JP3483445B2 - Diffractive optical element and method for manufacturing the element - Google Patents

Diffractive optical element and method for manufacturing the element

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JP3483445B2 JP36341397A JP36341397A JP3483445B2 JP 3483445 B2 JP3483445 B2 JP 3483445B2 JP 36341397 A JP36341397 A JP 36341397A JP 36341397 A JP36341397 A JP 36341397A JP 3483445 B2 JP3483445 B2 JP 3483445B2
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

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、露光装置、撮影装
置、照明装置等に組み込まれた光学系のレンズとして使
用する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 diffractive optical element used as a lens of an optical system incorporated in an exposure device, a photographing device, a lighting device and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、回折格子は分光器の分光素子とし
て使用されており、その格子断面形状は鋸歯状で所謂ブ
レーズドタイプと呼ばれ、回折効率は100%に達する
ものもある。一方、近年回折を利用した光学素子として
階段状の格子断面形状を有するバイナリオプティックス
(Binary Optics :BO)素子が注目されている。所定
周期の輪帯状格子が形成されたBO素子はBOレンズと
も呼ばれ、色消し効果や非球面効果が見込まれるため
に、新しい光学系への発展に大きな期待が持たれてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, a diffraction grating has been used as a spectroscopic element of a spectroscope, and the cross section of the grating has a sawtooth shape, which is called a blazed type, and there are some diffraction efficiency of 100%. On the other hand, in recent years, a binary optics (BO) element having a stepwise grating cross-sectional shape has been attracting attention as an optical element utilizing diffraction. A BO element in which a ring-shaped grating having a predetermined period is formed is also called a BO lens, and since an achromatic effect and an aspherical effect are expected, there is great expectation for development of a new optical system.

【0003】BOレンズへの要求仕様は、ブレーズドタ
イプの現状の切削加工限界を大幅に越えているために、
半導体の加工法であるリソグラフィ法によって、高精度
の微細加工がある程度可能とされている。一般のスチー
ルカメラなどの写真撮影のためのレンズ光学系にBOレ
ンズを適用する場合には、金属の型材を用いた型加工に
よるプラスチック及び硝子のモールド法で製造が可能で
あるが、紫外線等の波長の短い光線に適用するために
は、更により微細な加工精度及び高寸法精度が要求され
る。そのために、例えば露光焼付けにはi線用ステッ
パ、ドライエッチングには平行平板型のRIE装置を使
用し、半導体製造用の紫外線を用いたフォトリソグラフ
ィ技術により、4段形状のBOレンズの場合は2枚のマ
スクを使用し、8段形状のBOレンズの場合は3枚のマ
スクを使用して石英基板を直接加工している。
The required specifications for the BO lens greatly exceed the current cutting limit of the blazed type.
High-precision fine processing is enabled to some extent by a lithography method which is a processing method of a semiconductor. When a BO lens is applied to a lens optical system for taking a picture of a general steel camera or the like, it can be manufactured by a plastic and glass molding method by a mold processing using a metal mold material. In order to apply it to a light beam having a short wavelength, finer processing accuracy and higher dimensional accuracy are required. Therefore, for example, an i-line stepper is used for exposure and baking, a parallel plate type RIE device is used for dry etching, and a photolithography technique using ultraviolet rays for semiconductor manufacturing is used, and in the case of a 4-step BO lens, 2 The quartz substrate is directly processed by using three masks, and in the case of an 8-step BO lens, three masks are used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例のレンズ材料や加工法では、使用する光源が可視
光域や赤外光域の波長の長い場合には、精度は低くても
適用可能であるが、遠紫外光に適用するためには、現状
の紫外線用の露光焼付装置の限界を越えた、例えば位置
精度、重ね合わせ精度、エッチング精度、厚さ(段差)
精度、エッジ精度(角度、傾斜、壁面)等の精度が要求
される。また、BOレンズの製造方法は、重ね合わせの
精度が素子単位のエッジ精度に大きな影響を与え、特に
8段や16段の重なった側面を垂直にすることは極めて
難しい。また、BOレンズの寸法即ちレンズ径が大きく
なるために、分割露光を行って製造しなければならず、
これは上述の精度に対しては致命的な問題となる。
However, the above-mentioned conventional lens materials and processing methods can be applied even if the accuracy is low when the light source used has a long wavelength in the visible light region or infrared light region. However, in order to apply to far-ultraviolet light, beyond the limits of the current exposure and printing apparatus for ultraviolet rays, for example, position accuracy, overlay accuracy, etching accuracy, thickness (step)
Precision such as precision and edge precision (angle, inclination, wall surface) is required. Further, in the method of manufacturing a BO lens, the precision of superposition has a great influence on the edge precision of each element, and it is extremely difficult to make the overlapping side surfaces of 8 steps and 16 steps vertical. Further, since the size of the BO lens, that is, the lens diameter is large, it is necessary to perform the divided exposure to manufacture the BO lens.
This is a fatal problem for the above accuracy.

【0005】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
精度良く階段形状を形成し紫外線用に利用可能な高性能
の回折光学素子を提供することにある。
The object of the present invention is to solve the above problems,
An object of the present invention is to provide a high-performance diffractive optical element that can be accurately formed into a staircase shape and can be used for ultraviolet rays.

【0006】また、本発明の他の目的は、高性能の回折
光学素子を能率良く製造する回折光学素子の製造方法を
提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a high-performance diffractive optical element with high efficiency.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る回折光学素子は、階段形状の最上段とな
る位置に配置した透光性エッチングマスクを使用して、
所定段数の階段加工を行って形成した回折光学素子であ
って、前記透光性エッチングマスクが前記最上段位置の
段又は該段の一部を形成するようにしたことを特徴とす
る。
A diffractive optical element according to the present invention for achieving the above object uses a translucent etching mask arranged at a position which is the uppermost step of a staircase shape,
A diffractive optical element formed by performing a predetermined number of steps
Therefore, the translucent etching mask is located at the uppermost position.
It is characterized in that a step or a part of the step is formed .

【0008】[0008]

【0009】更に、本発明に係る回折光学素子の製造方
法は、階段構造を形成する際に、該階段構造の最上段と
なるべき位置にのみエッチングマスクを形成する工程
と、該エッチングマスクを利用して所定段数の階段構造
を形成する工程とを有することを特徴とする。
Further, in the method for manufacturing a diffractive optical element according to the present invention, when forming a staircase structure, a step of forming an etching mask only at a position which should be the uppermost stage of the staircase structure and the etching mask are used. And a step of forming a staircase structure with a predetermined number of steps.

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【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1は輪帯状に回折要素(格子)が形
成されたBOレンズ1の斜視図、図2は断面図、図3は
一部の拡大断面図を示している。設計上、使用波長24
8nmのKrFレーザー用を想定して、回折要素単位で
ある輪帯の数を約1800本とし、各輪帯がそれぞれ図
3に示すような5段の階段状のBO形状を有する直径2
0mmの円形のBOレンズ1を構成している。このBO
レンズ1の最外殻の輪帯は、設計値で各段の幅が0.5
6μm、高さが0.124μmで、BOレンズの回折要
素単位としては輪帯の幅は2.8μm、高さは0.49
6μmである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is a perspective view of a BO lens 1 having a diffractive element (grating) formed in an annular shape, FIG. 2 is a sectional view, and FIG. 3 is a partially enlarged sectional view. 24 wavelength used by design
Assuming that it is for an 8 nm KrF laser, the number of orbicular zones that are diffraction element units is about 1800, and each orbicular zone has a step-like BO shape with five steps as shown in FIG.
A 0 mm circular BO lens 1 is configured. This BO
The outermost ring of lens 1 has a design value of 0.5 for each step.
6 μm, the height is 0.124 μm, and the width of the ring zone is 2.8 μm and the height is 0.49 as the diffractive element unit of the BO lens.
It is 6 μm.

【0012】本実施例において、直径20mmのBOレ
ンズ1は、直径100mm、厚さ2mmの石英基板上に
リソグラフィ法を利用して形成される。図4を用いて、
BOレンズ1の製造方法を説明する。なお、図4では図
3と同様に形成されるBOレンズ1の一部領域の断面拡
大図を示している。
In this embodiment, the BO lens 1 having a diameter of 20 mm is formed on a quartz substrate having a diameter of 100 mm and a thickness of 2 mm by using the lithography method. Using FIG. 4,
A method of manufacturing the BO lens 1 will be described. Note that FIG. 4 shows an enlarged cross-sectional view of a partial region of the BO lens 1 formed similarly to FIG.

【0013】先ず、図4(a) の工程において、スピンコ
ータを使用して石英基板等から成る基板2上に0.6μ
mの膜厚でフォトレジスト3を塗布する。次に、図4
(b) の工程において、i線ステッパを用いて1周期の格
子のエッジを規定するためのパターンを露光する。3’
は露光された露光域のパターンであり、後述の工程によ
りパターン3’に1周期の格子(回折要素)のエッジを
規定するためのマスクが形成される。
First, in the step of FIG. 4 (a), 0.6 μ is formed on a substrate 2 made of a quartz substrate or the like by using a spin coater.
Photoresist 3 is applied to a film thickness of m. Next, FIG.
In the step (b), an i-line stepper is used to expose a pattern for defining the edge of the grating for one period. 3 '
Is a pattern of the exposed exposure area, and a mask for defining an edge of a grating (diffraction element) of one period is formed in the pattern 3 ′ by a process described later.

【0014】続いて、図4(c) の工程において、フォト
レジスト3を現像する。本実施例では、ポジ型レジスト
を用いているのでパターン3’が除去される。続いて、
図4(d) の工程において、スパッタリング蒸着装置を使
用して厚さ0.124μmのアルミナ(Al23 )膜
4を、レジストパターンが形成された基板2上に蒸着す
る。そして、図4(e) の工程において、リフトオフ法に
よりフォトレジスト3を酸素プラズマを使用したアッシ
ャ又はリムーバ処理で基板2上から除去する。ここで、
上述の1周期の格子のエッジを規定するための環状のマ
スク4’が完成する。
Then, in the step of FIG. 4C, the photoresist 3 is developed. In this embodiment, since the positive type resist is used, the pattern 3'is removed. continue,
In the step of FIG. 4D, a 0.124 μm-thick alumina (Al 2 O 3 ) film 4 is vapor-deposited on the substrate 2 on which the resist pattern is formed, using a sputtering vapor deposition apparatus. Then, in the step of FIG. 4E, the photoresist 3 is removed from the substrate 2 by the lift-off method by an asher or remover process using oxygen plasma. here,
An annular mask 4'for defining the above-mentioned one period of the grating edge is completed.

【0015】この後の工程においては、レジスト塗布、
露光、現像、エッチング、レジスト除去という一連の工
程を繰り返し、マスク4’が形成されている領域以外の
領域に所定の段数の階段構造を形成する。図4(f) の工
程においては、クロムマスク5のパターンが露光された
レジストをエッチングマスクとして、ドライエッチング
(RIE)法を使用して基板2に2段の階段構造を形成
している。図4(g) の工程においては、クロムマスク6
のパターンが露光されたレジストをエッチングマスクと
して、基板2に4段の階段構造を形成している。
In the subsequent steps, resist coating,
A series of steps of exposure, development, etching, and resist removal are repeated to form a stepped structure having a predetermined number of steps in a region other than the region where the mask 4'is formed. In the step of FIG. 4F, a two-step staircase structure is formed on the substrate 2 by using the dry etching (RIE) method with the resist having the pattern of the chrome mask 5 exposed as an etching mask. In the process of FIG. 4 (g), the chrome mask 6
The resist having the exposed pattern is used as an etching mask to form a four-step staircase structure on the substrate 2.

【0016】最後に、図4(h) の工程において、マスク
4’をエッチングマスクとして、エッチングを行うこと
により、基板2に5段の階段構造が形成できる。
Finally, in the step of FIG. 4H, etching is performed using the mask 4'as an etching mask to form a 5-step staircase structure on the substrate 2.

【0017】本実施例においては、1周期の格子のエッ
ジを規定するためのマスク4’を基板2に階段構造を形
成する前に形成するので、階段構造を形成するための後
の工程において格子のエッジに対する位置ずれが生ぜ
ず、精度良くBO素子を製造することができる。
In this embodiment, since the mask 4'for defining the edge of the grating of one period is formed before the step structure is formed on the substrate 2, the grating is formed in the subsequent step for forming the step structure. The BO element can be manufactured with high accuracy without any positional deviation with respect to the edge of the.

【0018】なお本実施例では、5段のBOレンズ1の
製造工程を説明したが、マスク4’の幅を所定の幅つま
り最終的に形成すべき階段1段の幅にし、図4(f) や図
4(g) のような工程をクロムマスク5、6のパターンを
変えながら繰り返すことによって、5段以外のBOレン
ズを製造することもできる。なお、図4(f) 及び図4
(g) の工程では、2枚のクロムマスク5、6を用いるこ
とによって22 =4段の階段構造を形成、つまりN枚の
クロムマスクを用いることによって2N 段の階段構造を
形成したが、これ以外の方法、例えば1段ずつ階段構造
を形成してゆく方法を用いてもよい。また、図4(f) 〜
図4(h) の工程は逆の順番で行っても支障はない。
In this embodiment, the manufacturing process of the BO lens 1 having five steps has been described. However, the width of the mask 4'is set to a predetermined width, that is, the width of one step to be finally formed, and as shown in FIG. 4) and FIG. 4 (g) are repeated while changing the patterns of the chrome masks 5 and 6, so that BO lenses other than the five-stage can be manufactured. Note that FIG. 4 (f) and FIG.
In the step (g), 2 2 = 4 steps of stair structure are formed by using two chromium masks 5 and 6, that is, 2 N steps are formed by using N chromium masks. A method other than this, for example, a method of forming a staircase structure step by step may be used. Also, FIG. 4 (f)-
There is no problem even if the steps of FIG. 4 (h) are performed in the reverse order.

【0019】次に、第2の実施例を説明するが、図4に
示した製造方法と大部分は同様であるので細かい説明は
省略する。なお、説明で用いられる各符号は、図4で用
いたものと同じである。この第2の実施例では、第1の
実施例と同様に直径100mm、厚さ2mmの石英基板
2と、エッチングマスクとしてクロム(Cr)の薄膜を
使用し、基板2上にスパッタリング蒸着用のRFスパッ
タリング装置によりクロム膜を約0.1μm成膜し、直
径20mmの円形のBOレンズ1を作成することができ
る。
Next, the second embodiment will be described. However, since the manufacturing method shown in FIG. 4 is almost the same as the manufacturing method shown in FIG. The reference numerals used in the description are the same as those used in FIG. In the second embodiment, as in the first embodiment, a quartz substrate 2 having a diameter of 100 mm and a thickness of 2 mm and a chromium (Cr) thin film as an etching mask are used, and an RF for sputtering vapor deposition is formed on the substrate 2. It is possible to form a circular BO lens 1 having a diameter of 20 mm by forming a chromium film with a thickness of about 0.1 μm using a sputtering device.

【0020】先ず加工の前段階として、BOレンズ1の
1周期の格子単位の最上段の最外周領域に当るエッジ部
分の輪帯の段幅0.56μmの部分に、クロム膜を成膜
する。予め、基板2上にレジストをスピンコータを使用
して0.5μm程度塗工した後に、真空蒸着装置を使用
してクロム膜を約0.1μm蒸着する。次に、レジスト
を酸素プラズマを使用したアッシャ法で除去することに
より、リフトオフ効果でクロム膜の輪帯パターンを形成
する。このとき、過剰にプラズマアッシャ法を施すこと
によって、金属クロム膜は透明な酸化クロム膜に変換す
る。
First, as a pre-processing step, a chromium film is formed on a portion of the ring zone having a step width of 0.56 μm at the edge portion corresponding to the uppermost outermost peripheral region of the grating unit of one cycle of the BO lens 1. In advance, a resist is applied on the substrate 2 to a thickness of about 0.5 μm using a spin coater, and then a chromium film is deposited to a thickness of about 0.1 μm using a vacuum vapor deposition device. Then, the resist is removed by an asher method using oxygen plasma to form a ring-shaped zone pattern of the chromium film by the lift-off effect. At this time, the metal chromium film is converted into a transparent chromium oxide film by excessively performing the plasma asher method.

【0021】続いて、λ=365nmのi線用のステッ
パを使用し、クロムマスク5、6のパターンを基板2上
のフォトレジストに縮小焼付けし、現像したレジストパ
ターンをマスクとして、ドライエッチング(RIE)法
を使用して石英基板2をエッチング加工する。このと
き、エッチングガスとしてはCF4 /H2 、CH22
主体のガスを使用する。上述の工程を2枚のマスク5、
6を使用して2回繰り返し、更にクロム膜のエッチング
マスクを使用してドライエッチングを行い、段差0.1
24μmを形成した後に、酸素プラズマによるアッシャ
法を使用してレジストを除去することにより、クロム膜
を光透過性が十分良好な酸化クロム膜に変換する。この
ようにして、図3に示すような断面形状の性能の良い5
段のBOレンズ1を作成する。
Then, using a stepper for i-line of λ = 365 nm, the patterns of the chrome masks 5 and 6 are reduced and baked on the photoresist on the substrate 2, and the developed resist pattern is used as a mask to perform dry etching (RIE). ) Method is used to etch the quartz substrate 2. At this time, the etching gas used is CF 4 / H 2 , CH 2 F 2
Main gas is used. The above process is performed by using two masks 5,
Repeat twice using 6 and dry etching is performed using an etching mask of chrome film to obtain a step of 0.1
After forming 24 μm, the resist is removed by using an asher method using oxygen plasma, so that the chromium film is converted into a chromium oxide film having sufficiently good light transmittance. In this way, the cross-sectional shape as shown in FIG.
The BO lens 1 of a step is created.

【0022】第3の実施例として、第1の実施例と同様
の作成方法を使用して直径20mmの9段のBOレンズ
1を作成する。エッチングマスク4’としてアルミナの
代りに弗化カルシウム(CaF2 )を使用し、エッチン
グマスクを0.31μm幅の輪帯に形成し、3枚のクロ
ムマスクを使用して、フォトリソグラフィ工程とドライ
エッチング工程により、段差0.62μmの回折効率の
高い9段のBOレンズ1を作成する。
As a third embodiment, a 9-step BO lens 1 having a diameter of 20 mm is prepared by using the same manufacturing method as in the first embodiment. Calcium fluoride (CaF 2 ) was used as the etching mask 4'instead of alumina, the etching mask was formed into a 0.31 μm wide ring, and three chrome masks were used to perform the photolithography process and dry etching. By the process, the 9-step BO lens 1 having a step difference of 0.62 μm and high diffraction efficiency is prepared.

【0023】第4の実施例として、第2の実施例と同様
に石英基板2上にマグネシウム(Mg)、アルミニウム
(Al)等の金属のエッチングマスクを成膜した後に、
フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程を経
て、加工及び最終工程に弗素イオン照射法を使用して透
光処理を行って、これにより5段のBOレンズ1を作成
する。
As a fourth embodiment, after forming an etching mask of metal such as magnesium (Mg) or aluminum (Al) on the quartz substrate 2 as in the second embodiment,
After the photolithography process and the dry etching process, a light-transmissive process is performed by using a fluorine ion irradiation method in the processing and the final process, thereby forming the BO lens 1 having five stages.

【0024】第5の実施例として、第2の実施例と同様
に石英基板上に錫(Sn)、ハフニウム(Hf)、アル
ミニュウム等のエッチングマスクを成膜した後に、フォ
トリソグラフィ工程とドライエッチング工程を経て、加
工途中の工程で酸素プラズマアッシャ法を使用した酸化
透光処理を行って、5段のBOレンズ1を作成する。
As a fifth embodiment, similarly to the second embodiment, a photolithography process and a dry etching process are performed after forming an etching mask of tin (Sn), hafnium (Hf), aluminum or the like on a quartz substrate. After that, an oxidative light-transmitting process using an oxygen plasma asher method is performed in a process in the middle of processing to form a BO lens 1 having five stages.

【0025】第6の実施例として、第1の実施例と同様
にアルミナのエッチングマスクを設けた石英基板2を使
用して、フォトリソグラフィ工程及びドライエッチング
工程を経て5段のBOレンズ1を加工し、この5段BO
レンズ1の両面に反射防止膜を設置する。反射防止膜と
しては、酸化マグネシウム(MgO)と弗化マグネシウ
ム(MgF2 )を、RFスパッタリング法を使用して、
各厚さ62nmに積層する。積層された基板2の回折効
率をKrFレーザー光を使用して測定すると、平均して
80%以上の良好な結果が得られている。
As a sixth embodiment, a quartz substrate 2 provided with an alumina etching mask as in the first embodiment is used to process a 5-step BO lens 1 through a photolithography process and a dry etching process. And this 5 step BO
An antireflection film is provided on both surfaces of the lens 1. As the antireflection film, magnesium oxide (MgO) and magnesium fluoride (MgF 2 ) are used by the RF sputtering method.
Laminate to each thickness of 62 nm. When the diffraction efficiency of the laminated substrates 2 is measured using KrF laser light, good results of 80% or more on average are obtained.

【0026】第7の実施例は第1の実施例と同様の直径
100mm、厚さ2mmの石英基板2を使用し、加工の
前段階として、図4に示すようにBOレンズ1の1周期
の格子単位の最上段の最外周に当る領域にクロム膜を成
膜する。予め、基板2上にレジストをスピンコータを使
用して0.5μm程度塗工した後に、真空蒸着装置を使
用してクロム膜を50nm蒸着し、更にレジストをデベ
ロッパで現像することにより、リフトオフ効果でクロム
膜の輪帯パターンを形成する。
The seventh embodiment uses the same quartz substrate 2 having a diameter of 100 mm and a thickness of 2 mm as in the first embodiment. As a pre-processing step, one cycle of the BO lens 1 is used as shown in FIG. A chromium film is formed in the region corresponding to the outermost circumference of the uppermost stage of the lattice unit. In advance, a resist was applied on the substrate 2 by a spin coater to a thickness of about 0.5 μm, and then a chromium film was vapor-deposited to a thickness of 50 nm by using a vacuum vapor deposition device, and the resist was developed by a developer, so that the chromium was lifted off. Form an annular pattern of membranes.

【0027】λ=365nmのi線用のステッパを使用
し、図4に示す2枚のクロムマスク5、6を使用し、そ
のパターンを石英基板2上のフォトレジストに縮小焼付
けし、現像したレジストパターンをマスクとして、ドラ
イエッチング(RIE)法を使用して、石英基板2上の
クロム膜4をエッチング加工する。この工程を2回の繰
り返すことにより、4段の階段形状を形成し、次の工程
で予め基板2に設けたクロム膜のパターンをエッチング
マスクとして、約0.1μmドライエッチングを1段行
って、合計5段の階段形状を形成する。そして、最後に
硫酸セリュウムアンモニウムと過塩素酸から成るエッチ
ャントを使用して、クロム膜3のエッチングマスクを除
去することにより、図3に示す5段のBO回折格子を有
する直径20mmのBOレンズ1が完成する。
Using a stepper for i-line of λ = 365 nm and two chrome masks 5 and 6 shown in FIG. 4, the pattern is reduced and baked on the photoresist on the quartz substrate 2 and developed resist Using the pattern as a mask, the chromium film 4 on the quartz substrate 2 is etched by using the dry etching (RIE) method. By repeating this step twice, four steps are formed, and in the next step, about 0.1 μm dry etching is performed by one step using the pattern of the chromium film previously provided on the substrate 2 as an etching mask, A total of 5 steps are formed. Finally, an etchant composed of cerium ammonium sulfate and perchloric acid is used to remove the etching mask of the chromium film 3 to form a BO lens 1 having a diameter of 20 mm and having a 5-step BO diffraction grating shown in FIG. Is completed.

【0028】第8の実施例として、エッチングマスクに
チタンの薄膜を使用し、第7の実施例と同様に直径20
mmの円形のBOレンズ1の作成を行う。直径100m
m、厚さ2mmの石英の結晶基板2を使用し、BOレン
ズ1の加工の前段階として、基板2上のBOレンズ1の
1周期の格子単位の最上段に当る領域即ちエッジ部分に
相当する領域に、予めレジストをスピンコータを使用し
て0.5μm程度塗工した後に、スパッタリング蒸着装
置を使用してチタン膜を厚さ60nm蒸着する。更に、
レジストをアセトン液を使用して除去することにより、
リフトオフ効果でチタン膜3の輪帯パターンを得る。
In the eighth embodiment, a titanium thin film is used for the etching mask, and the diameter is 20 as in the seventh embodiment.
A circular BO lens 1 having a size of mm is prepared. Diameter 100m
A quartz crystal substrate 2 having a thickness of 2 mm and a thickness of 2 mm is used, and as a pre-stage of the processing of the BO lens 1, it corresponds to a region corresponding to the uppermost stage of the lattice unit of one period of the BO lens 1 on the substrate 2, that is, an edge portion. A resist is applied in advance to a region of about 0.5 μm using a spin coater, and then a titanium film is deposited to a thickness of 60 nm using a sputtering vapor deposition device. Furthermore,
By removing the resist using an acetone solution,
An annular pattern of the titanium film 3 is obtained by the lift-off effect.

【0029】λ=365nmのi線用のステッパを使用
し、クロムマスク5、6のパターンをBO基板上のフォ
トレジストに縮小焼付けし、現像したレジストパターン
をマスクとして、ドライエッチング(RIE)法を使用
して、石英基板2をエッチング加工する。このとき、エ
ッチングガスとしてCF4 /H2 、CH22 主体のガ
スを使用する。この工程をマスク5、6に関して2回繰
り返して4段の階段形状を形成し、更にチタン膜のエッ
チングマスクによりドライエッチングを行って1段を形
成する。そして、最後に硝酸系のエッチャントでチタン
膜を除去して、良好なエッジ精度を有する5段のBOレ
ンズ1が完成する。このBOレンズ1の回折効率は、平
均で70%以上の良好な結果が得られている。
Using a stepper for i-line of λ = 365 nm, the patterns of the chrome masks 5 and 6 are reduced and baked on the photoresist on the BO substrate, and the developed resist pattern is used as a mask to perform dry etching (RIE). The quartz substrate 2 is used for etching. At this time, a gas mainly containing CF 4 / H 2 and CH 2 F 2 is used as an etching gas. This step is repeated twice for the masks 5 and 6 to form a staircase having four steps, and further dry etching is performed using an etching mask of a titanium film to form one step. Finally, the titanium film is removed with a nitric acid-based etchant to complete the five-stage BO lens 1 having good edge accuracy. With respect to the diffraction efficiency of this BO lens 1, good results of 70% or more on average have been obtained.

【0030】第9の実施例として、第7の実施例と同様
な作成方法を使用して、直径20mmの9段のBOレン
ズ1を作成する。エッチングマスク材としてクロムの代
りにタングステン(W)を使用し、フォトリソグラフィ
工程及びドライエッチング工程を経て、最後に弗硝酸系
のエッチャントを使用してタングステン膜を除去するこ
とにより、高回折効率の9段のBOレンズ1を作成する
ことができる。
As a ninth embodiment, a 9-step BO lens 1 having a diameter of 20 mm is prepared by using the same manufacturing method as in the seventh embodiment. By using tungsten (W) instead of chromium as an etching mask material, a photolithography process and a dry etching process, and finally using a fluorine-nitric acid-based etchant to remove the tungsten film, a high diffraction efficiency of 9 is obtained. A stepped BO lens 1 can be created.

【0031】第10の実施例として、第7の実施例と同
様に蛍石基板2上に、錫(Sn)、タンタル(Ta)、
アルミニュウム(Al)等のエッチングマスクを成膜し
た後に、フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工
程を経て、5段のBOレンズ1を作成する。このBOレ
ンズ1の回折効率をKrFレーザー光を使用して測定し
たところ、同様に70%以上の良好な結果が確認されて
いる。
As a tenth embodiment, as in the seventh embodiment, tin (Sn), tantalum (Ta),
After forming an etching mask of aluminum (Al) or the like, a 5-step BO lens 1 is formed through a photolithography process and a dry etching process. When the diffraction efficiency of this BO lens 1 was measured using a KrF laser beam, a good result of 70% or more was similarly confirmed.

【0032】第11の実施例として、第7の実施例と同
様にクロムのエッチングマスクを設けた石英基板2を使
用して、フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工
程を経て5段のBOレンズ1を加工した後に、このBO
レンズ1の両面に反射防止膜を設置する。反射防止膜と
しては、酸化マグネシウムとアルミナをRFスパッタリ
ング法を使用して、それぞれ厚さ62nmの横層に設置
する。このBOレンズ1の回折効率をKrFレーザー光
を使用して測定したところ、平均して80%の良好な結
果が得られている。
As an eleventh embodiment, a quartz substrate 2 provided with an etching mask of chromium is used as in the seventh embodiment, and a BO lens 1 having five stages is processed through a photolithography process and a dry etching process. After doing this BO
An antireflection film is provided on both surfaces of the lens 1. As the antireflection film, magnesium oxide and alumina are placed on the lateral layers each having a thickness of 62 nm by using the RF sputtering method. When the diffraction efficiency of this BO lens 1 was measured using a KrF laser beam, a good result of 80% on average was obtained.

【0033】第12の実施例として、第7の実施例と同
様に蛍石基板2上にクロム、錫、タングステン、タンタ
ル(Ta)、アルミニュウム等の酸化物であるCr2
3 、SnO2 、WO3 、Ta25 、Al23 等のエ
ッチングマスクを成膜設置した後に、フォトリソグラフ
ィ工程とドライエッチング工程とエッチングマスクの剥
離工程を経て、5段のBOレンズ1を作成する。このB
Oレンズ1の回折効率をKrFレーザー光を使用して測
定したところ、良好な結果が得られている。
As a twelfth embodiment, Cr 2 O which is an oxide of chromium, tin, tungsten, tantalum (Ta), aluminum or the like is formed on the fluorite substrate 2 as in the seventh embodiment.
After depositing an etching mask of 3 , SnO 2 , WO 3 , Ta 2 O 5 , Al 2 O 3, etc., a photolithography process, a dry etching process, and an etching mask peeling process are performed, and then the five-stage BO lens 1 is formed. To create. This B
When the diffraction efficiency of the O lens 1 was measured using KrF laser light, good results were obtained.

【0034】上述のように、重ね合わせ精度を向上する
BO素子の段差加工を開始する前に、予め段の最上段と
なる位置に耐ドライエッチング用のエッチングマスクを
設けておくことにより、側面のエッジの精度を重ね合わ
せ及びアライメント精度と関係なく独立に決めることが
できるので、エッジの重ね合わせ精度を高く規定するこ
とが可能で、常に段差を1段増やして段差Nに対し2N
+1の段数とすることができ、より高回折効率のBO光
学素子即ちBOレンズ1の作成が可能となる。
As described above, before the step processing of the BO element for improving the overlay accuracy is started, an etching mask for dry etching resistance is provided in advance at the uppermost position of the step so that the side surface Since the edge accuracy can be determined independently of the overlay and alignment accuracy, it is possible to specify the edge overlay accuracy at a high level, and always increase the step by one step to obtain 2 N for the step N.
The number of steps can be set to +1 and the BO optical element having a higher diffraction efficiency, that is, the BO lens 1 can be manufactured.

【0035】エッチングマスクの材料としては、金属及
び金属酸化物や金属弗化物を使用することができる。即
ち、Cr、Ti、Zn、Sn、Al、Hf、Si、N
d、W、Mo、Ta、等の金属及びこれらの酸化物、又
はAl、Ca、Mg、Li、Ba、Na、Nd、La等
の金属及びこれらの弗化物が使用することができる。な
お、金属の酸化物や弗化物は最初から化合物を使用して
もよく、予めに金属の薄膜を基板上に設けておき、後で
酸素ガスや弗素ガスを反応させて化合物を生成してもよ
い。
Metals, metal oxides, and metal fluorides can be used as the material of the etching mask. That is, Cr, Ti, Zn, Sn, Al, Hf, Si, N
Metals such as d, W, Mo and Ta and oxides thereof, or metals such as Al, Ca, Mg, Li, Ba, Na, Nd and La and fluorides thereof can be used. A compound may be used as the metal oxide or fluoride from the beginning, or a metal thin film may be provided on the substrate in advance and the compound may be produced by reacting oxygen gas or fluorine gas later. Good.

【0036】図5は露光装置の光学系の構成図を示す。
上方からランプやレーザー等の光源11、この光源11
からの光でレチクルRを均一に照明するための照明光学
系12、レクチルR、このレチクルRに形成された投影
パターンをウエハWに投影するための投影光学系13、
ウエハWが順次に配列されている。
FIG. 5 is a block diagram of the optical system of the exposure apparatus.
A light source 11 such as a lamp or a laser from above, and this light source 11
An illumination optical system 12 for uniformly illuminating the reticle R with light from the reticle R, a reticle R, a projection optical system 13 for projecting a projection pattern formed on the reticle R onto the wafer W,
Wafers W are arranged in sequence.

【0037】この露光装置で使用するBOレンズは、上
述の実施例の工程を経て、ステッパの分割露光により9
段で直径200mmの大きさに作成される。このBOレ
ンズを照明光学系12や撮影光学系13に組み込み、こ
の光学系を露光装置に装着することにより、KrFレー
ザー光用ステッパを使用したウエハW上への縮小焼付け
を高精度に行える半導体製造装置とすることができる。
The BO lens used in this exposure apparatus has been subjected to the steps of the above-described embodiment and then divided into 9 by stepper exposure.
The steps are made to have a diameter of 200 mm. By incorporating this BO lens in the illumination optical system 12 and the photographing optical system 13 and mounting this optical system in the exposure apparatus, semiconductor manufacturing can be performed with high accuracy for reduction printing on the wafer W using the stepper for KrF laser light. It can be a device.

【0038】このように、高精度に製造されたBOレン
ズを露光装置の光学系に用いることにより、露光装置の
光学性能を全体として向上させることができる。また、
この露光装置により、IC、LSI等の半導体素子、液
晶素子、CCD等の撮像素子、磁気ヘッド等の磁気素
子、そしてBOE等の光学素子を精度良く製造すること
ができる。
As described above, by using the BO lens manufactured with high precision in the optical system of the exposure apparatus, it is possible to improve the optical performance of the exposure apparatus as a whole. Also,
With this exposure apparatus, semiconductor elements such as ICs and LSIs, liquid crystal elements, image pickup elements such as CCDs, magnetic elements such as magnetic heads, and optical elements such as BOEs can be accurately manufactured.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る回折光
学素子は、予め段階形状の最上段となる位置に透明性
ッチングマスクを設けて、このエッチングマスクが最上
段位置の段又はその段の一部を形成することによって、
所定の段数の階段加工を行うことにより、位置合わせ及
び重ね合わせ精度からくるエッジの加工精度の問題を解
決することができ、可視光、赤外光、紫外光領域のみな
らず、遠紫外光、真空紫外光領域にも適用することがで
きる。更に、レンズとして光学系に組み込めば、光学装
置の性能も向上することができる。
As described above, in the diffractive optical element according to the present invention, a transparent etching mask is provided in advance at the uppermost position of the step shape, and this etching mask is the highest.
By forming a step in the step position or a part of that step,
By performing the step processing of a predetermined number of steps, it is possible to solve the problem of the processing accuracy of the edge that comes from the alignment and overlay accuracy, not only visible light, infrared light, ultraviolet light region, far ultraviolet light, It can also be applied to the vacuum ultraviolet region. Furthermore, if the lens is incorporated into the optical system, the performance of the optical device can be improved.

【0040】[0040]

【0041】更に、本発明に係る回折光学素子の製造方
法は、階段構造を形成する際に、階段構造の最上段とな
るべき位置にのみエッチングマスクを形成する工程と、
エッチングマスクを利用して所定段数の階段構造を形成
する工程とを有し、加工工程の変化による性能の低下を
改善でき、可視光、赤外光、紫外光領域のみならず、遠
紫外光、真空紫外光領域に使用する高性能の回折光学素
子を効率良く製造することができる。
Further, in the method of manufacturing a diffractive optical element according to the present invention, when forming a staircase structure, a step of forming an etching mask only at a position which should be the uppermost stage of the staircase structure,
It has a step of forming a staircase structure with a predetermined number of steps using an etching mask, and can improve the deterioration of performance due to a change in the processing steps, not only visible light, infrared light, and ultraviolet light regions, but also far ultraviolet light, A high-performance diffractive optical element used in the vacuum ultraviolet region can be efficiently manufactured.

【0042】[0042]

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

【図1】BOレンズの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a BO lens.

【図2】BOレンズの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a BO lens.

【図3】BOレンズの一部拡大断面図である。FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of a BO lens.

【図4】BOレンズの製造方法の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a method of manufacturing a BO lens.

【図5】露光装置の光学系の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of an optical system of the exposure apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 BOレンズ 2 基板 3 フォトレジスト 4 膜 5、6 クロムマスク 11 光源 12 照明光学系 13 撮影光学系 1 BO lens 2 substrates 3 photoresist 4 membranes 5, 6 chrome mask 11 light source 12 Illumination optical system 13 Photographic optical system

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 階段形状の最上段となる位置に配置した
透光性エッチングマスクを使用して、所定段数の階段加
工を行って形成した回折光学素子であって、前記透光性
エッチングマスクが前記最上段位置の段又は該段の一部
を形成するようにしたことを特徴とする回折光学素子。
1. Arranged at the uppermost position of the staircase shape
A diffractive optical element formed by performing a predetermined number of steps using a translucent etching mask , wherein the translucent
The etching mask is the step at the uppermost position or a part of the step.
A diffractive optical element, characterized in that it is formed .
【請求項2】 請求項に記載の回折光学素子を搭載し
た光学系。
2. An optical system equipped with the diffractive optical element according to claim 1 .
【請求項3】 請求項に記載の光学系を有する露光焼
付装置。
3. An exposure printing apparatus having the optical system according to claim 2 .
【請求項4】 請求項に記載の露光焼付装置を組み込
んだ半導体製造装置。
4. A semiconductor manufacturing apparatus incorporating the exposure printing apparatus according to claim 3 .
【請求項5】 階段構造を形成する際に、該階段構造の
最上段となるべき位置にのみエッチングマスクを形成す
る工程と、該エッチングマスクを利用して所定段数の階
段構造を形成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。
5. When forming a staircase structure, a step of forming an etching mask only at a position which should be the uppermost stage of the staircase structure, and a step of forming a predetermined number of steps of staircase structure using the etching mask. A method of manufacturing a diffractive optical element, comprising:
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