive optical element to cure and then peeling it off. Further, by forming an Al reflection film on the diffraction grating surface of the replica-transferred diffractive optical element, a reflective diffractive optical element can be formed.

【0039】このようにして、作成した反射式回折光学
素子は第1の実施例と同様に1段当りの段差が均一であ
り、しかも反射式回折光学素子を再現性良く、しかも安
価に作成できる。勿論、型としての使用方法は本実施例
において上述した以外のものを用いてもよい。
The reflective diffractive optical element thus prepared has a uniform step difference per step as in the first embodiment, and the reflective diffractive optical element can be manufactured with good reproducibility and at low cost. . Of course, the method of using the mold may be other than that described in the present embodiment.

【0040】第6の実施例として、第5の実施例におい
て作成した型を射出成形機に取り付け、透明な熱可塑性
樹脂を用いて基板2と回折光学素子が一体形状を成すよ
うに成形し、この回折光学素子面と基板2の裏面側に反
射防止膜を蒸着することにより、基板2と一体型の透過
式回折光学素子を得ることができる。
As a sixth embodiment, the mold prepared in the fifth embodiment is attached to an injection molding machine, and a transparent thermoplastic resin is used to mold the substrate 2 and the diffractive optical element into an integral shape. By depositing an antireflection film on the surface of the diffractive optical element and the back surface of the substrate 2, a transmissive diffractive optical element integrated with the substrate 2 can be obtained.

【0041】このようにして作成した回折光学素子は1
段当りの段差が均一であり、しかも生産性に優れた透過
式回折光学素子を再現性良く、安価に作成できる。この
回折光学素子は色分解フィルタとして画像読取装置、液
晶プロジェクタで使用可能であり、また回折レンズとし
て撮影光学系、投影光学系に用いることができる。
The diffractive optical element produced in this way is 1
It is possible to produce a transmissive diffractive optical element having uniform steps and excellent productivity with low reproducibility and at low cost. The diffractive optical element can be used as a color separation filter in an image reading device and a liquid crystal projector, and can be used as a diffractive lens in a photographing optical system and a projection optical system.

【0042】なお、Al23膜3a、3b、3cの膜厚
を各層毎に最適な膜厚でなく、最も厚い45nmに統一
して積層して作成した回折光学素子は、基板2との密着
力が弱く、面内で一部に膜浮きによる面変形が見られ
た。また、Al23膜3a、3b、3cをウエットエッ
チングにおいて3回除去するため、上層のAl23膜3
cの端部では横方向へのくびれが見られ、高精度の矩形
形状をした階段状の回折光学素子が得られず、更には成
膜時間が非常に長くなり生産性にも劣る。しかも、得ら
れた回折光学素子の回折分光特性は反射率が低く、所望
の分光特性が得ることができない。
The Al 2 O 3 films 3a, 3b, and 3c are not the optimum film thickness for each layer, and the diffractive optical element formed by unifying the layers to the thickest film of 45 nm is The adhesion was weak, and some surface deformation was observed due to film lifting in the surface. Further, since the Al 2 O 3 films 3a, 3b, and 3c are removed three times by wet etching, the upper Al 2 O 3 film 3 is removed.
A lateral constriction is observed at the end of c, a highly precise stepped diffractive optical element having a rectangular shape cannot be obtained, and further, the film formation time becomes very long and the productivity is poor. Moreover, the diffraction spectral characteristic of the obtained diffractive optical element has a low reflectance, and the desired spectral characteristic cannot be obtained.

【0043】なお、第1の実施例においてSiO2膜4
をエッチングした後に、フォトレジスト6でパターニン
グせずに、Al23膜3を除去してからフォトレジスト
6でパターニングする工程に変えることにより、作成し
た回折光学素子はSiO2膜4のエッチング中にフォト
レジスト6の端部がエッチングで後退するため、SiO
2膜4の側壁が底面に対しフォトレジスト6と同様な傾
斜が生じてしまい、所望の矩形形状を有する階段状回折
格子は得ることができない場合がある。
In the first embodiment, the SiO 2 film 4 is used.
After the etching, the Al 2 O 3 film 3 is not removed by patterning with the photoresist 6 and the process is changed to the patterning with the photoresist 6, so that the diffractive optical element is produced while the SiO 2 film 4 is being etched. Since the end of the photoresist 6 recedes due to etching,
In some cases, the side wall of the film 4 has an inclination similar to that of the photoresist 6 with respect to the bottom surface, so that a step diffraction grating having a desired rectangular shape may not be obtained.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る微細構
造の作成方法は、各段のレジストパターニングの傾斜量
が変っても、又は各段の段差量即ち深さが変っても階段
と向かい合う側の側壁を底面に対し垂直にすることがで
きる。また、主膜が僅かに傾斜を有するエッチング条件
でエッチングしたとしても、側壁を底面即ち基板面に対
して垂直になるように補正できる。
As described above, in the method of forming a fine structure according to the present invention, even if the inclination amount of resist patterning of each step changes or the step amount or depth of each step changes, it faces the steps. The side sidewalls can be perpendicular to the bottom surface. Even if the main film is etched under the etching condition having a slight inclination, the side wall can be corrected so as to be perpendicular to the bottom surface, that is, the substrate surface.

【0045】更に、各段のレジストパターニングの傾斜
量が変っても、又は各段の段差量即ち深さが変化して
も、階段と向かい合う側の側壁を底面に対し精度良く垂
直にする効果があり、各段の幅を精度良く制御すること
ができる。
Further, even if the inclination amount of the resist patterning of each step changes or the step amount, that is, the depth of each step changes, the side wall facing the stairs can be accurately vertical to the bottom surface. Therefore, the width of each step can be controlled accurately.

【0046】また、各段の段幅がそれぞれ所望のパター
ン寸法を精度良く維持し、エッチング形成され、エッチ
ング面の荒れが少なく、何れの面も平滑及び平坦な面が
得られ、回折特性に優れた回折光学素子が得られる。
In addition, the step width of each step maintains a desired pattern dimension with high precision, and etching is performed, so that the etched surface is less rough and both surfaces are smooth and flat, and the diffraction characteristics are excellent. A diffractive optical element is obtained.

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

【図1】回折光学素子の作成工程の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a diffractive optical element.

【図2】回折光学素子の作成工程の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a diffractive optical element.

【図3】回折光学素子の作成工程の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a diffractive optical element.

【図4】回折光学素子の作成工程の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a diffractive optical element.

【図5】回折光学素子の作成工程の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the diffractive optical element.

【図6】回折光学素子の作成工程の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the diffractive optical element.

【図7】回折光学素子の作成工程の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the diffractive optical element.

【図8】回折光学素子の作成工程の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the diffractive optical element.

【図9】回折光学素子の作成工程の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the diffractive optical element.

【図10】回折光学素子の作成工程の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the diffractive optical element.

【図11】回折光学素子の作成工程の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the diffractive optical element.

【図12】回折光学素子の作成工程の説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the diffractive optical element.

【図13】回折光学素子の作成工程の説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the diffractive optical element.

【図14】回折光学素子の作成工程の説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the diffractive optical element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 多層膜 2 基板 3 Al23膜 4 SiO2膜 5 クロム膜 6 フォトレジスト1 Multilayer Film 2 Substrate 3 Al 2 O 3 Film 4 SiO 2 Film 5 Chrome Film 6 Photoresist

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の階段状要素が並ぶ微細構造を作成
する方法であって、基板上にエッチングガスに反応する
複数の第1の薄膜と、エッチングレートが前記第1の薄
膜よりも小さい複数の第2の薄膜とを交互に積層し、前
記第1の薄膜を前記階段状要素の主要部とし、前記第2
の薄膜を前記第1の薄膜をエッチングする際のストッパ
層とし、前記第2の薄膜が露出するように前記第1の薄
膜をその側面に傾斜を残してエッチングする第1の工程
と、該第1の工程の後に前記第2の薄膜を露出させた状
態で前記第1の薄膜の側面をエッチングすることにより
前記側面の角度が垂直となるように修正する第2の工程
とを有し、前記第1の薄膜のそれぞれを前記第1の工程
でエッチングした後に前記側面に残る傾斜量が互いに異
なり、前記第2の薄膜のそれぞれの膜厚を前記傾斜量の
補正に見合った最小限の膜厚とすることを特徴とする微
細構造の作成方法。
1. A method of forming a microstructure in which a plurality of step-like elements are arranged side by side, which is responsive to an etching gas on a substrate.
A plurality of first thin films and the first thin film having an etching rate
Alternately stacking a plurality of second thin films smaller than the film,
The first thin film serves as a main part of the stepped element, and the second thin film
Stopper for etching the first thin film
The first thin film as a layer so that the second thin film is exposed.
First step of etching the film leaving a slope on its side surface
And a state in which the second thin film is exposed after the first step.
By etching the side surface of the first thin film
Second step of correcting the angle of the side surface to be vertical
And each of the first thin film in the first step
The amount of tilt remaining on the side surface after etching with
And the film thickness of each of the second thin films is
A method for producing a fine structure, characterized in that the film thickness is set to a minimum value commensurate with the correction .
【請求項2】 請求項1に記載の方法で作成した回折光
学素子
2. Diffracted light produced by the method according to claim 1.
Science element .
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