JPH05346503A - ゾーンプレートの製造方法 - Google Patents

ゾーンプレートの製造方法

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JPH05346503A
JPH05346503A JP4155328A JP15532892A JPH05346503A JP H05346503 A JPH05346503 A JP H05346503A JP 4155328 A JP4155328 A JP 4155328A JP 15532892 A JP15532892 A JP 15532892A JP H05346503 A JPH05346503 A JP H05346503A
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JP
Japan
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zone plate
mask
ion beam
zone
pattern
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JP4155328A
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English (en)
Inventor
Sumuto Shimizu
澄人 清水
Takeshi Moriyama
健 森山
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高分解能のゾーンプレートを安定かつ大量に
製造することを可能にする。 【構成】 透過部23および非透過部22がそれぞれ所
定のパターンに形成されたマスク20を照明し、このマ
スク20からの透過光25を用いてゾーンプレート26
を製造する方法において、非透過部22を挾む各透過部
23からそれぞれ透過する透過光25の間に位相差を生
じさせる位相シフト手段24を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ゾーンプレートの輪帯
に対応するパターンが形成されたマスクを用いてゾーン
プレートを製造する方法に関し、特に、輪帯の線幅の微
細化が可能なものである。
【0002】
【従来の技術】ゾーンプレートとは、図5に示すよう
に、透明なガラス板またはフィルムに、半径が中心から
数えた番号の平方根に比例する多数の同心円を描き、こ
れらが作る輪帯を交互に透明、不透明にした光学素子で
あり、単色光に対して正、または負の焦点距離を有する
結像素子として働く。
【0003】図5に示すようなゾーンプレートを製造す
る方法としては、従来、フォトリソグラフィ、微細加工
技術を用いて描画、転写加工する方法や、細線の回りに
多層膜を形成した後、細線の軸に対して垂直に切断する
積層法などがあった。中でも、フォトリソグラフィを用
いた方法は、ゾーンプレートの大量生産に適した方法で
ある。
【0004】フォトリソグラフィを用いたゾーンプレー
ト製造方法としては、従来、ゾーンプレートに対応する
パターンが描かれた縮小原画(マスク)を用いて露光を
行う縮小露光法、電子ビームを用いて直接描画する電子
ビーム法、ホログラフィを用いて露光を行うホログラフ
ィ法などがあった。中でも、縮小露光法は、大口径のゾ
ーンプレートの露光が容易であり、ゾーンプレートを安
定かつ大量に生産できる、という利点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の縮小露光法にあっては、縮小原画たるマスクに
より所定パターンを露光してゾーンプレートを製造して
いるので、その解像度、すなわち最小輪帯線幅は光源の
波長に依存し、これを越えることはできない。一例とし
て、半導体集積回路に用いられているKrFレーザー
(波長λ=248nm)を光源として用いた場合、レジス
トの膜厚を〜0.3μmとすれば0.25μm以下の線幅の輪
帯を有するゾーンプレートを製造することは不可能に近
い。ゾーンプレートの最小輪帯線幅はそのゾーンプレー
トの集光効率、拡大率を決める要因となるとともに、最
小輪帯線幅、すなわち最外周輪帯幅はゾーンプレートそ
のものの最小分解能にほぼ等しく、この線幅がゾーンプ
レートの解像限界を定めるパラメータとなる。この場
合、光源の波長λを短くすればその分線幅を縮小するこ
とが可能であるが、KrFレーザーより短波長な光を用
いたフォトリソグラフィ技術は未だ十分に確立されてい
ない。したがって、この縮小露光法によっては、高分解
能を有するゾーンプレートを大量に生産することが困難
であった。
【0006】本発明の目的は、高分解能のゾーンプレー
トを安定かつ大量に製造することの可能なゾーンプレー
トの製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】一実施例を示す図1およ
び図3に対応付けて説明すると、本発明は、透過部23
および非透過部22がそれぞれ所定のパターンに形成さ
れたマスク20を照明し、このマスク20からの透過光
25を用いてゾーンプレート26を製造する方法に適用
される。そして、上述の目的は、前記非透過部22を挾
む各透過部23からそれぞれ透過する前記透過光25の
間に位相差を生じさせる位相シフト手段24を設けるこ
とにより達成される。なお、本明細書において、「光」
とは可視領域の光線のみならず、赤外域、紫外域、およ
びX線領域などマスクを用いた露光工程に使用され得る
全ての電磁波を含むものである。
【0008】
【作用】位相シフト手段24が設けられていない場合、
マスク20の各透過部23からの透過光25はそれぞれ
同位相で伝播し、ゾーンプレート形成部に至る。したが
って、隣り合う各透過部23からの透過光25は相互の
振幅を互いに強め合うように合成されるので、非透過部
22に対応する領域の透過光強度を十分に小さくするこ
とができない。このため、透過部23間、あるいは非透
過部22間の距離がレイリー(Rayleigh)の解像限界よ
り小さい場合は、これらを明瞭に分離することができな
い。一方、位相シフト手段24が設けられている場合、
隣り合う透過部からの透過光25はそれぞれ位相差をも
って伝播し、ゾーンプレート形成部に至る。したがっ
て、隣り合う各透過部23からの透過光25は相互の振
幅を互いに弱め合うように合成されるので、非透過部2
2に対応する領域の透過光強度を十分に小さくすること
ができる。このため、透過部23間、あるいは非透過部
22間の距離がレイリーの解像限界より小さい場合であ
っても、これらを明瞭に分離することが可能となる。
【0009】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
【0010】
【実施例】以下、図1〜図3を参照して、本発明による
ゾーンプレートの製造方法の一実施例を説明する。本実
施例のゾーンプレートは、X線の集光、拡散に用いられ
る光学素子として使用される。
【0011】(1) 支持膜形成、X線吸収体成膜(図2
(a)) 支持基板(一例として、本実施例ではSi基板)10の
表面全体にゾーンプレートの支持膜11aを形成すると
ともに、ゾーンプレートが形成される領域(図2(a)に
おいてAで示す)を避けた支持基板10の裏面に同様に
支持膜11bを形成する。支持膜11aは、ゾーンプレ
ートにより集光、拡散すべきX線を透過する性質を有す
る材質で形成される。次いで、この支持膜11aの表面
全体にX線吸収体12を成膜する。
【0012】(2) 縮小露光(図2(b)) X線吸収体12の表面全体にレジスト13を塗付し、次
いで、イオンビームによりこのレジスト13を露光し、
製造すべきゾーンプレートに対応するパターン14を形
成する。この露光工程は、半導体集積装置を製造するさ
いの縮小投影型露光装置を用いればよい。
【0013】図1および図3は、縮小露光用マスク20
によりパターン14を形成する過程を示す図であり、図
3(a)はこのマスク20の一部拡大断面図である。図1
および図3(a)において、マスク20は、イオンビーム
に対して透過性を有する基板21と、この基板21の表
面に形成され、製造すべきゾーンプレートを所定倍率、
通常は5〜20倍に拡大したパターン(所定間隔を有す
る同心円状の輪帯のパターン)を有するCr膜などの遮
光膜22とを備えている。この遮光膜22は、パターン
14の形成時にはイオンビーム非透過部として作用し、
遮光膜22の間の基板21の領域は、パターン14の形
成時にはイオンビーム透過部23として作用する。図3
(a)にその詳細を示すように、隣り合う遮光膜22の間
に位置するイオンビーム透過部23の表面には、1つお
きに凹部24が形成されている。凹部24は、イオンビ
ーム透過部23の光路差を隣り合う透過部23の間で互
いに異ならせることにより、イオンビームが縮小露光用
マスク20を透過した時点で隣り合うイオンビーム透過
部23から出射するイオンビームの位相を互いに180
゜シフト(ずらす)させるために設けられたものであ
り、凹部24は位相シフト手段として作用する。凹部2
4の深さdは、イオンビームの波長をλ、基板21の屈
折率をnとすると、d=λ/2(n−1)となるように
設定されている。なお、凹部24の形成方法は任意であ
り、一例として、遮光膜22を形成する前にエッチング
等により予め凹部24を形成しておく方法が挙げられ
る。
【0014】図1および図3(a)に示すように、基板2
1の表面側(すなわち遮光膜22が形成されている側)
からイオンビーム25が照射されると、このイオンビー
ム25はイオンビーム透過部23を透過してレジスト1
3に至り、遮光膜22のパターンに対応したパターン1
4が露光される。このとき、上述のようにイオンビーム
透過部23には1つおきに位相シフト手段たる凹部24
が形成されているので、図3(b)に示すように、縮小露
光用マスク20を透過した時点でのイオンビーム25の
振幅分布は、隣り合うイオンビーム透過部23の間でそ
の位相が互いに180゜シフトしている。
【0015】縮小露光用マスク20上のパターン(遮光
膜22)によりイオンビーム25は回折され、1つの透
過部23を透過してレジスト13上に至ったイオンビー
ム25の振幅分布は、図3(c)の点線で示すように左右
に広がりをもっている。但し、回折によってもマスク2
0を透過した際の位相差はそのまま保持されているの
で、各透過部23を透過した各々のイオンビーム25
は、相互の振幅を互いに弱め合うようにしてレジスト1
3上で合成される。したがって、透過部23を透過して
レジスト13上に至ったイオンビーム25の合成振幅分
布は図3(c)に示すようなものとなる。そして、イオン
ビーム25の強度は振幅の2乗であるから、レジスト1
3上のイオンビーム25の強度分布は図3(d)に示すよ
うなものとなる。
【0016】(3) X線吸収体エッチング(図1(c)) レジスト13によるパターン14が形成された状態で、
パターン14が形成されていない領域のX線吸収体12
をエッチングなどにより除去してX線吸収体12をパタ
ーニングし、さらにレジスト13を溶解する。
【0017】(4) 支持基板エッチング(図1(d)) 支持基板10の裏面からこの支持基板10をエッチング
し、支持膜11bが形成されていない領域(これは上述
のようにゾーンプレートが形成される領域である)の支
持基板10を取り除けば、支持膜11aおよび所定の同
心円状パターンを有するX線吸収体12からなる透過型
ゾーンプレート26を製造することができる。
【0018】したがって、本実施例によれば、位相シフ
ト手段(凹部24)により互いに隣り合うイオンビーム
透過部23を透過するイオンビーム25にそれぞれ18
0゜の位相差を生じさせているので、図3(c)に示すよ
うに、これらイオンビーム25がレジスト13上で合成
される際に相互の振幅を互いに弱め合うように合成され
るので、非透過部(遮光膜22)に対応する領域のイオ
ンビーム強度を十分に小さくしてマスク20のパターン
像をレジスト13上において明瞭に分離することができ
る。
【0019】これを、図4に示す位相シフト手段が設け
られていない従来のマスクと比較してみる。図4(a)に
示すマスク20´は、図3(a)と同一のスケールで描か
れたものであるが、イオンビーム透過部23´に位相シ
フト手段(凹部24)が設けられていない。マスク透過
時におけるイオンビーム25´の振幅分布は図4(b)に
示すようなものとなり、それぞれのイオンビーム25´
は同一の位相で伝播する。したがって、各透過部23´
を透過してレジスト上に至ったイオンビーム25´は相
互の振幅を互いに強め合うように合成されるので、レジ
スト上におけるイオンビーム25´の振幅分布および強
度分布は図4(c)、(d)に示すようなものとなり、非透
過部22に対応する領域の透過光強度を十分に小さくす
ることができない。このため、透過部23´間、あるい
は非透過部22´間の距離がレイリーの解像限界より小
さい場合は、これらを明瞭に分離することができない。
【0020】一方、本実施例によれば、上述のように非
透過部に対応する領域のイオンビーム強度を十分に小さ
くすることができるため、透過部23間、あるいは非透
過部22間の距離がレイリーの解像限界より小さい場合
であっても、これらを明瞭に分離することが可能とな
る。したがって、このレイリーの解像限界を越えて非透
過部22、透過部23の線幅を狭くすることができ、ゾ
ーンプレートの最小輪帯幅を狭めることができる。一例
として、KrFレーザー(波長λ=248nm)を光源
として使用した場合、レジスト膜厚〜0.3μmで0.2μm
以下の最小輪帯幅を有するゾーンプレートを露光、製造
することが可能となる。これにより、ゾーンプレートの
集光効率、拡大率を大幅に改善することができるととも
に、高分解能なゾーンプレートを大量かつ安定に製造す
ることができる。さらに、本実施例によれば、マスク2
0によるパターンの線幅制御性が向上し、L/S(ライ
ン/スペース)比〜1の理想的なパターンを容易に形成
することができる。
【0021】なお、本発明のゾーンプレート製造方法
は、その細部が上述の一実施例に限定されず、種々の変
形が可能である。一例として、上述の一実施例ではX線
の集光、拡散用のゾーンプレートの製造方法について説
明したが、可視領域の光線に対するゾーンプレートを製
造する場合にも本発明が適用できる。この場合、X線吸
収体にかえて遮光膜を支持膜上に形成すればよい。ま
た、位相シフト手段は一実施例の凹部のような構成に限
定されず、たとえば、非透過部間に位相シフト用の透過
膜を形成してもよい。
【0022】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、マスクの非透過部を挾む各透過部からそれぞれ透
過する透過光の間に位相差を生じさせる位相シフト手段
を設けたので、非透過部に対応する領域のイオンビーム
強度を十分に小さくすることができる。したがって、こ
のレイリーの解像限界を越えて非透過部、透過部の線幅
を狭くすることができ、ゾーンプレートの最小輪帯幅を
狭めて高分解能なゾーンプレートを大量かつ安定に製造
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるゾーンプレートの製造
方法における露光過程の概略を示す斜視図である。
【図2】一実施例の製造方法を説明するための工程図で
ある。
【図3】一実施例における露光工程の詳細を示す図であ
る。
【図4】従来のマスクを用いた露光工程の詳細を示す図
である。
【図5】ゾーンプレートの一例を示す平面図である。
【符号の説明】
11a 支持膜 12 X線吸収体 13 レジスト 20 縮小露光用マスク 21 基板 22 遮光膜 23 透過部 24 凹部 25 イオンビーム 26 ゾーンプレート

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透過部および非透過部がそれぞれ所定の
    パターンに形成されたマスクを照明し、このマスクから
    の透過光を用いてゾーンプレートを製造する方法におい
    て、 前記非透過部を挾む各透過部からそれぞれ透過する前記
    透過光の間に位相差を生じさせる位相シフト手段が設け
    られたマスクを用いたことを特徴とするゾーンプレート
    の製造方法。
JP4155328A 1992-06-15 1992-06-15 ゾーンプレートの製造方法 Pending JPH05346503A (ja)

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